TRATAMIENTOS DE LOS METALES PARA MEJORAR SUS PROPIEDADES TRATAMIENTOS TERMICOS
El objeto de estos tratamientos es mejorar las propiedades mecánicas de los metales para facilitar su conformado, tales como: 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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Se pueden distinguir cuatro clases diferentes de tratamientos: a) TR TRAT ATAM AMIE IENT NTOS OS TÉRM TÉRMIC ICOS OS:: con este tipo de tratamiento, los metales son sometidos a procesos térmicos en los que no se varía su composición química aunque sí su estructura interna y, por tanto, sus propiedades. b) TRA TRATAM TAMIEN IENTOS TOS TE TERMO RMOQUÍ QUÍMIC MICOS: OS: los metales son sometidos a enfriamientos y calentamientos, a la vez que se modifica la composición de su capa externa. c) TR TRAT ATAM AMIE IENT NTOS OS ME MECÁ CÁNI NICO COS: S: tienen por objeto mejorar las características de los metales por medio de deformación mecánica, pudiendo realizarse en caliente o en frío. d) TRA TRATAM TAMIEN IENTOS TOS SUP SUPERF ERFICI ICIALE ALES: S: se mejoran las propiedades de la superficie de los metales sin alterar su composición química. En este caso, a diferencia de los tratamientos termoquímicos, no es necesario someter el
Tratamientos superficiales
Tratamientos mecánicos
Metalización
Cromado
En caliente (forja) En frío
a) TRATAMIENTOS TERMICOS
La normalización es un tratamiento calórico en el que el acero se calienta en la región austenítica y después se enfría en aire en reposo. La microestructura de las secciones delgadas de los aceros al carbono simples hipoeutectoides normalizados corresponde a la de la ferrita proeutectoide y a la de la perlita fina. Los propósitos de la normalización varían. Algunos de ellos son: a) Eliminan tensiones internas y se uniformiza el tamaño de grano o para refinar la estructura del grano; b) Para incrementar la solidez del acero (en comparación con el acero recocido); c) Para reducir la segregación de los componentes en operaciones de fundición o forjado, y conseguir así una estructura más uniforme.
hipoeutectoides de 0-0,87%C
Cabe anotar la existencia de dos micro constituyentes en esta ferrita fotomicrografía: proeutectoide ( pre- o antes del eutectoide) y perlita. Estos micro constituyentes aparecen en todos los aceros hipoeutectoides enfriados lentamente desde la
Se suelen someter a normalizado piezas que han sufrido trabajos en caliente, en frío, enfriamientos irregulares o sobrecalentamientos y también se utiliza en aquellos casos en los que se desean eliminar los efectos de un tratamiento anterior defectuoso. La normalización es más económica que el recocido completo porque no se necesita un horno para controlar la velocidad de enfriamiento del acero.
Es un tratamiento utilizado para eliminar los efectos del trabajo en frio, esto es, para ablandar , ductilizar y maleabilidad para darle su forma final por mecanizado a un metal.
Este proceso consiste en calentar el acero a una cierta temperatura (similar a la del normalizado) y a continuación someterlo a un enfriamiento muy lento (por lo general se apaga el horno y se deja que el material se enfríe en su interior). La diferencia entre los tratamientos de temple, normalizado y recocido estriba en la velocidad de enfriamiento que sirve para definir la dureza y la resistencia finales de la pieza.
Temperatura crítica superior, donde prevalece la fase austenita.
TE
Temperatura crítica inferior, en equilibrio tenemos Ferrita y Cementita
Temperatura crítica superior, donde prevalece la fase austenita.
TE
Temperatura crítica inferior, en equilibrio tenemos Ferrita y Cementita
TEMPERATURAS CRITICAS
A2
Los factores de que depende el temple son: -Composición del acero : a mayor contenido de carbono o de otros elementos si se trata de aceros aleados, menor velocidad de enfriamiento se necesita y mayor dureza y pro fundidad de temple se consigue. -Temperatura de temple : los aceros hipoeutectoides será necesario calentarlos por encima de AC3+50 ºC ya que el producto preutectoide es más blando (ferrita), mientras que los aceros hipereutectoides bastará con hacerlo por encina de AC1+50 ºC ya que la cementita que contienen en este caso es más dura. -Tiempo de calentamiento: depende del tamaño de la muestra ya que si el tiempo es corto no se produce la austenización completa de la pieza, y si es excesivo, se puede producir un grano grueso que empobrece el temple. -Velocidad de enfriamiento: debe ser superior a la crítica siendo ésta aquella velocidad mínima para la cual toda la masa de austerita se transforma en martensita. Por su parte, la velocidad de enfriamiento depende a su vez de la temperatura de temple, del medio refrigerante y de las dimensiones de la pieza. Recuerda que a mayor velocidad menor tamaño del grano se consigue. - Medios de enfriamiento : mientras el calentamiento se hace en hornos especiales, el enfriamiento se puede hacer empleando como agua, aceites minerales, metales y sales fundidas, aire, etc.
