El conocimiento de las aleaciones y las propiedades de los metales

Introducción

Cuando se nos menciona de templabilidad, sabemos que es la amplitud de un acero para endurecerse por formación de martensita, y esto es consecuencia de un tratamiento térmico, para poder medir la templabilidad del acero mediante un ensayo de Jominy, este consiste en la realización de un templado de una probeta de dicha dimensión determinada según el proceso.

Este se divide en tres partes, 1ra fase: calentamiento, 2da fase: mantenimiento de temperatura, 3ra fase: enfriamiento, estos temples se pueden realizar mediante hornos o flama directamente, y para el enfriamiento existen 3 tipos (agua, aire y aceite). Por otro lado, la nitruración también es un tratamiento térmico que se le da al acero, dicho proceso se encarga de modificar su composición al añadir nitrógeno mientras este es calentado, posteriormente el resultado de este proceso es la dureza superficial, resistencia a la corrosión y a la fatiga, Es por eso que en este reporte realizaremos una explicación detallada de los procesos.

Desarrollo

El conocimiento de las aleaciones y las propiedades de los metales son elementales para la industria, ya que son la base de toda la maquinaria y los equipos que se usan, normalmente se le otorga diferentes tipos de propiedades a los materiales mediante un tratamiento térmico  y para ello se necesita saber todo sobre las relaciones de  las propiedades con la estructura del metal a tratar, se ha descubierto que en el acero al elevarse a cierta temperaturas determinadas hacen que cambien sus propiedades y la estructura interna del mismo en diferentes temperaturas críticas, estas se determinan mediante la cantidad de carbono que se le agrega al hierro.

Lo que distingue a los diferentes tipos de tratamientos es la variación de tiempo en el enfriamiento y el aumento en la temperatura, los más comunes o importantes son los temples, revenido y el recocido. Esto mediante diferentes tipos de tratamientos térmicos especiales, las cuales consisten en cementación, nitruración y cianuración.

En la nitruración y la cianuración están más basados en aceros de construcción con menores cantidades de carbono.

Los materiales en estado sólido presentan una estructura cristalina en forma de una red cubica que cambia cuando se le aumenta la temperatura.

Cuando el hierro se encuentra en temperatura ambiente, la estructura mantiene una red cubica centrada, la temperatura puede variar hasta 910 °C, el hierro es de una estructura ferrítica, se le denomina como hierro alfa. Cuando pasa de los 910 °C, al hierro se le denomina como hierro gama el cual puede alcanzar temperaturas de hasta 1400 °C, los átomos de la estructura del hierro se empiezan a mover, el átomo del centro cambia y empiezan a generarse más átomos nuevos y distintos en la estructura cristalina y pasa a centrarse en las caras. Cuando la temperatura pasa los 1400 °C, el hierro toma nuevamente la estructura de un cubo con un átomo centrado, al hierro a esta temperatura se le denomina hierro delta. Y a partir de los 1539 °C el hierro se convierte en líquido y llega a su punto de fusión.

El temple se le denomina al tratamiento térmico en el cual consiste en elevar las temperaturas al punto de temple, se le mantiene en esa temperatura, y luego se enfría rápidamente para obtener el temple del metal, el cual le otorga durezas que varían según la cantidad de carbono que contenga. El proceso de temple tiene 3 fases la cual la primera consiste en elevar a la temperatura máxima a ser alcanzada es de 1139 °C, se debe distinguir a los aceros con bajo y alto contenido de carbono a partir del 0.89% de carbono, para los aceros que tienen menos del 0.89% de carbono debe de ser 50 °C mayor a la línea de D para detener la austenita, y para los aceros que contienen más del 0.89% de carbono se debe superar la temperatura en la línea de B,C con más de 50 °C. En la segunda fase se le llama permanencia, es necesario en esta fase elevar el material a altas temperaturas para que llegue a su fin el proceso de unión de las faces en todas las zonas del metal. En la tercera fase es el enfriamiento, depende de la estructura final del acero se va a obtener ferrita, perlita o cementita partiendo de la austenita que es la fase en donde está. Por ejemplo, con enfriamiento rápido, la austenita pasa a martensita.[pic 1]

Los medios de calentamiento son los hornos, ya que pueden medir las temperaturas a la que se está elevando al material, estos hornos están graduados de 10 en 10, para garantizar un calentamiento equilibrado.

Las cámaras de los hornos deben de estar protegidas para que no permitan la entrada de gas y aire para que el material no se contamine, para llevar esto se utilizan muflas que son cámaras que están hechas por material refractario, deben ser tomadas por ganchos o tenazas, evitando tocar las superficies a templar, para luego sumergir el material en agua y hacer el proceso de enfriamiento.

Para el temple de inmersión completa es necesario hacer un movimiento en círculos para acelerar el proceso de enfriamiento en el temple y eliminar la capa de vapor que se produce alrededor de material, el enfriamiento se puede hacer mediante aire, agua y aceite, la más adecuada y rápida es el enfriamiento mediante agua.

El revenido es un tratamiento posterior al temple, consiste en calentar una pieza templada a temperaturas menores y posteriormente enfriarla, buscando que el acero sea más tenas, al aumentar la temperatura del revenido, disminuye la dureza. Para revenir se tiene que limpiar el material para posteriormente meterlo a un horno especial para esto, ya que se tiene que manejar bajas temperaturas para revenir el material. Y se enfría por el método de aire, agua o aceite. No se tiene que llegar a la temperatura en la cual se forma la austenita. A esto se le llama revenido por calor externo. El revenido por calor interno consiste en interrumpir el enfriamiento de temple, de modo que la pieza en el núcleo conserve el calor necesario, este revenido se aplica principal mente en temple parcial de herramientas, se enfría por un instante la parte de trabajo de la herramienta sin dejar de agitarla verticalmente, una vez fuera la herramienta se limpia con rapidez sobre un pedazo de ladrillo y se observa la aparición de colores para enfriarla completamente y así llegar el color deseado. [pic 2]

El recosido consiste en calentar una pieza hasta una temperatura determinada, mantenerla y enfriarla con lentitud para eliminar las tensiones del metal y las solidificaciones no sedeadas

Para realizar el recosido de eliminación de tenciones internas originadas por la conformación entre frio o caliente se eleva la temperatura del material hasta 500 o 600 grados centígrados. Para realizar el recocido de ablandamiento en el material se eleva la temperatura entre 680 y 820 grados centígrados, en los aceros aleados la temperatura debe ser más alta, con este tratamiento se reduce la dureza de los aceros y se les puede trabajar más fácilmente. Para realizar el Recocido normalizado y según el contenido de carbono se eleva la temperatura entre 850 y 950 grados centígrados, con este proceso se elimina la estructura demasiado gruesa del grano y se origina una nueva, uniforme, de grano fino conocida también como refinada.

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