Tratamientos Térmicos de Los Metales - Material Base y Uniones Soldadas

8/18/2019 Tratamientos Térmicos de Los Metales - Material Base y Uniones Soldadas

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Es un proceso de calentamiento, permanencia en un horno a unadeterminada temperatura y finalmente enfriamiento.

El objetivo es obtener propiedades deseadas generalmente mediante elcambio de la microestructura.

Se pueden modificar:

Propiedades mecánicas: resistencia a la tracción, dureza, ductilidad,tenacidad, etc.

Propiedades tecnológicas: maquinabilidad

Homogenizar la composición química o microestructura

Incrementar su resistencia a la corrosión

Se aplican siempre en estado sólido, nunca se llega al estado líquido

TRATAMIENTO TÉRMICO


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TRATAMIENTO TÉRMICO – ETAPAS

Calenta-miento

Permanencia atemperatura

Enfria-miento

T (°C)

tiempo (s)

Tc1º 2º 3º

Tipos de enfriamiento:-Lento (en horno)- Aire quieto- Aceite- Agua


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TEMPERATURA DE CALENTAMIENTO

γ

γ

+Fe3Cp

γ

+

p

P

+Fe3Cp

P

+ p

0,8 2,0 % C

723 ºC

912 ºC

1130 ºC

A3

A1

Acm

A3,1

T °C

723 ºC


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912 ºC

723 ºC

0,45 % C 0,8 % C

A3

A1

A3 = 806 °C

( )( ) ( )C,

,,A °−−+°=80

72391245080C7233


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EFECTO TEMPERATURA Y TIEMPO: ELEVADOS

SobrecalentamientoCuando un acero es sometido a temperaturas mucho más altas que losrecomendados o a tiempos excesivamente largos se sobrecalentará. Un

acero sobrecalentado presentará después del tratamiento un tamaño degrano grueso (grande). Su resistencia mecánica no se afectará mucho, perosi su ductilidad y tenacidad, quedando el acero quebradizo. Un acero

sobrecalentado puede ser recuperado (regenerado) mediante un tratamientotérmico de normalizado.

QuemadoCuando el sobrecalentamiento se da a temperaturas cercanas a la líneasolidus, el acero presentará oxidación en sus límites de grano,produciéndose el quemado del acero. Un acero quemado no puede serregenerado por medio de tratamientos térmicos y es chatarra.


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TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Tratamientos térmicos de recocido

Recocido de regeneración o total

Recocido contra acritud

Recocido de alivio de tensiones

Recocido de globulización(globulizado)

Normalizado

Temple Revenido bonificado


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RECOCIDO DE REGENERACIÓN (TOTAL)

tiempo

- Enfriamiento lento en elhorno (en equilibrio)

- Microestructura similar aldiagrama Fe-Fe3C

A3 ó Acm

A3,1

T ºC

50 °C

723 °C

½ a 1 hora por cada 25 mm

Antes del enfriamiento

- 100 % austenita- Todo el C está disuelto en la γ- Granos poligonales

?

Pgruesa p

AISI 1020

AISI 1020

Tc


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γ

+Fe3Cp

γ

+

p

P

+Fe3Cp

P

+ p

0,8 2,0 % C

723 ºC

912 ºC

1130 ºC

A3

A1 A3,1

T °C

Acm

Temp. Calentamiento

0,2

100 % γ


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RECOCIDO CONTRA ACRITUD

A1

T ºCT ºC

Enfriamientoal aire

540 -650

tiempo

Antes del tratamiento: acritud Después del tratamiento: blando- Estructura deformada - Estructura recristalizada- Alta dureza - Baja dureza- Baja ductilidad - Alta ductilidad

½ a 1 hora por cada 25 mm723 °C


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RECOCIDO CONTRA ACRITUD

400

500

600

700

800

900

1000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Grado de deformación (%)

T e m p e r a t u r a d e

r e c r i s t a l i z a c

i ó n ( ° C )


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RECOCIDO DE ALIVIO DE TENSIONES

FORMACIÓN DE TENSIONES RESIDUALES


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RECOCIDO DE ALIVIO DE TENSIONES

Tiene como objetivo reducir o eliminar la presencia de tensiones residuales(internas) presentes en el material como consecuencia de:

Deformación en frío localizada

Procesos de soldadura

Mecanizado fuerte.

Se calienta a una temperatura menor a la de recristalización, por lotanto, no hay modificación microestructural.

