FALLAS DE LOS TRATAMIENTOS TERMICOS
COMPORTAMIENTO MECANICO Depende de: PROPIEDADES MECÁNICAS Depende de: ESTRUCTURA Depende de:
TRATAMIENTO TERMOMECANICO
COMPOSICION QUIMICA
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1) LA ELIMINACION DE UNA ESTRUCTURA INDESEABLE POR OTRA SE DENOMINA RECRISTALIZACION
2) ESTA ESTRUCTURA INDESEABLE PUEDE DEBERSE A FALLAS EN LOS PROCESOS ANTERIORES O SIMPLEMENTE COMO CONSECUENCIA NATURAL DE PROCESOS DE FABRICACION PERO INADECUADAS EN LA UTILIZACION MECÁNICA
3) EL CRITERIO GENERAL SIEMPRE CONSISTE EN INESTABILIZAR LA ESTRUCTURA QUE SE QUIERE CAMBIAR PARA LUEGO ESTABILIZAR OTRA DE MANERA CONTROLADA
4) ESTA INESTABILIZACION SE LOGRA COMO SIEMPRE, AUMENTANDO LA ENERGIA LIBRE “F” Y LUEGO PERMITIR QUE “F” DISMINUYA CONTROLADAMENTE
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TRATAMIENTOS TERMICOS. GENERAL.
TRATAMIENTO TERMICO DE RECRISTALIZACION CON DEFORMACION PLASTICA PREVIA. Recocido de Recristalizacion con DPP •
TRATAMIENTO TERMICO DE ENDURECIMIENTO POR PREPRECIPITACION Envejecido •
TRATAMIENTOS BASADOS EN EL CAMBIO ALOTRÓPICO •
• •
Recocidos de: Normalizado: Temples :
1) Homogeneización 3) RecristalizacionAlotrópica 1) Martensíticos 2) de Retención de Fase
OTROS TRATAMIENTOS SUBCRITICOS .- Distensionado: Esencialmente No hay modificación Estructural. Solo se disminuyen o eliminan las tensiones Residuales de Procesos de Soldadura, Fundición, Forja o Mecanizado. .- Revenido: Aquí si Existe modificación estructural debido a la Precipitación de Segundas Fases además de un eventual Distensionado .- Globulizado
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RECOCIDO DE RECRISTALIZACION CON DPP
“Es el único tratamiento de Recristalizacion para metales sin cambios alotrópicos” FALLAS •
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Deformación Insuficiente: Se produce la Recuperación pero no la Recristalizacion Deformación Insuficiente pero mayor: Se produce la Recristalizacion pero el TG es muy grande Deformación Inhomogenea: Recristalizacion Parcial o TG desigual.
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ENDURECIMIENTO POR PREPRECIPITACION
“Este Tratamiento es el único realizable a aquellas aleaciones SIN cambio Alotrópico pero CON disminución de la solubilidad con la disminución de la Temperatura” Las Etapas de este tratamiento son: I) Calentamiento de Solubilización II) Temple de Retención de la Estructura Monofásica. III) Calentamiento de Preprecipitación FALLAS
I)
Un Calentamiento de Solubilización Excesivo puede producir si hubiese segregación del Soluto fusión en Borde de Grano. Suele ocurrir si la temperatura de Solubilización supera la Temperatura Eutéctica. Aún si no se produce Fusión puede crecer el grano
II) En general con la Etapa II no se producen salvo si el medio de enfriamiento diseñado,”duchas”
problemas está mal
III) La Falla principal es el Calentamiento de Preprecipitación Excesivo, tanto en Tiempo como temperatura. Se lo denomina Sobreenvejecido o sobrerevenido. Aparece la Segunda fase precipitada. Disminuye la Dureza la Resistencia a la Fluencia y puede aumentar la Fragilidad por presencia de Segunda Fase.
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RECOCIDO de RECRISTALIZACION ALOTROPICA.
OBJETIVO: •
Transformación Cristalográfica y obtención de Estructuras en Equilibrio Estable gracias a la Difusión. Obtención de Estructuras aptas para la Transformación. FALLAS
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SOBRECALENTAMIENTO QUEMADO ESTRUCTURA EN BANDAS PERITECTICO REMANENTE
SOBRECALENTAMIENTO:
(regenerable)
.- Consiste en una Temperatura y/o Tiempo excesivo de mantenimiento. Generación en un principio de Grano Austenítico Duplex (Fig 15) y luego crecimiento generalizado. Fragilidad. .- Este Grano Austenítico Duplex o Grueso genera Estructuras a Temperatura Ambiente groseras y heterogéneas. En el caso de posteriores normalizados se obtiene la estructura de Widmanstätten Fragilidad. El material es recuperable con un Tratamiento de Recristalizacion a Temperaturas correctas
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QUEMADO.
