Tratamientos térmicos
Objetivo
El conocer acerca de los tratamientos térmicos es muy importante ya que es necesario conocer acerca de ellos y como se emplean en la industria automotriz ya que son pieza fundamental en la construcción de un automóvil.
El conocer acerca de los tratamientos térmicos es muy importante ya que es necesario conocer acerca de ellos y como se emplean en la industria automotriz ya que son pieza fundamental en la construcción de un automóvil.
Definición.
Es la combinación de varios procedimientos en el tratamiento de una pieza, mediante su sujeción a cambios de temperatura y con el propósito de obtener determinadas características mecánicas del material.Las características mecánicas de un material dependen tanto de su composición química como de la estructura cristalina que tenga. Los tratamientos térmicos modifican esa estructura cristalina sin alterar la composición química, dando a los materiales unas características mecánicas concretas, mediante un proceso de calentamientos y enfriamientos sucesivos hasta conseguir la estructura cristalina deseada.
Entre estas características están:
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. Se mide en unidades BRINELL (HB) o unidades ROCKWEL C (HRC).
Entre los factores que afectan a los procesos de tratamiento térmico del acero se encuentran la temperatura y el tiempo durante el que se expone a dichas condiciones al material. Otro factor determinante es la forma en la que el acero vuelve a la temperatura ambiente. El enfriamiento del proceso puede incluir su inmersión en aceite o el uso del aire como refrigerante.
El método del tratamiento térmico, incluyendo su enfriamiento, influye en que el acero tome sus propiedades comerciales.
- Tratamientos en la masa: recocidos y normalizados, temples y revenidos.
- Tratamientos superficiales: temple superficial y tratamientos termoquímicos (cementación, carbonitruración, boruración y nitruración).
- Tratamientos de superficie (depósitos)
Recocido
Su objetivo principal es "ablandar" el acero para facilitar su mecanizado posterior. También es utilizado para regenerar el grano o eliminar las tensiones internas. Se debe tener en cuenta que los recocidos no proporcionan generalmente las características más adecuadas para la utilización del acero y casi siempre el material sufre un tratamiento posterior con vistas a obtener las características óptimas del mismo. Cuando esto sucede el recocido se llama también "tratamiento térmico preliminar" y al tratamiento final como "tratamiento térmico de calidad". Los tipos de recocidos son los siguientes: recocido de regeneración, recocido de engrosamiento de grano, recocidos globulares o esferoidales (recocido globular subcrítico, recocido regular de austenización incompleta o recocido globular oscilante), recocido de homogenización, recocidos subcríticos (de ablandamiento o de acritud), recocido isotérmico y recocido blanco.
Temple
El temple es un tratamiento termico que consiste en enfriar muy rápidamente, la mezcla austenitica homogénea, que tenemos después de calentar el acero, con este enfriamiento rápido se consigue un aumento de dureza, ya que el resultado microscopico final es una mezcla martensítica. La temperatura de temple para los aceros hipoeutectoides son de 30-50 grados, por encima de esta temperatura, el grano de austenita crece mucho, obteniéndose austenita basta de baja tenacidad. El tiempo de enfriamiento debe de ser rápido pero solo en el intervalo de temperatura de 650-400 grados, que es donde la austenita es menos estable , y es donde se forma la mezcla de ferrita y cementita , por encima de 650 grados la velocidad puede ser mas lenta , pero no tanto que permita la precipitación de ferrita o la transformación de austenita en perlita , por debajo de los 400 grados comienza la zona de estabilidad de la austenita , y el enfriamiento puede volver a ser lento, y en el intervalo de 200-300 grados, el enfriamiento debe de ser lento para evitar tensiones térmicas resultantes de un enfriamiento rápido. En los aceros hipereutectoides el temple se suele realizar con calentamiento de austenización incompleta, en la masa original caliente hay austenita y una cantidad de cementita y carburos aleados, después del enfriamiento