Ciencia e Ingeniería de Materiales
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA Guía de Prácticas del Curso: CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES PRACTICA Nº 5 TRATAMIENTOS TERMICOS 1. OBJETIVOS Al culminar la presente práctica, el el alumno estará capacitado para:
Reconocer la importancia y aplicación de los diferentes tipos de tratamientos térmicos. 2. RECURSOS
Materiales. o Acero SAE 1020. Herramientas. Lima Fina. o Maquinas. Horno a gas. o Equipos y herramientas. Equipo oxiacetilenico. o o Tenazas Equipo de protección personal. Guante de cuero. o Mandil de cuero. o Zapatos de seguridad. o Lentes de protección. o Otros. o Extinguidor. o Aceite. o Agua. o Arena. o Cal Hoja patrón de color - temperatura. o
3. DURACIÓN
DE LA PRÁCTICA
Dos sesiones (4 horas).
UCSM
1
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4. MARCO
TEÓRICO
1. TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS Las propiedades físicas de los materiales de acero se pueden modificar por el tratamiento térmico adecuado. Se entiende por tratamiento térmico, la modificación estructural permanente originada en los materiales de acero por acción del calor. Los tratamientos térmicos se hacen con el objeto de dar a ciertas piezas hechas de hierro o acero, propiedades especiales y poder utilizarlas ya sea como herramientas o como piezas de maquinaria. Se distinguen los tratamientos siguientes: Temple - Cementado Pavonado
1.1
TEMPLE
El temple tiene por finalidad dar al acero una dureza apropiada. Consiste en llevar la pieza a una temperatura elevada que depende del contenido carbono y luego enfriarla en un baño de temple. El temple puede ser total o parcial, dependiendo del área del objeto o pieza que ha de recibir el tratamiento.
Temple parcial
Temple total
Para realizar un proceso de templado deben seguirse los pasos en el siguiente orden: recocido - endurecido – revenido. 1.1.1 Recocido: Toda pieza antes de ser templada debe ser sometida a recocido con UCSM
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Ciencia e Ingeniería de Materiales el fin de regularizar o normalizar los efectos del forjado. También el recocido se hace con el objeto de suavizar las piezas que están endurecidas o templadas con el fin de poder maquinarlas ya sea limar, cepillar, tornear, perforar, etc. El recocido consiste en calentar las piezas al color rojo-cereza y luego enfriarlas lo más lentamente posible en cal, arena, carbón molido, aserrín de madera o en su defecto dejándolas enfriar en la misma fragua o en el mismo horno apagado.
Cincel
1.1.2 Endurecido: Es el paso más importante en el templado; consiste en calentar la pieza después de trabajada a una temperatura equivalente al rojo cereza (750ºC a 800ºC aprox.) y luego enfriarla. El Endurecido es prácticamente lo que constituye el templado en sí, ya que el recocido, significa preparar la pieza para el endurecido y el revenido es regularizar las moléculas para evitar cierta fragilidad al hacer el endurecido. Precauciones en el endurecido: Al efectuar el endurecido deben tenerse las siguientes precauciones:
Calentar la herramienta lentamente hasta conseguir un calentamiento uniforme en toda su masa y luego apurar el calentamiento hasta llegar a la temperatura requerida.
No sobrecalentar el acero.
No enviar mucho aire.
No dejar en el fuego más tiempo del necesario.
Calentar toda la masa, no solo la superficie.
Si no se toman estas precauciones se producen los siguientes defectos: UCSM
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El acero resulta quemado y por lo tanto inutilizado.
Calidad inferior por dilatación y contracción irregular.
Temple irregular en general, partes blandas y partes duras.
Roturas, debido a la contracción desigual.
1.1.3 Revenido: Consiste en rebajar el endurecido a un grado de dureza apropiado, de acuerdo a la clase de acero y a la clase o tipo de herramienta a templar.
Calentamiento a baja temperatura
Enfriamiento total
Para revenir hay que tener una tabla que corresponde a la temperatura de revenido y es siguiente:
la
COLORES PARA
GRADOS
GRADOS
DE REVENIDO DE LOS ACEROS CENTIGRADO FAHRENHEIT AMARILLO PÁLIDO
200
390
AMARILLO DE PAJA
220
430
MORENO
240
465
PÚRPURA
260
500;
COLOR VIOLETA
280
535
AZUL OSCURO
290
555
AZUL CELESTE
300
570
AZUL CLARO
320
610
AZUL GRIS
350
660
UCSM
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Ciencia e Ingeniería de Materiales Tabla 1 Fuente: Capacitación Práctica para Ingenieros SENATI Objeto del revenido: Reducir las tensiones producidas por el temple y disminuir la dureza al punto más apropiado para el trabajo a que se destinan las herramientas, es una operación complementaria del endurecido. El revenido se comprueba generalmente por los colores que se producen en la superficie del acero por la oxidación.