1º GRADO: (regenerable por Recocido de Homogeneización y recocido de Recristalización) Fig 22. Tiene lugar cuando el BG se funde. En los aceros Aumenta el % de C en el BG líquido precipitándose en el enfriamiento CFe3 con la correspondiente aumento de Fragilidad. 2º Grado: (regenerable por Forja y Recocido de Recristalización) Tiene lugar cuando se Oxida el C a CO formando glóbulos en BG que se eliminan por forja. 3º Grado: (No se regenera).Fig 23 Tiene lugar cuando además del Grado 2º se suma la descarburación superficial, la oxidación del C del BG líquido, la formación de inclusiones de Oxido de Fe. Produce Fragilidad y Disminución de Resistencia en el Fe decarburado. PERITECTICO REMANENTE
En la práctica la reacción Peritectica cuando ocurre a temperaturas relativamente bajas no existe la posibilidad de una Difusión completa. Quedando entre lo reactivos una capa de producto Peritectico que aísla e impide la reacción entre los reactivos. A esto se lo corrige con Recocidos posteriores y enfriamientos lentos.
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ESTRUCTURA EN BANDAS . Fig 20 y 21
Si bien es una anomalía estructural no debe considerársela una estructura de FALLA pues no disminuye las propiedades mecánicas del material. Primeramente por que las bandas están orientadas paralelamente a las líneas de forja o laminación y a los esfuerzos exteriores. Además la Resistencia perpendicular a la banda tampoco disminuye de manera notoria como si lo harían las líneas de inclusiones si las hubiera (desgarro laminar) Tiene lugar en aleaciones de dos constituyentes (Ferr+Perl) que se forman a diferentes Temperaturas (Ac3 y Ac1) cuando son deformadas plásticamente en caliente y recristalizadas enfriando lentamente (Recocido).
Curva TTT zona con Fósforo R
TºC N P
Curva TTT zona sin Fósforo
Log τ .-En estas aleaciones especialmente en Aceros de bajo carbono la impureza P se segrega en el borde del ex grano Austenítico.
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.-Cuando se Lamina o Forja se reorienta este borde de grano siguiendo las líneas de forja o laminación .-Debido a ello la curva TTT de este material con mas P que el resto del grano está corrida hacia arriba (P es alfágeno) y hacia la derecha (como cualquier elemento de aleación) .- Debido a ello la curva de R primero genera ferrita en el acero con P (banda rica en P, perteneciente al ex BG austenítico) y luego en el resto del material. .- Como el P segrega al C la segunda zona en transformarse tiene un exceso de C y por lo tanto forma más Perlita y menos Ferrita. .- De esta manera se forman Bandas de Ferrita y Perlita. Como dijimos la Estructura en Bandas no perjudica las Prop.Mec. pero si en algunos casos la Maquinabilidad y la distorsión en dientes de engranajes (coronas y piñones de diferencial) durante la cementacion y temple Los aceros aleados suelen tener los elementos de Aleación segregados también en Bandas por la misma razón que el P. Por lo tanto si son templados Martensiticamente y atacados con un reactivo selectivo como el Picral muestran bandas de Martensita mas clara (Por Ej. Con + Ni) y Martensita mas oscura. No debe en general considerárselo una falla sino mas bien una anomalía estructural La Estructura en bandas se elimina con un recocido de homogeneización a alta temperatura o se Enmascara con un Normalizado cuya curva de enfriamiento pasa por el punto P (intersección de el comienzo de la Transformación Ferrítica del material con Fósforo (punteada) y el comienzo de la curva sin Fósforo (llena).Fig 20 y 21 9
OTROS RECOCIDOS SIN RECRISTALIZACION ALOTROPICA
R. de Globulización: Fig. 18 .- Recocido Subcrítico con el objeto de permitir la Globulización de las estructuras laminares. Especialmente la Perlita del Acero y la Cementita reticular Hipereutectoidea. Hiperglobulizacion. Coalescencia de Glóbulos por tiempo de Mantenimiento Excesivo. Fig 19(1090-680ºC-2h) vs. Fig 18. (1090-680ºC-6h). Fig 19. FALLA:
Revenido: Tratamiento posterior al temple con el objeto de disminuir la dureza y en menor medida las tensiones residuales provenientes del temple Falla: Temperatura Incorrecta, tiempo Excesivo, Enfriamiento
muy lento, pueden producir Fragilidad de revenido. Fragilidad Krupp (450/550ºC). Fragilidad a baja Temperatura ( ε) (250/400ºC).