se obtiene martensita y carburos, este proceso produce mejores resultados en la practica industrial. Factores que influyen en el temple de los aceros son la composición, el tamaño de grano, el tamaño de las piezas. El estudio de las velocidades críticas del temple debe de hacerse con ayuda de las curvas de la “S” de enfriamiento continuo, las cuales reflejan la influencia de la composición sobre la velocidad de enfriamiento, al aumentar el porcentaje de manganeso y cromo, las curvas se desplazan hacia la derecha y por tanto las velocidades críticas del temple disminuyen. El tamaño de grano modifica la situación y forma de la curva “S”, en aceros de la misma composición, las velocidades del temple de grano grueso son menores que las velocidades de grano fino. El tamaño , volumen , y espesor de las piezas tiene gran importancia, ya que si enfriamos una pieza grande primero se enfría la superficie exterior rápidamente , pero las capas interiores tardan mas , ya que el calor debe de atravesar las capas exteriores y estas capas tienen una conductividad limitada , con lo cual perfiles delgados enfrían antes que gruesos. El medio de enfriamiento también influye siendo este proceso por etapas , en la primera el acero al sumergirse en el liquido se forma una capa de vapor , al ser su temperatura muy alta, que rodea el metal , y el enfriamiento se hace por conducción y radiación a través de la capa gaseosa , siendo un enfriamiento muy lento. En la segunda etapa cuando desciende la temperatura de superficie del metal, la película de vapor va desapareciendo, pero el líquido hierve alrededor de las piezas y se forman burbujas que transportan el vapor por conducción. En la tercera etapa el enfriamiento lo hace el líquido por conducción y conveccion, cuando la diferencia de temperatura del líquido y la pieza es pequeña., con lo que el liquido influye en la velocidad según su temperatura de ebullición, su conductividad térmica, su viscosidad, su calor especifico y su calor de vaporización.
Si se realiza un temple mal, nos podemos encontrar con defectos en la pieza como una dureza insuficiente para nuestros propósitos, que se hayan formados puntos blandos, piezas con mucha fragilidad, descarburación, grietas etc.
Revenido
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 critica 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. El acero, después del temple, esta compuesto por cristales de martensita, si se vuelve a calentar a diferentes temperaturas, entre Temp. Ambiente y 700º y después se enfría al aire, la resistencia a la tracción disminuye a medida que la Temp. del revenido aumenta , y al mismo tiempo aumenta la ductilidad y la tenacidad , la resistencia al choque o resiliencia, que es baja cuando el revenido se hace a Temp. inferiores a 450ºC, aumenta cuando se hace a Temp. más elevadas. En ciertos aceros en los que después del temple queda austenita residual, se presenta un aumento de dureza, cuando el revenido se hace entre 350ºC y 550ºC, transformándose la austenita en otros constituyentes. Los aceros después del revenido, por lo general se contraen estas variaciones de propiedades que suceden en el revenido, se deben a los cambios microestructurales, que consisten en la descomposición de la martensita que se había obtenido en el temple y que se transforma en otros constituyentes más estables. La estructura obtenida en un revenido a 200-250ºC es de martensita de red cúbica, a 400ºC se observa un oscurecimiento fuerte, al aumentar a 600-650º se desarrolla la coalescencia de la cementita. Con ayuda del telescopio electrónico se ha podido llegar a la conclusión que el revenido se hace en tres etapas:
-La primera etapa se realiza a bajas temperaturas, menores de 300ºC, y se precipita carburo de hierro epsilon y el porcentaje de carbono en la martensita baja a 0.25%, el carburo de hierro cristaliza en el sistema hexagonal, en los limites de los subgranos de la austenita, y la martensita cambia su red tetragonal a red cúbica
-En la segunda etapa, solo se presenta cuando hay austenita retenida en la microestructura del acero, la cual se transforma en vainita, que al ser calentada a altas temperaturas también precipita en carburo de hierro, con formación final de cementita y ferrita.