La temperatura varía entre 450 y 650 °C.

Generalmente, las uniones soldadas de % C > 0,35 deben ser sometidas aeste tipo de tratamiento térmico postsoldeo.


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2 La temperatura no debe exceder latemperatura de revenido del acero.

1Máximo contenido de carbono de 0.15%. Para un %Cmás alto, la temperatura de precalentamiento debe seraumentada entre 100 a 200° F (38 a 93°C).

Se puede usar una menor temperatura deprecalentamiento con TIG.

704-760

732-760

5Cr-1/2Mo7Cr-1/2Mo9Cr-1Mo

9Cr-1Mo plusV+Nb+N

204204177

5Cr-1/2Mo7Cr-1/2Mo9Cr-1Mo

9Cr-1Mo plusV+Nb+N

677-760

2Cr-1/2Mo

2 1/4Cr-1Mo3Cr-1Mo

177177149

2Cr-1/2 Mo

2 1/4 Cr- 1Mo3Cr-1Mo

621-7181Cr-1/2Mo1 1/4Cr-1/2Mo1491491211 Cr-1/2 Mo11/4 Cr-1/2 Mo

621-7041/2Cr-1/2Mo14993381/2 Cr-Mo

°C°C°C°C

AceroMás de25mmDe 13 a25mm

hasta13mmAcero

1

Rango de temperatura2Espesor

Rangos de temperatura de alivio detensiones recomendadas para aceros Cr-Mo

(tratamiento post-soldadura)

Temperaturas de precalentamiento mínimasrecomendadas para soldadura (con bajo

hidrógeno) de aceros Cr-Mo


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RECOCIDO DE GLOBULIZACIÓN

Los aceros con un contenido en carbono mayor de 0,8 %, con recocidototal, presentarán en su microestructura una red de Fe3C, la cual es muydura y no permite mecanizar al acero hipereutectoide.

Para que se pueda mecanizar, se tendrá que cambiar la microestructuramediante un tratamiento térmico, de tal manera de romper la red decementita.

Para ello se le aplicará un Recocido de Globulización o Globulizado.

La temperatura de tratamiento térmico será por encima de la línea A3,1

(723 °C) o por debajo. También se puede emplear una temperatura queoscile entre la temperatura de 723 °C hacia arriba y hacia abajo.

El tiempo de permanencia es de 12 a 15 horas, seguido de un enfriamiento

lento en horno hasta los 500 °C, luego se puede enfriar al aire.


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γ

γ

+Fe3Cp

γ

+ p

P+

Fe3Cp

P+ p

0,8 2,0 % C

723 ºC

912 ºC

1130 ºC

A3

A1

T °C

Acm

Temp. Calentamiento

0,2

A3,1

OscilanteDe austenización incompleta

Subcrítico


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RECOCIDO DE GLOBULIZACIÓN

AISI 10140 enfriado lentamente El mismo acero globulizado- Pertita - Matriz ferrítica

- Cementita (Fe3C) reticular - Cementita globular

- No se puede mecanizar (duro) - Mecanizable (blando)

Red deFe3C

Perlita MATRIZ

Fe3CGLOBULAR


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NORMALIZADO

A3ó ACM

A3,1

-Enfriamiento en aire-Microestructura con PERLITA FINA en

mayor cantidad que con un recocidototal

T ºC

tiempo

50 °CtC = ½ a 1 hora por cada 25 mm

90 (fina)62 (gruesa)Perlita

1038Ferrita

NormalizadoRecocido totalTratamiento Térmico: AISI 1050Microconstituyentes

100 % γ


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TEMPERATURA DE CALENTAMIENTO: NORMALIZADO

γ

+

Fe3Cp

P+Fe3Cp

P+ p

0,8 2,0 % C

723 ºC

912 ºC

1130 ºC

A3

A1 A3,1

T °C

Acm

Temp. Calentamiento

0,2

100 % γ

γ

+ p


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NORMALIZADO

Tabla. Propiedades de la perlita fina y gruesa

Tipo de perli taResistencia a

Tracción(kg/mm2)

Dureza Brinell(HB)

Gruesa(Recocido total)

60 180

Fina

(Normalizado)85 250


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RECOCIDO TOTAL - NORMALIZADO

1702860Normalizado

1493053Recocido1040

2291879Normalizado

1792364Recocido1060

1493253Normalizado

1263147Recocido

1030

1313545Normalizado

1113640Recocido1020

Dureza(HB)