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NORMALIZADO
Este Tratamiento tiende a eliminar la Historia Plástica del material mediante una velocidad de enfriamiento relativamente Rápida y así evitar la estructura en Bandas y además, con una temperatura de Austenización algo superior a la de Recocido con el objeto de destruir Núcleos que puedan repetir su historia térmica, la estructura anterior. De esta manera Normalizando dos materiales diferentes pondremos en evidencia su Composición Química FALLAS
La FALLA principal del Normalizado es la formación de la estructura de Widmanstätten. Fig 33 y 32* Tiene lugar cuando se producen velocidades de Normalizado con un TG austenítico grueso. Fi33(1045 N 950ºC) vs. Fig 27(1045 N 850ºC)
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TEMPLE MARTENSITICO FALLAS:
1) Exceso de temperatura de Austenización: .-Se lo denomina Hipertemple. Fig 52, 53, 54. Las altas temperaturas engrosan el grano y producen Martensita gruesa, y frágil. Fig 43. (1045 T 910ºC). No se corrige con el revenido posterior. El exceso de tiempo también influye pero en menor medida que la temperatura (10%). .- Presencia de Austenita Retenida en aceros aleados Fig 44. (3140 T 930 vs. T 810). Es más blanda que la Martensita, y produce inhomogeneidad en las propiedades Mecánicas. Es inestable y tiende a transformarse en servicio produciendo Tensiones, deformaciones y fisuras. Se elimina con el Revenido si la causa es Hipertemple o un medio de enfriamiento muy severo o Tratamientos subcero (-20/-80ºC) inmediatamente después del Temple para evitar la estabilización de la Austenita si la causa son los elementos de aleación. Fig 52 .- Decarburización superficial. Se requiere hermeticidad de los hornos o una atmósfera no oxidante. Fig 47.
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2) Falta de temperatura de Austenización: .-Queda algo de Ferrita sin transformar diminuyendo la Dureza Fig 42 (1045 T 750ºC). La falla se acentúa en TG grueso y en Estructura en Bandas produciéndose bandas de debilidad. Fig 55 3) Exceso de velocidad de enfriamiento, Realmente un exceso de velocidad de enfriamiento no produce más que dos problemas: .- Uno es las tensiones o deformaciones que quedan en la pieza debido a la diferencia de velocidades de enfriamiento entre el núcleo y la periferia proporcionales a la velocidad de enfriamiento. .-desde el punto de vista estructural la Martensita obtenida es de buena calidad solo que quizá esté fisurada por lo anteriormente dicho. .- Un exceso de velocidad también puede producir Austenita retenida que se elimina con el revenido posterior 4) Falta de velocidad de enfriamiento: .-Poca capacidad de disipación del medio de enfriamiento .- Tiempo excesivo en introducir la pieza en el baño de enfriamiento. .-Produce nucleación de constituyentes estables como Troostita en BG siendo el resto Martensita. Menor dureza, menor Tenacidad y menor resistencia al desgaste. Si las solicitaciones no son demasiado rigurosas se la puede admitir pero recordando que las propiedades están disminuidas.
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CEMENTACION FALLA:
.- Exceso de carburación. Formación de red de Cementita en BG. Produce Fragilidad. Fig 46. .- Se evita. 1) Atmósfera o sales con potencial de C correcto. 2) Difusión sin incorporación de C, a 800ºC no hay carburación y si difusión. 3) Recocido de globulización de la red de Cementita. Fig 49. .- Descarburación. Fig 47. 8620 C en horno defectuoso. Se debe evitar atmosferas débiles y hornos con fugas. Se corrige recarburando.
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FALLAS DEL PROCESO DE CEMENTACION Y TEMPLE DE ACEROS
1) CAMBIOS DIMENSIONALES Causa: Tensiones de forja, estructura en bandas. Se evita con: calentamiento lento, precalentamiento, evitar doble temple 2) FISURAS SUPERFICIALES Hipercementacion. Concentradores de tensión Precalentamiento de piezas con concentradores de tensión, revenido inmediato, grano de la muela de rectificación, velocidad y refrigeración, pliegues de forja y inclusiones 3) FRAGILIDAD DE LA CAPA CEMENTADA El %C debe disminuir gradualmente hacia el interior, red de Cementita, Azufre y P, temperatura incorrecta. 4) FRAGILIDAD DEL NUCLEO Inclusiones, alto %C o %Mn, alto P, S, temple directo con Widmanstätten, se evita con temple indirecto. 5) BAJA DUREZA SUPERFICIAL Presencia de Ferrita, Austenita o Troostita mezcladas con la Martensita 6) DUREZA SUPERFICIAL IRREGULAR Anormalidad del acero, anterior. 7) CAPA DE ESPESOR BAJO Bajo potencial de C, tiempo o temperatura insuficiente, cantidad excesiva de piezas, 8) ESPESOR IRREGULAR Anterior, limpieza, disposición en horno (suficientemente separadas), circulación de cementante, hollín, relación cementante7superficie 15