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 - 950º C ) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc.
Fig 1: Temperaturas de austenización para el temple, indicadas en el diagrama Fe-C
Consiste en mantener constantes todos los factores que influyen en la templabilidad:
1.Se emplea una probeta normalizada, se lleva a austenización. 2.Se saca del horno y uno de los extremos se empieza a templar mediante chorro de agua a T=cte, de modo que la velocidad de enfriamiento es máxima en ese extremo y disminuye a lo largo de la probeta. 3.Una ve enfriada se desbasta una tira de 0,4mm y se determina la dureza de la probeta en los primeros 50cm y se traza una
Existen diferentes tipos de temple de los cuales son:
1. Temple continuo completo Se aplica a los aceros hipereutectoides. Se calienta la pieza hasta la temperatura de temple y seguidamente se enfría en el medio adecuado (agua, aceite, sales, aire) con lo que se obtiene como elemento constituyente martensita .
2. Austempering Es el tratamiento isotérmico de una aleación ferrosa, a una temperatura por debajo de la formación de perlita y superior a la de martensita (Figura X.16), con el objeto principal de incrementar la ductilidad o resiliencia a una dureza determinada . El acero que va a ser austemplado debe ser: 1) Calentado a una temperatura dentro de los límites de austenización, generalmente entre 790-900º C. 2) Enfriado en un baño mantenido a temperatura constante, generalmente entre 260-300ºC 3) Permitir que se efectúe la transformación isotérmica en bainita en el tiempo de permanencia (que dependerá de la curva de las “S” del acero), 4) Enfriar a temperatura ambiente, generalmente en aire calmo.
3. Temple superficial Se basa en un calentamiento superficial muy rápido de la pieza y un enfriamiento también muy rápido, obteniendo la austenización solo en la capa superficial, quedando el núcleo de la pieza blando y tenaz y la superficie exterior dura y resistente al rozamiento .
Los defectos más comunes ocasionados en el temple son: Oxidaciones y descarburaciones : se deben al calentamiento en atmósferas inadecuadas. Exceso de fragilidad: por calentamiento a temperaturas excesivas que provocan el crecimiento del grano. Falta de dureza: por calentamiento a temperatura demasiado baja, por descarburación superficial o por velocidades de enfriamiento superiores a la crítica. Deformaciones: por calentamiento o enfriamiento desigual de las piezas o apoyos inadecuados en el proceso. Grietas y roturas: por desigual enfriamiento del •
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Medios de temple Los distintos medios de temple utilizados en la industria, son los siguientes. Agua,
enfría muy rápidamente la superficie, Sales fundidas; están constituidas por cantidades variables de sodio, potasio, bario, etc, en forma de cianuros y sus componentes. Son utilizados como medios de enfriamiento y sustituyen con ventaja al aceite y al plomo fundido, Solución salinas; añadiendo al agua una determinada cantidad de sales de temple, el enfriamiento es más rápido y por lo tanto más enérgico, Aceite; enfría más lentamente que el agua, Aire; se enfrían las piezas con corrientes de aire. Se utiliza para los denominadas aceros rápidos, Plomo; posee gran conductividad térmica por lo cual el calentamiento del baño se hace bastante rápido, soluciones acuosas de diferentes compuestos orgánicos y de enfriamiento en metales fundidos.
El propósito fundamental es disminuir la gran fragilidad que tienen los aceros tras el tratamiento de temple. Bajamos la dureza y aumentamos la tenacidad.
El tratamiento de revenido consiste en calentar al acero seguido del normalizado o templado, a una temperatura menor al punto crítico, seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rápido cuando se deseen resultados elevados en tenacidad, o lento, para reducir al máximo las tensiones térmicas que puedan causar deformaciones.
Ventajas Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un punto de mínima fragilidad. Reducir las tensiones internas de transformación que se originan en el temple. Cambiar las características mecánicas en las piezas templadas generando los siguientes efectos: Reducir la resistencia a la rotura por tracción, el límite elástico y la dureza. Elevar las características de ductilidad; alargamiento estricción y las de tenacidad; resiliencia. •
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El revenido se hace en tres fases •
Calentamiento a una temperatura inferior a la crítica.
El calentamiento se suele hacer en hornos de sales. Para los aceros al carbono de construcción, la temperatura de revenido está comprendida entre 450°C a 600°C, mientras que para los aceros de herramienta la temperatura de revenido es de 200°C a 350°C. •
Mantenimiento de la temperatura
La duración del revenido a baja temperatura es mayor que a las temperaturas más elevadas, para dar tiempo a que sea homogénea la temperatura en toda la pieza.
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Enfriamiento
La velocidad de enfriamiento del revenido no tiene influencia alguna sobre el material tratado cuando las temperaturas alcanzadas no sobrepasan las que determinan la zona de fragilidad del material; en este caso se enfrían las piezas directamente en agua. Si el revenido se efectúa a temperaturas superiores a las de fragilidad, es convenientemente enfriarlas en baño de aceite caliente a unos 150°C y después al agua, o simplemente al aire libre.