Procesos de Fabricación

Villa de Álvarez Colima a 26 de Marzo de 2015

Ing. Francisco Tejeda Castrejón

Unidad 2 – Tratamiento Térmico del Acero

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

Alumno:

Ingeniería Industrial Aula T-03

Instituto Tecnológico de Colima

Chávez Cervantes Abel

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-Procesos de Fabricación -

Índice Página:

Introducción .................................................................................................................... 2

Tratamiento Térmico del Acero ...................................................................................... 2

Generalidades .................................................................................................................. 2

Hornos Utilizados Para Los Tratamientos Térmicos ......................................................... 4

Tipos De Hornos ............................................................................................................... 4

Clasificación de los tratamientos térmicos. .................................................................... 4

Recocido .......................................................................................................................... 4

Temple ............................................................................................................................. 5

Revenido .......................................................................................................................... 6

Normalizado .................................................................................................................... 6

Tratamientos Termoquímicos del Acero ......................................................................... 7

Cementación .................................................................................................................... 7

Nitruración ....................................................................................................................... 7

Cianuración ...................................................................................................................... 7

Carbonitruración .............................................................................................................. 7

Finalidad .......................................................................................................................... 8

Conclusión ....................................................................................................................... 9

Bibliografía .................................................................................................................... 10

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Introducción Los tratamientos térmicos son un modo importante de cambiar la resistencia, dureza, ductilidad y otras propiedades de los metales. Involucran varios procesos de calentamiento y enfriamiento para efectuar cambios estructurales en un material. En algunas ocasiones el tratamiento térmico aplica, antes del proceso de formado, por ejemplo para ablandar el metal y ayudar a formarlo más fácilmente mientras se encuentra caliente. En otras ocasiones, se usa el tratamiento térmico para aliviar los efectos del endurecimiento por deformación que ocurre durante el formado y poder destinarla a una deformación posterior. Y por último, el tratamiento térmico puede realizarse durante o casi al finalizar la secuencia de manufactura para lograr la resistencia y dureza requeridas en el producto según las necesidades del cliente. El tratamiento térmico es un proceso de manufactura; por lo tanto es muy importante estudiar este tema en nuestra materia de “Procesos De Fabricación”. Los principales tratamientos térmicos que se explicarán en detalle, y para los que se describirán las técnicas son: Recocido, Normalizado, Temple, Revenido, Cementación, Nitruración, Cianuración y Carbonitruración.

Tratamiento Térmico del Acero

Generalidades

El estudio de los aceros es importante debido a que

ellos representan por mucho los materiales

metálicos más ampliamente usados, primeramente

por el hecho de que pueden ser manufacturados

en grandes cantidades en especificaciones muy

precisas, a un costo relativamente bajo. También

proporcionan un rango extenso de propiedades

mecánicas, desde niveles de resistencia moderada

con excelente ductilidad y tenacidad hasta muy altas resistencias con una ductilidad

adecuada. Por esto, no debe de sorprender que los hierros y los aceros comprendan hoy

en día, sobre el 80 % en peso de las aleaciones de uso industrial.

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El estudio de los procesos de T.T. del acero comenzó por D.Chernov de los puntos

críticos del acero en 1868.

El postulado de Chernov acerca de que las propiedades de los aceros se

determinan por la estructura y que esta depende de la temperatura de calentamiento y

de la rapidez del enfriamiento, fue generalmente reconocido y durante los decenios

siguientes, los investigadores establecieron la relación entre la estructura y las

condiciones de su formación (principalmente la temperatura de calentamiento y la

velocidad de enfriamiento). En los años 20 y 30 de este siglo investigadores como el

soviético S.Steinberg, los norteamericanos Mell y Bain y los alemanes Weber,

Hannerman y Esser, con sus numerosas y profundas investigaciones establecieron la

cinética de las transformaciones del acero en sus diferentes composiciones químicas.

“Es una combinación de operaciones de calentamiento y enfriamiento, en tiempos

determinados y aplicadas a un metal o aleación en el estado sólido en una forma tal

que producirá propiedades deseadas”

Los tratamientos térmicos del acero se basan en la aplicación de las transformaciones estructurales que experimenta el acero (transformaciones alotrópicas) y de los procesos de recristalización y de difusión. Todos los procesos básicos de tratamientos térmicos para aceros incluyen la transformación o descomposición de la austenita.

Los tratamientos térmicos modifican esa estructura cristalina sin alterar la composición

química, dando a los materiales unas características mecánicas concretas.

Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse

erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material.

Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir

fisuras (resistencia al impacto).

Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de

mecanizado por arranque de viruta.

Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar.

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Hornos Utilizados Para Los Tratamientos Térmicos

El horno es el elemento principal de los tratamientos térmicos es un instrumento

constituido por una caja susceptible de calentamiento y que permite el control y la

regulación del tiempo, de la temperatura, de la atmósfera, y de las velocidades de

calentamiento y de enfriamiento.

Tipos De Hornos

Calentamiento: Eléctrico (por resistencia, por inducción), a Gas, a fuel Oil.

Según la atmósfera reinante en el horno: Vació, Neutra (Argón, Helio, Nitrógeno),

Reductora (Exogas, Endoga, Amoniaco Disociado, Hidrogeno de atmósfera sintética.