1.2
CEMENTADO
La cementación es un tratamiento térmico que transforma la superficie de un acero dulce. Se utiliza en la práctica, cuando se quiere una pieza con superficie dura sin perder sus cualidades primitivas en el núcleo. Este proceso consiste en añadir una proporción adecuada de carbón a la parte externa de la pieza, sin alterar sus propiedades internas. Por lo tanto es aplicable a piezas de hierro, o aceros con bajo contenido de carbono.
El proceso de la cementación: El acero o hierro dulce absorbe el carbono de cementación únicamente cuando dichos materiales alcanzan una temperatura suficientemente alta y es en este estado cuando comienza la UCSM
5
Ciencia e Ingeniería de Materiales disolución del carbono. Por lo tanto para que se verifique la absorción del carbono exterior las piezas se calientan aproximadamente a 700ºC.
1.3
PAVONADO
El pavonado consiste en una fina capa de oxido, que se le da por medio del calor a ciertas piezas de maquinas o herramientas con el objeto de protegerlas del ataque del oxigeno del aire; y también al mismo tiempo darles una apariencia especial con un brillo característico. El pavonado que más se usa es el de color negro azulado. Proceso de pavonado: Sabemos que cuando se empieza a calentar el hierro o el acero aparece una serie sucesiva de colores según va aumentando la temperatura de dicho material. El cambio de colores se sucede rápidamente, hasta los 600ºC que es la temperatura máxima de pavonado. Aplicación del pavonado: El pavonado es aplicado para aquellas piezas que no están expuestas al rozamiento o deslizamiento. No se aplica a correderas, ejes, engranajes, levas ni piñones.
Requisitos para pavonar: Las piezas deben estar perfectamente pulidas y limpias de grasas y aceite. Formas de pavonar: Se puede pavonar en la fragua u horno y por procedimientos químicos. El primer método es el más usado y se obtiene el color negruzco-azulado. UCSM
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Sustancias que se usan para pavonar: Se usan los aceites vegetales como el aceite de linaza. Procedimiento de Pavonado:
Preparar una caja de hierro.
Colocar
las piezas a pavonar dentro de la caja, la cual está llena de arena fina. Puede ser ceniza o carbón molido.
Llevar dicha caja al horno o a la fragua encendida.
Remover cuidadosamente las piezas para que se calienten uniformemente.
Observar si las piezas han tomado un color negro azulado.
Retirar las piezas cuidadosamente introducirlas en el aceite de linaza.
Frotarlas con una franela hasta obtener brillantez.
5. ACTIVIDADES
con las
tenazas
e
DE LA PRÁCTICA
1. Realizar mediciones de dureza a las probetas antes de ser UCSM
7
Ciencia e Ingeniería de Materiales sometidas a tratamiento térmico. 2. Realizar los distintos tratamientos térmicos a probetas diferentes. 3. Realizar mediciones de dureza a las probetas después de ser sometidas a tratamiento térmico. 4. Verificar cambios en las propiedades de las probetas. 5. Redactar conclusiones.
RESULTADOS Elabore una tabla comparativa con los valores de dureza Rockwell de todos los materiales antes y después de ser tratados termicamente. Antes Mediciones Material
Escala
1
2
3
4
5 Dureza
Observaciones
1 2 3
Después Mediciones Material
Escala
1
2
3
4
5 Dureza
Observaciones
1 2 3
6. CUESTIONARIO 1. ¿Qué se entiende por ferrita, austenita, perlita y martensita? 2. Listar los procedimientos de tratamiento térmico de los aceros. 3. ¿Por que se someten las piezas a un tratamiento de eliminación de tensiones? 4. ¿Qué importancia tiene la tratamiento térmico?
velocidad de
enfriamiento en
un
5. ¿De que forma puede conseguirse el endurecimiento superficial? 6. ¿Cual es la diferencia entre endurecimiento superficial y temple a fondo? 7. ¿Para que sirve el revenido? 8. ¿Qué importancia tienen los colores en el revenido? UCSM
8
Ciencia e Ingeniería de Materiales 9. ¿Qué tipo de aceros son adecuados para la nitruración?
7. REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS
1. SENATI ZONAL AREQUIPA - PUNO, “Capacitación Practica para Ingenieros”. Arequipa, UCSM, 2001. 2. Diezmar Falk, Hans-Klaus Gorkel; Franz Lernet,Bernd Schlossorsch “Metalotecnia FUndamental ”, Editorial Reverté S.A, 1986. 8. REFERENCIAS 1. 2. 3. 4.
WEB
http://www.tq.edu.ar/grp0128/index.htm http://www.apuntes.rincondelvago.com/resistenciadelosmateriales http://www.omega.ilce.edu.mx http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm07/ejercicios7_3.html
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