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Universidad de la guajira
Facultad de ingeniería
Programa industrial
Riohacha
TRATAMIENTOS TÉRMICOS proceso que comprende el
calentamiento de los metales o las aleaciones en estado sólido a
temperaturas definidas, manteniéndolas a esa
temperatura por suficiente tiempo, seguido de un
enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar
sus propiedades físicas y mecánicas
especialmente la dureza, la resistencia y
la elasticidad. Estos tratamientos térmicos pueden dar resultados
muy útiles, como producir superficies duras con un interior dúctil, incrementar la tenacidad o disminuir el tamaño del grano.
Nunca alteran las propiedades químicas. Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un
tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro - carbono
este tipo de diagrama se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios
de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos
Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se
van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la
tensión. El tiempo y la temperatura son los factores principales y hay que fijarlos de
antemano de acuerdo con la composición del acero, la forma y el tamaño de las piezas y las
características que se desean obtener.
Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente,
el acero y la fundición, formados por hierro y carbono.
MEJORA DE LAS PROPIEDADES A TRAVÉS
DEL TRATAMIENTO TÉRMICO
• Las propiedades mecánicas de las aleaciones de un mismo metal, y en particularde los aceros, reside en la composición química de la aleación que los forma y eltipo de tratamiento térmico a los que se les somete.
• Los tratamientos térmicos modifican la estructura cristalina que forman a losaceros sin variar la composición química de los mismos.
• Esta propiedad de tener diferentes estructuras de grano con la misma composición química se llama polimorfismo y es la que justifica los tratamientos térmicos.
• Técnicamente el polimorfismo es la capacidad de algunos materiales de presentar distintas estructuras cristalinas, con una única composición química, el diamante y el grafito son polimorfismos del carbono.
•Por lo tanto las diferentes estructuras de grano pueden ser modificadas, obteniendo así aceros con nuevas propiedades mecánicas, pero siempre manteniendo la composición química. Estas propiedades varían de acuerdo al tratamiento que se le de al acero dependiendo de la temperatura hasta la cual se lo caliente y de como se enfría el mismo.
•La forma que tendrá el grano y los micro constituyentes que compondrán al acero, sabiendo la composición química del mismo (esto es porcentaje de Carbono y Hierro (Fe3))y la temperatura a la que se encuentra, se puede ver en el Diagrama Hierro Carbono
EFECTOS DE LA TEMPERATURA EN EL TAMAÑO DE GRANO
Etapas del tratamiento térmico
Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna): La elevación de temperatura debe ser uniforme, por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias, antes del paso por los puntos críticos, este último es el calentamiento escalonado.
Permanencia en la temperatura fijada. Para que el metal se transforme por completo debe permanecer un tiempo a la temperatura fijada (unos dos milímetros por centímetro de espesor).
Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente: Este tiene que ser rigurosamente controlado en función del tipo de tratamiento que se realice.
ETAPAS DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS DEL ACERO
La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecidos
Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro-carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina)
Hornos utilizados para el
tratamiento térmico
El calentamiento
por gas
Calentamiento por resistencia
eléctrica
Hornos según su atmósfera
En vacío
El calentamiento por gas tiene como ventaja la
economía y como inconveniente la dificultad
del control de la temperatura.
Los hornos de gas pueden ser del tipo de
fuego directo, en el cual los productos de la combustión entran
a la cámara de calentamiento
Alternativamente, pueden ser de
combustión indirecta, de manera que la cámara del horno quede aislada de los productos de la
combustión.
EL CALENTAMIENTO POR GAS
HORNOS SEGÚN SU ATMÓSFERA
En tratamientos térmicos se entiende por atmósfera la masa gaseosa encerrada dentro del horno que esta en contacto con la pieza a tratar las atmósfera pueden tener carácter neutro, oxidante o reductor el papel desempeñado por la atmósfera controlada es doble
por una parte evita que se produzcan reacciones perjudiciales como la oxidación y la descarbonizacion de las piezas. Por otra parte permite realizar las acciones previstas a saber, la reducción de óxidos superficiales y la eliminación de gas sean absorbidas
EN VACÍO
Se utiliza para sintetizar carbonos cementados y para el tratamiento térmico especial de aceros aleados se consiguen mediante bombas mecánicas y de difusión de aceite o mercurio
Las atmósferas neutras de argón helio y nitrógeno apenas se emplean debido al precio de estos gases y a las trazas de oxigeno que suelen contener.
