Tratamientos térmicos



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Tratamientos térmicos


ROMMEELL PRIETO AGUIRRE/repa10.7991@hotmail.com

Resumen.


Se conoce como tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, de los metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los cerámicos.

Palabras claves.


Tratamiento térmico, temperatura, tiempo, velocidad, presión, aleaciones, propiedad mecánica, fundición, hierro, carbono.

Abstract.


It is known as heat treatment to set operations of heating and cooling, under controlled conditions of temperature, residence time, velocity, pressure, metals or alloys in the solid state, in order to improve their mechanical properties, especially hardness, resistance and elasticity. The materials to which heat treatment is applied are basically steel and cast iron consisting of carbon. Various heat treatments are applied to the ceramic.

Key Word:


Heat treatment, temperature, time, speed, pressure, alloys, mechanical properties, iron, carbon.

Introduccion.


Se trata de variar la temperatura del material pero sin variar la composición química.

Mejorar las propiedades de los metales y aleaciones, por lo general, de

Tipo mecánico. En ocasiones se utiliza este tipo de tratamientos para, posteriormente,

Conformar el material. Mediante este tipo de tratamientos, el metal sufre procesos de calentamiento y enfriamiento y se varía la composición química superficial de los aceros, adicionando otros elementos para mejorar las propiedades en la superficie, principalmente la dureza o resistencia a la corrosión, sin modificar otras propiedades esenciales tales como ductilidad. (sevilla, 2012)


Tratamientos.

Tratamientos térmicos del acero.


El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. 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 del hierro-carbono. En este tipo de diagramas 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. Los principales tratamientos térmicos son:


  • Temple

  • Revenido

  • Recocido

  • Normalizado (Fundiciones., 1988)


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.

El temple se utiliza para obtener un tipo de aceros de alta dureza llamado Mar tensita. Se trata de elevar la temperatura del acero hasta una temperatura cercana a 1000 ºC y posteriormente someterlo a enfriamientos rápidos o bruscos y

Continuos en agua, aceite o aire.

La capacidad de un acero para transformarse en martensita durante el temple Depende de la composición química del acero y se denomina templabilidad.

Al obtener aceros martensíticos, en realidad, se pretende aumentar la dureza.

El problema es que el acero resultante será muy frágil y poco dúctil, porque existen altas tensiones internas.


http://tse1.mm.bing.net/th?&id=jn.v/sw5t3tfgus/mcnilgymw&w=300&h=300&c=0&pid=1.9&rs=0&p=0
Ensayo de templabilidad o ensayo de Jominy

El ensayo de Jominy 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. Fíjate en el siguiente diagrama

Corresponde a dos ensayos de Jominy con dos materiales diferentes.

En vertical se presenta la dureza y en horizontal se presenta la distancia desde el extremo templado.

Se observa que, a media que nos alejamos del extremo templado, la dureza (HRC) disminuye.

Se puede observar que el descenso de la dureza en la curva inferior es más rápido, con lo cual podemos afirmar que en ese caso, la probeta tendrá baja templabilidad, es decir, que ese acero tiene menos capacidad para transformarse en un acero de alta dureza (martensita) cuando se enfría rápidamente con un líquido (normalmente agua). (Práctica., 1971)

Revenido


Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido 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. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.

El revenido es el tratamiento térmico que sigue al temple. Recuerda que un acero templado es aquel que tiene una dureza muy alta (llamado martensita), pero tiene el inconveniente de ser frágil y poco porque tiene tensiones internas.

El revenido consiste en calentar la pieza templada hasta cierta temperatura, para reducir las tensiones internas que tiene el acero martensítico (de alta dureza).

De esto modo, evitamos que el acero sea frágil, sacrificando un poco la dureza.

La velocidad de enfriamiento es, por lo general, rápida.

Recocido


Consiste básicamente en un calentamiento hasta la temperatura de austenización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas. El recocido consiste en calentar un material hasta una temperatura dada y, posteriormente, enfriarlo lentamente. Se utiliza, al igual que el caso anterior, para suprimir los defectos del temple.

Se persigue:

– Eliminar tensiones del temple.

– Aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad del acero.

¿Cómo se practica el recocido?

– Se calienta el acero hasta una temperatura dada

– Se mantiene la temperatura durante un tiempo

– Se enfría lentamente hasta temperatura ambiente, controlando la velocidad de enfriamiento.

Si la variación de temperatura es muy alta, pueden aparecer tensiones internas que inducen grietas o deformaciones.