Elongación(%)

σMÁX

(kg/mm2)

TratamientoTérmico

AISI


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TEMPLE

Enfriamiento rápido

-Aceite-Agua-Salmuera

tiempo

50 °C

tC = ½ a 1 hora por cada 25 mm

A3 ó A3,1

T °C

Antes del tratamiento Templado- Se recomienda que este normalizado - Alta dureza- Microestructura: - Muy frágil

Perlita fina - Objetivo: obtener 100 % de

Ferrita martensita clara

AISI 1040

100 % γ


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γ

+Fe3Cp

P+Fe3Cp

P+ p

0,8 2,0 % C

723 ºC

912 ºC

1130 ºC

A3

A1 A3,1

T °C

0,2

γ

+ p

100 % γγ

Fe3C


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100 % γ γ

Fe3C

100 % Martensita Martensita + Fe3C

Acero: hipoeutectoide Acero: hipereutectoide

Enfriamiento en agua


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MARTENSITA

Martensita de alto carbono Variación de la durezaestructura acicular de la martensita

DEPENDE SOLO DEL % C


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TEMPLABILIDAD

HRC

Distancia

55

AISI1040 AISI4340

Variación de dureza

Menortemplablidad

Mayortemplablidad

Menorpenetración del

temple

Mayorpenetración del

temple


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15

2025

30

35

40

45

50

5560

200 300 400 500 600

Temperatura de revenido ( ºC )

D u r e z a H R C

AISI 1035

AISI 1080 AISI 10100

REVENIDO – CURVAS DE REVENIDO

Según la dureza o resistencia mecánica final deseada se elije latemperatura de revenido.

En un acero al carbono a mayor temperatura de revenido menor dureza yresistencia mecánica; pero mayor ductilidad.

Temperaturade revenido


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RECOCIDO TOTAL – NORMALIZADO – BONIFICADO

2692380Revenido 540 °C





1702860Normalizado

1493053Recocido

1040

Dureza

(HB)

Elongación

(%)

σMÁX

(kg/mm2)

Tratamiento

TérmicoAISI


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S O

L D A D U R

A

P O R

F U

S I Ó N


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TRATAMIENTOS TÉRMICOS DEL ALUMINIO


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ALEACIONES DE ALUMINIO

No tratable térmicamente

Tratable térmicamente, no recomendable para el soldeo




Tratable térmicamente

Tratable térmicamente

Tratables y no tratables térmicamente

Al (99 % mín.)

Al - Cu

Al - Mn

Al - Si

Al - Mg

Al - Mg - Si

Al - Zn

Otros

1XXX

2XXX

3XXX

4XXX

5XXX

6XXX

7XXX

8XXX

CaracterísticasAleanteprincipal

Serie


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ALEACIONES DE ALUMINIO: Al - Cu

+

+ L

Porcentaje de Cu

T °C

Al

(CuAl2)

5,65 % de Cu

Enfriamiento en equil ibrio

É


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TRATAMIENTO TÉRMICO: T6

T °C

tiempo

solubilizado

Temple(enfriamiento

en agua)

(1 a 2 horas)

(6 a 8 horas)

Envejecimiento artificial = T6

Enfriamientoen aire

Temperatura

540 °C510 °C

100 °C

200 °C

(CuAl2) (sobresaturada) (matriz)

(finamente disperso)

É


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TRATAMIENTO TÉRMICO: T6

Antes del tratamiento T6 Después del temple Envejecido arti ficialmente-Enfriado en equilibrio - Enfriamiento en agua - En horno durante 6 a 8 h-β precipitado en limites de - Solubilizado y temple - Precitación deβde grano deα - β se disuelve enα

- Soluciónα sobresaturada

(Sobresaturada)


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PROPIEDADES CON T4 y T6

11340310 AA6082 –T6

19260170 AA6082 –T4

14310270 AA6061 –T6

21235140 AA6061 –T4

Alargamiento

(% δ)

σmáx

(MPa)

σ0,2

(MPa)

Aleación


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DIAGRAMAS DE TRANSFORMACIÓN

ISOTÉRMICA

INTRODUCCIÓN


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El diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro (Fe-Fe3C) no es de granutilidad en el estudio de los aceros enfriados bajo condiciones fuera deequilibrio.

El tiempo y la temperatura de la transformación de la austenita tiene unaprofunda influencia en los productos de transformación y lassubsecuentes propiedades del acero.