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 (entre 900-950 °C) y se
enfría luego más o menos rápidamente
(según características de la pieza)
en un medio como agua, aceite,
etcétera.
se utiliza para obtener
un tipo de aceros de
alta dureza llamado
martensita.
consiste en templar una
muestra estándar de acero llamada probeta con un
chorro de agua de caudal y
temperatura constante
La temperatura de la probeta se
eleva y se proyecta el
chorro de agua por uno de los
extremos de la probeta.
Ese extremo de la probeta se
enfriará rápidamente, sufriendo el
temple y será más duro que el otro
extremo.
Luego se mide la dureza de la
probeta cada 1,5 mm a lo largo y se traza la curva de templabilidad.
La curva de templabilidad
asegura que si la dureza disminuye
rápidamente conforme nos
alejamos del extremo templado, el acero
tendrá una templabilidad baja
mientras que los aceros cuyas curvas
son casi horizontales serán de alta
templabilidad, es decir, susceptibles de endurecerse rápido
cuando sufren temple.
ENSAYO DE TEMPLABILIDAD O ENSAYO DE JOMINY
REVENIDO
Sólo se aplica a aceros previamente templados, para
disminuir ligeramente los efectos del temple,
conservando parte de la dureza y aumentar la
tenacidad
Después del temple, los aceros suelen quedar demasiado duros y frágiles para los usos a los que están destinados. Esto se corrige con el proceso del revenido,
este proceso consiste en calentar el acero a una temperatura mas baja que
su temperatura inferior enfriándolo luego al aire, en aceite o en agua
con esto no se eliminan los efectos del temple, solo se
modifican, se consigue disminuir la dureza,
resistencia, y las tensiones internas, y se aumenta la
tenacidad.
dejando al acero con la dureza o resistencia deseada
El recocido consiste en calentar un material hasta una temperatura dada y, posteriormente, enfriarlo
lentamente. Con este tratamiento se logra
aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la
dureza.
Su objetivo principal es
"ablandar" el acero para facilitar su
mecanizado posterior
afinar el grano y ablandar el material,
eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y
las tensiones internas.
RECOCIDO
NORMALIZADO
Tiene por objetivo 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.
El normalizado se practica calentando
rápidamente el material hasta una temperatura crítica y se mantiene en ella durante un tiempo.
A partir de ese momento, su estructura interna se vuelve más uniforme y
aumenta la tenacidad del acero.
Tratamientos termoquímicos
Tratamientos termoquímicos
son tratamientos térmicos en los que,
además de los cambios en la estructura del acero, también se
producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos
hasta una profundidad determinada
Estos tratamientos requieren el uso de
calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales.
Entre los objetivos más comunes de estos
tratamientos están aumentar la dureza
superficial de las piezas dejando el núcleo más
blando y tenaz , disminuir el rozamiento aumentando
el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la
resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a
la corrosión.
aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento
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.
CEMENTACION
Nitruración
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.
CIANURACION
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
tratamiento térmico superficial del acero, englobado dentro de los procesos de cementación gaseosa, en el que se suministra carbono y nitrógeno a la superficie de una pieza de acero para proporcionarle las características de dureza deseada.
Concretamente es un tratamiento termoquímico, a medio camino entre la cementación o carburación (adición de carbono) y la nitruración (adición de nitrógeno).
aumenta la resistencia al desgaste por
acción del azufre.
El azufre se incorporó al
metal por calentamiento
a baja temperatura
(565 °C) en un baño de sales.
La incorporación superficial de azufre genera
sulfuro de hierro (S2Fe) como inclusión no
metálica (impureza) y se
aloja en los bordes de grano lo que fragiliza al metal, lo cual
hace que disminuya el
punto de fusión.
Se realiza en piezas
terminadas
SULFINIZACION
En termodinámica, el concepto de irreversibilidad
se aplica a aquellos procesos que, como la
entropía, no son reversibles en el tiempo. Desde
esta perspectiva termodinámica, todos los
procesos naturales son irreversibles. El
fenómeno de la irreversibilidad resulta del hecho
de que si un sistema termodinámico de
moléculas interactivas es trasladado de un
estado termodinámico a otro, ello dará como
resultado que la configuración o distribución de
átomos y moléculas en el seno de dicho sistema
variará
IREVERSIBILIDAD
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