Según la Solera: Discontinua, Continua, (Horizontal, Vertical).

Clasificación de los tratamientos térmicos.

Recocido Es una de las operaciones de tratamiento térmico más importantes y utilizadas en el

tratamiento térmico del acero. Consiste en calentar el acero hasta una temperatura

dada, un mantenimiento a esa temperatura y un enfriamiento lento en el horno. Se

obtienen estructuras de equilibrio, son generalmente tratamientos iniciales. Ablandan el

acero.

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Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización

(800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento.

Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la

dureza.

Es un tratamiento parecido al normalizado, pero efectuado de manera que resulte

el mayor ablandamiento posible.

En general, el recocido puede dividirse en tres etapas:

1) Recuperación: el material recupera sus propiedades físicas, como son: conductividad

térmica, conductividad eléctrica, resistividad, etc. Las propiedades mecánicas no

cambian.

2) Recristalización: los materiales trabajados en frío sufren una recristalización, en la

que aparece un nuevo juego de granos libres de deformación. Desaparece la dureza y la

resistencia adquirida por el trabajo en frío y se recupera la ductilidad.

3) Crecimiento de grano: los granos grandes crecen a expensas de los granos pequeños,

teniendo como objetivo lograr un tamaño de grano homogéneo y no que en realidad se

desee que crezca el grano.

Temple Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el

acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-

950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en

un medio como agua, aceite, etcétera.

Uno de los atributos del acero, el cual es con toda certeza el de mayor significado para

los tratamientos térmicos es su capacidad para endurecerse. Este atributo tiene un

doble significado, es importante no únicamente con relación a la obtención de un alto

nivel de dureza o resistencia por tratamiento térmico, sino también con relación a la

obtención de un alto grado de tenacidad por medio del tratamiento térmico, lograda a

partir de una microestructura deseable, generalmente martensita revenida o bainita

inferior.

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Revenido Se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del

temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. Consigue disminuir la

dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el

temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada.

Normalizado Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones

internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como

tratamiento previo al temple y al revenido.

La estructura que surge después del calentamiento hasta las temperaturas que

corresponden a la zona de austenita y enfriamiento en el aire, se considera como

normal en el acero. Por eso la normalización corresponde a un recocido supercrítico con

enfriamiento al aire.

La cantidad de ferrita o cementita sobrante, después del normalizado, es menor que

después del recocido y la perlita está más dispersa. Por eso el acero normalizado tiene

resistencia y tenacidad un poco más alta y una maquinabilidad más baja que el acero

recocido.

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Tratamientos Termoquímicos del Acero

Cementación Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la

concentración de carbono en la superficie.

El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica,

obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza

superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.

Nitruración Al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor

medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra

calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 y 525 °C, dentro de una

corriente de gas amoníaco, más nitrógeno.

Cianuración Endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con

cianuro, carbonato y cianato sódico.

Se aplican temperaturas entre 760 y 950 °C.

Carbonitruración (C+N): al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial,

pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amoníaco (NH3) y monóxido

de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C y es

necesario realizar un temple y un revenido posterior.

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Finalidad

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Conclusión La utilización de tratamientos térmicos permite lograr las más diversas características del acero y sus aleaciones, así como de otros muchos metales. En consecuencia dichos tratamientos tienen una importancia primordial en las distintas fases de fabricación de la industria moderna. En este trabajo quise dar una información precisa sobre los diferentes tratamientos térmicos, sus procedimientos y resultados. La industria ha mejorado y progresado a pasos acelerados durante los últimos años, por tal motivo el ser humano ha tenido la necesidad de buscar métodos que permitan a la industria, lograr procesos para asegurarse de que sus productos cumplan con los requisitos mínimos de calidad, establecidos por la propia empresa, así como cumplir los requerimientos del cliente para lograr una mayor competitividad. El tratamiento térmico pretende endurecer o ablandar, eliminar las consecuencias de un mecanizado, modificar la estructura cristalina o modificar total o parcialmente las características mecánicas del material. Podemos distinguir dos razones principales para efectuar tratamientos térmicos en los cuales se pretende conseguir un endurecimiento (temple) o un ablandamiento (recocido). Es importante comprender que cada proceso tiene su campo de aplicación específico y sólo en pocos casos se puede sustituir uno por otro. Por ello es conveniente consultar antes de elegir el material a usar, acerca del proceso más apropiado y hacer los ensayos correspondientes. También es prudente remitir muestras del material elegido para verificar sus cualidades con respecto al tratamiento elegido.

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Bibliografía

Todo Ingeniería Industrial (24-03-2015). Tratamientos térmicos del acero.

Recuperado de https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/procesos-de-

fabricacion/

Cursos (24-03-2015). Tratamiento térmico del acero. Recuperado de

http://cursos.aiu.edu/procesos%20industriales/pdf/tema%202.pdf

UNAM (24-03-2015). Aceros, estructuras y tratamientos térmicos. Recuperado de

http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ingenieria/mecanica/mat/mat_mec/

m6/aceros%20estructuras%20y%20tratamientos%20termicos.pdf

Sabelotodo (24-03-2015). Tratamientos térmicos del acero. Recuperado de

http://www.sabelotodo.org/metalurgia/tratatermacero.html