-En la tercera etapa, el carburo de hierro que apareció en la primera etapa, se transforma en cementita, cuando sube la Temp. Se forma un precipitado de cementita en los limites y en el interior de las agujas de martensita, la cual al aumentar la Temp. se redisuelve la del interior y se engruesa la del exterior, al subir mas la Temp. Se rompe la cementita exterior, y a 600ºC la matriz queda constituida por ferrita. Al final la martensita se ha transformado en cementita y ferrita. En los revenidos la martensita obtenida al temple, va perdiendo carbono que aparece en forma de carburo epsilon, y cementita. Cuando después del temple aparece austenita residual, los cambios microestructurales cuando empieza a calentar, son iguales a los anteriores, pero a 225ºC comienza la descomposición de la austenita hasta los 400ºC , produciéndose un oscurecimiento de la estructura. Cuanto mas baja sea la temperatura del temple, la austenita residual será menos refractaria, y a mas Temp. del temple será mas difícil conseguir la transformación isotermica de la austenita . Esta austenita sufre una precipitación de carburos complejos de alta aleación, y disminuye el contenido en carbono, después de esta precipitación y al enfriar, se transforma en bainita.
Hay otros métodos de tratamiento térmico para endurecer el acero.
Cementación: Las superficies de las piezas de acero terminadas se endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitrógeno.
Carburización: La pieza se calienta manteniéndola rodeada de carbón vegetal, coque o gases de carbono.
Cianurización: Se introduce el metal en un baño de sales de cianuro, logrando así que endurezca.
Nitrurización: Se usa para endurecer aceros de composición especial mediante su calentamiento en amoniaco gaseoso.
Templabilidad
La templabilidad de un acero es una propiedad que determina la profundidad y distribución de la dureza alcanzada al producirse un enfriamiento desde la zona austenitica. La templabilidad del hierro aumenta si se añaden aleantes , a mas carbono mas templabilidad , sin embargo también aumenta el volumen , con lo que el enfriamiento de la pieza no es homogéneo, y enfría antes en el exterior que en el núcleo , el cual no se podrá dilatar al enfriarse por la compresión ejercida por la pieza ya enfriada, creándose unas tensiones de compresión en el interior y de tracción en la superficie que pueden llegar a romperla, con lo que hay que bajar el contenido en carbono, pero a su vez la templabilidad baja, con lo que se crea una contradicción. Se considera que el temple de un acero es aceptable cuando la microestructura esta formada por lo menos con un 50% de martensita, pero para conseguir las mejores características mecánicas en el producto final el porcentaje de martensita debe de estar entre el 50 y el 90 %.
Resumen sobre la importancia de los tratamientos térmicos en VW.
Su objetivo principal es "ablandar" el acero para facilitar su mecanizado posterior. También es utilizado para regenerar el grano o eliminar las tensiones internas. Se debe tener en cuenta que los recocidos no proporcionan generalmente las características más adecuadas para la utilización del acero y casi siempre el material sufre un tratamiento posterior con vistas a obtener las características óptimas del mismo. Cuando esto sucede el recocido se llama también "tratamiento térmico preliminar" y al tratamiento final como "tratamiento térmico de calidad". Los tipos de recocidos son los siguientes: recocido de regeneración, recocido de engrosamiento de grano, recocidos globulares o esferoidales (recocido globular subcrítico, recocido regular de austenización incompleta o recocido globular oscilante), recocido de homogenización, recocidos subcríticos (de ablandamiento o de acritud), recocido isotérmico y recocido blanco.