El grado de plasticidad que se quiere dotar al metal depende de la velocidad de enfriamiento y la temperatura a la que se elevó inicialmente.



http://tse1.mm.bing.net/th?&id=jn.lu3dheozsfz0kkrlycvnrw&w=300&h=300&c=0&pid=1.9&rs=0&p=0

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.

Este tratamiento se emplea para eliminar tensiones internas sufridas por el material tras una conformación mecánica, tales como una forja o laminación para conferir al acero unas propiedades que se consideran normales de su composición.

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 acerohttp://tse1.mm.bing.net/th?&id=jn.dvrt4rvfq7mflkfxs0iraq&w=300&h=300&c=0&pid=1.9&rs=0&p=0. (losmateriales1.wikispaces.com, 2005)


Factore s que Influyen en la Templabilidad.


Influyen en la templabilidad principalmente los elementos aleados y el tamaño de grano.

Los elementos que más favorecen la penetración del temple, es decir, la templabilidad, son el manganeso, molibdeno y el cromo. Por otra parte, un aumento en el tamaño de grano produce un aumento de la templabilidad.




PRÁCTICA DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS EN ACEROS


El material necesario para desarrollar la práctica es el siguiente:

Horno de mufla, con control automático de temperatura y programable.

Pinzas largas para introducción y extracción de las muestras del horno.

Guantes aislantes.

Instalación para ensayo Jominy.

Durómetro Rockwell.

Calibre o regla graduada.

Lima.


Lijadora y pulidora.

Microscopio metalográfico o lupa binocular.

Virutas de fundición.

Cuatro trozos de redondo de acero de 25 mm de diámetro.

Probeta Jominy.

Recipiente con agua o aceite.

⇐ Una vez cortadas de un redondo las cuatro muestras y obtenida tras la mecanización oportuna la probeta del acero elegido para el ensayo Jominy, (en nuestro caso utilizaremos F-1140, F-1250, F-522. etc.), que debe coincidir con el adjudicado al grupo en otras prácticas, para que los alumnos puedan relacionar todos los ensayos de características y propiedades sobre un mismo material.

⇐ Según el acero elegido, se programa el horno hasta la temperatura de austenización adecuada con una secuencia de calentamiento de 1h/pulgada de espesor, y se dejan las muestras en la mufla el tiempo también establecido de ½ h/pulgada de diámetro.

⇐ Transcurrido el tiempo establecido, y con las precauciones oportunas, se introducen tres probetas de una en una en agua ó aceite, para realizar el temple, y otra se deja enfriar al aire calmado, realizando pues sobre el material un normalizado.
http://tse1.mm.bing.net/th?id=jn.e4rcfjgwaew7tdtwgobfew&pid=15.1
Por tanto, disponemos de probetas en estados de recepción (se ignora si están tratadas), una con un tratamiento de normalizado y tres que teóricamente están templadas. La forma más sencilla y rápida de determinar una propiedad mecánica que a su vez esté directamente relacionada con las otras, es medir su dureza y determinar su equivalencia con la resistencia que en los aceros al carbono está perfectamente tabulada.

⇐ Midiendo pues la dureza por el método Rockwell “C” se obtienen los datos de dureza del acero con los estados de tratamiento citado anteriormente.

⇐ La dureza media de las tres probetas templadas supuestamente de forma correcta, sería la que indica su capacidad de temple o máxima dureza adquirida, pues es función de la riqueza de carbono del acero en cuestión.

⇐ A continuación, una de las probetas templadas se introduce en la mufla a 350 ºC y otra a 550 ºC. Transcurrida ½ hora, se deja enfriar al aire, y tendremos dos probetas templadas y revenidas a las citadas temperaturas. Posteriormente se las somete a un ensayo de dureza, obteniendo los datos oportunos.

⇐ Para facilitar al alumno la toma de datos y ayudarle a relacionar los datos y observar la evolución de las estructuras y propiedades, se les adjunta una tabla para la toma de datos como la siguiente, que sintetiza todo lo realizado en el ensayo.(Handbook., 1997)
http://tse3.mm.bing.net/th?id=jn.brxuzdc5oh64bq7jcmdn1w&w=224&h=146&c=7&rs=1&qlt=90&o=4&pid=1.1

Referencias


Fundiciones., T. F. (1988). tratamientos termicos. bogota: graficas urania s.a.

Handbook., A. I. (1997). tratamientos termicos de los minerales. mexico d.f.: Eighth Edition.

losmateriales1.wikispaces.com. (2005). losmateriales. madrid: wikispaces.com.

Práctica., F. C. (1971). Metalografía Práctica. santiago: Editorial Alhambra.



sevilla, u. d. (2012). tratamientos termicos de minerales. sevilla.


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