La austenita es inestable por debajo de la temperatura crítica inferior a A1(723 °C)

Es necesario saber cuanto tiempo necesita para empezar a transformarse

a una temperatura menor a la crítica inferior, cuánto tiempo precisará paraestar completamente transformada y cuál será la naturaleza del productode transformación.

INTRODUCCIÓN

CURVAS TTT (TI ó S) AISI 1080


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CURVAS TTT (TI ó S): AISI 1080

Mf

Ms

723 °C A1

Austenita estable (γ

)

Austenitainestable

(γ

)

Austenitainestable

( γ )

Austenita

Martensita

Temperatura

Inicio de latransformación de

la austenita

Fin latransformación de

la austenita

Perlita gruesa(15 HRC)

Perlita fina

Bainita superior

BainitaInferior

(60 HRC)

Martensita (64 HRC)

γ ⇒ Perlita

γ ⇒ Bainita

(40HRC)

tiempo


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C U R V A S

D E E N F R

I A M I E N T O C

O N T I N

U O

Austempering

(100 % Bainita)

tiempo

CURVAS TTT (TI ó S)


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CURVAS TTT (TI ó S)

Tabla. Propiedades de la bainita superior e inferior Tipo debainita

Resistencia a latracción(kg/mm2)

Dureza Brinell(HB)

Alargamiento(%)

Superior 88 - 140 250 - 400 10 - 20

Inferior 140 - 175 400 - 500 5 - 10

La bainita al igual que la perlita es un microconstituyente y contiene dosfases: ferrita y cementita.

La microestructura es mucho mas fina que la perlita y, no puedeapreciarse la ferrita y la cementita en un microscopio metalográfico.

La bainita es más dura que la perlita y más tenaz que la martensita de

dureza equivalente.

MARTEMPERING: 100 % de MARTENSITA


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MARTEMPERING: 100 % de MARTENSITA

Temple convencional Martempering(luego revenido) (luego revenido)

EN AMBOS 100 % DE MARTENSITA

CURVAS TTT: ACERO HIPOEUTECTOIDE


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CURVAS TTT: ACERO HIPOEUTECTOIDE

CURVAS TTT: ACERO HIPEREUTECTOIDE


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CURVAS TTT: ACERO HIPEREUTECTOIDE

MARTENSITA


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Es una solución sólida sobresaturada de carbono.

El contenido en carbono es variable.

Su dureza, resistencia mecánica y fragilidad aumentan con el contenidoen carbono.

Después de los carburos y la cementita, es el constituyente más duro delos aceros.

Tiene una resistencia a la tracción que varía entre 170 y 250 kg/mm2, una

dureza entre 50 a 68 HRC y un alargamiento que oscila entre 0,5 y 2,5 %.

Presenta un aspecto acicular, formando agujas en zigzag, con ángulos de

60°.

MARTENSITA

MARTENSITA


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La martensita cristaliza en el sistema tetragonal centrado en el cuerpo,cuya estructura difiere muy poco de la cúbica centrada en el cuerpo de laferrita.

La probable posición de los átomos de carbono en la celda tetragonal decuerpo centrado de la martensita, se puede ver en la figura.

MARTENSITA

Fe

C

c

a

Celda unitaria de la martensita

TRANSFORMACIÓN MARTENSÍTICA


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La transformación de la austenita en martensita es sin difusión y se formainstantáneamente, por tanto, no hay cambio en la composición química.

La austenita cambia instantáneamente su estructura cristalina.

La transformación depende sólo de la disminución de la temperatura y esindependiente del tiempo, a este tipo de transformación se le llama

“atérmica”. Por lo tanto, si la temperatura, en un acero, se mantiene por debajo de la

línea MS la transformación a martensita se detendrá y no avanzará

nuevamente, a menos que la temperatura disminuya, hasta alcanzar lalínea MF.

La posición de la línea MS no variará al modificar la velocidad de

enfriamiento.




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La martensita es la estructura más dura que se forma a partir de laaustenita.

La martensita tiene una dureza muy elevada la que dependerá delcontenido de carbono.

La siguiente figura muestra la influencia del carbono en las temperaturasMS y MF.


INFLUENCIA DEL CARBONO EN MS y MF


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INFLUENCIA DEL CARBONO EN MS y MF

T (°C)600

400

200

0

MS

MF

0,0 0,5 1,0 %C

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