Temple
El temple es un tratamiento termico que consiste en enfriar muy rápidamente, la mezcla austenitica homogénea, que tenemos después de calentar el acero, con este enfriamiento rápido se consigue un aumento de dureza, ya que el resultado microscopico final es una mezcla martensítica. La temperatura de temple para los aceros hipoeutectoides son de 30-50 grados, por encima de esta temperatura, el grano de austenita crece mucho, obteniéndose austenita basta de baja tenacidad. El tiempo de enfriamiento debe de ser rápido pero solo en el intervalo de temperatura de 650-400 grados, que es donde la austenita es menos estable , y es donde se forma la mezcla de ferrita y cementita , por encima de 650 grados la velocidad puede ser mas lenta , pero no tanto que permita la precipitación de ferrita o la transformación de austenita en perlita , por debajo de los 400 grados comienza la zona de estabilidad de la austenita , y el enfriamiento puede volver a ser lento, y en el intervalo de 200-300 grados, el enfriamiento debe de ser lento para evitar tensiones térmicas resultantes de un enfriamiento rápido. En los aceros hipereutectoides el temple se suele realizar con calentamiento de austenización incompleta, en la masa original caliente hay austenita y una cantidad de cementita y carburos aleados, después del enfriamiento se obtiene martensita y carburos, este proceso produce mejores resultados en la practica industrial. Factores que influyen en el temple de los aceros son la composición, el tamaño de grano, el tamaño de las piezas. El estudio de las velocidades críticas del temple debe de hacerse con ayuda de las curvas de la “S” de enfriamiento continuo, las cuales reflejan la influencia de la composición sobre la velocidad de enfriamiento, al aumentar el porcentaje de manganeso y cromo, las curvas se desplazan hacia la derecha y por tanto las velocidades críticas del temple disminuyen. El tamaño de grano modifica la situación y forma de la curva “S”, en aceros de la misma composición, las velocidades del temple de grano grueso son menores que las velocidades de grano fino. El tamaño , volumen , y espesor de las piezas tiene gran importancia, ya que si enfriamos una pieza grande primero se enfría la superficie exterior rápidamente , pero las capas interiores tardan mas , ya que el calor debe de atravesar las capas exteriores y estas capas tienen una conductividad limitada , con lo cual perfiles delgados enfrían antes que gruesos. El medio de enfriamiento también influye siendo este proceso por etapas , en la primera el acero al sumergirse en el liquido se forma una capa de vapor , al ser su temperatura muy alta, que rodea el metal , y el enfriamiento se hace por conducción y radiación a través de la capa gaseosa , siendo un enfriamiento muy lento. En la segunda etapa cuando desciende la temperatura de superficie del metal, la película de vapor va desapareciendo, pero el líquido hierve alrededor de las piezas y se forman burbujas que transportan el vapor por conducción. En la tercera etapa el enfriamiento lo hace el líquido por conducción y conveccion, cuando la diferencia de temperatura del líquido y la pieza es pequeña., con lo que el liquido influye en la velocidad según su temperatura de ebullición, su conductividad térmica, su viscosidad, su calor especifico y su calor de vaporización.
Si se realiza un temple mal, nos podemos encontrar con defectos en la pieza como una dureza insuficiente para nuestros propósitos, que se hayan formados puntos blandos, piezas con mucha fragilidad, descarburación, grietas etc.
Revenido
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 critica 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. El acero, después del temple, esta compuesto por cristales de martensita, si se vuelve a calentar a diferentes temperaturas, entre Temp. Ambiente y 700º y después se enfría al aire, la resistencia a la tracción disminuye a medida que la Temp. del revenido aumenta , y al mismo tiempo aumenta la ductilidad y la tenacidad , la resistencia al choque o resiliencia, que es baja cuando el revenido se hace a Temp. inferiores a 450ºC, aumenta cuando se hace a Temp. más elevadas. En ciertos aceros en los que después del temple queda austenita residual, se presenta un aumento de dureza, cuando el revenido se hace entre 350ºC y 550ºC, transformándose la austenita en otros constituyentes. Los aceros después del revenido, por lo general se contraen estas variaciones de propiedades que suceden en el revenido, se deben a los cambios microestructurales, que consisten en la descomposición de la martensita que se había obtenido en el temple y que se transforma en otros constituyentes más estables. La estructura obtenida en un revenido a 200-250ºC es de martensita de red cúbica, a 400ºC se observa un oscurecimiento fuerte, al aumentar a 600-650º se desarrolla la coalescencia de la cementita. Con ayuda del telescopio electrónico se ha podido llegar a la conclusión que el revenido se hace en tres etapas:
-La primera etapa se realiza a bajas temperaturas, menores de 300ºC, y se precipita carburo de hierro epsilon y el porcentaje de carbono en la martensita baja a 0.25%, el carburo de hierro cristaliza en el sistema hexagonal, en los limites de los subgranos de la austenita, y la martensita cambia su red tetragonal a red cúbica
-En la segunda etapa, solo se presenta cuando hay austenita retenida en la microestructura del acero, la cual se transforma en vainita, que al ser calentada a altas temperaturas también precipita en carburo de hierro, con formación final de cementita y ferrita.
-En la tercera etapa, el carburo de hierro que apareció en la primera etapa, se transforma en cementita, cuando sube la Temp. Se forma un precipitado de cementita en los limites y en el interior de las agujas de martensita, la cual al aumentar la Temp. se redisuelve la del interior y se engruesa la del exterior, al subir mas la Temp. Se rompe la cementita exterior, y a 600ºC la matriz queda constituida por ferrita. Al final la martensita se ha transformado en cementita y ferrita. En los revenidos la martensita obtenida al temple, va perdiendo carbono que aparece en forma de carburo epsilon, y cementita. Cuando después del temple aparece austenita residual, los cambios microestructurales cuando empieza a calentar, son iguales a los anteriores, pero a 225ºC comienza la descomposición de la austenita hasta los 400ºC , produciéndose un oscurecimiento de la estructura. Cuanto mas baja sea la temperatura del temple, la austenita residual será menos refractaria, y a mas Temp. del temple será mas difícil conseguir la transformación isotermica de la austenita . Esta austenita sufre una precipitación de carburos complejos de alta aleación, y disminuye el contenido en carbono, después de esta precipitación y al enfriar, se transforma en bainita.
Hay otros métodos de tratamiento térmico para endurecer el acero.
Cementación: Las superficies de las piezas de acero terminadas se endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitrógeno.
Carburización: La pieza se calienta manteniéndola rodeada de carbón vegetal, coque o gases de carbono.
Cianurización: Se introduce el metal en un baño de sales de cianuro, logrando así que endurezca.
Nitrurización: Se usa para endurecer aceros de composición especial mediante su calentamiento en amoniaco gaseoso.
Templabilidad
La templabilidad de un acero es una propiedad que determina la profundidad y distribución de la dureza alcanzada al producirse un enfriamiento desde la zona austenitica. La templabilidad del hierro aumenta si se añaden aleantes , a mas carbono mas templabilidad , sin embargo también aumenta el volumen , con lo que el enfriamiento de la pieza no es homogéneo, y enfría antes en el exterior que en el núcleo , el cual no se podrá dilatar al enfriarse por la compresión ejercida por la pieza ya enfriada, creándose unas tensiones de compresión en el interior y de tracción en la superficie que pueden llegar a romperla, con lo que hay que bajar el contenido en carbono, pero a su vez la templabilidad baja, con lo que se crea una contradicción. Se considera que el temple de un acero es aceptable cuando la microestructura esta formada por lo menos con un 50% de martensita, pero para conseguir las mejores características mecánicas en el producto final el porcentaje de martensita debe de estar entre el 50 y el 90 %.
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. Los principales tratamientos térmicos son: Temple, Cementación, Nitruración y Alivio de Tensiones.
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Cuestionario.
Referencia y bibliografia.
http://www.ecured.cu/index.php/Metal_(Tratamiento_T%C3%A9rmico)
http://html.rincondelvago.com/tratamientos-termicos_1.html
http://www.lloydindustrialsa.com/tratam.html
https://sites.google.com/site/dedgoyaetptratamientostermicos/tipos-de-tratamientos-termicos
http://html.rincondelvago.com/proceso-del-temple.html
http://vacioydeteccion.blogspot.mx/2013/07/tratamientos-termicos.html
https://www.youtube.com/watch?v=RGl1MhPCsZY
Dibujo del Mes de Agosto
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http://html.rincondelvago.com/proceso-del-temple.html
http://vacioydeteccion.blogspot.mx/2013/07/tratamientos-termicos.html
https://www.youtube.com/watch?v=RGl1MhPCsZY
Dibujo del Mes de Agosto
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