TRATAMIENTOS TERMICOS

INSTITUTO TECNOLOGICO

DE SALTILLO

PROCESOS

DE FABRICACION

SALTILLO, COAH.

INTRODUCCION:

Los tratamientos térmicos son un modo importante de cambiar la resistencia, dureza, ductilidad y otras propiedades de los metales.

Los tratamientos térmicos involucran varios procesos de calentamiento y enfriamiento para efectuar cambios estructurales en un material. Las aplicaciones más comunes en nuestro escrito es sobre los metales.

En algunos casos el tratamiento térmico aplica, antes del proceso de formado, por ejemplo para ablandar el metal y ayudar a formarlo mas fácilmente mientras se encuentra caliente. En otros casos, se usa el tratamiento térmico para aliviar los efectos del endurecimiento por deformación que ocurre durante el formado y poder destinarla a una deformación posterior.

Y finalmente, el tratamiento térmico puede realizarse durante o casi al finalizarla secuencia de manufactura para lograr la resistencia y dureza requeridas en el producto según las necesidades del cliente.

El tratamiento térmico es un proceso de manufactura; por consiguiente es muy importante estudiar este tema en nuestro curso de “PROCESOS DE FABRICACIÓN”.

Los principales tratamientos térmicos que se explicaran en detalle, y se describirán las técnicas y equipos para los procesos son:

 Recocido

 Normalizado

 Temple

 Revenido

 Austempering o Austemplado

 Martempering o Martemplado

 Carburizado

 Nitrurado

RECOCIDO

El tratamiento térmico del hierro y del acero conocido generalmente como recocido puede dividirse en varios pro¬cesos diferentes: recocido total, normalización, recocido de esferoidización, disminución de esfuerzos (recocido) y reco¬cido de proceso.

Recocido total

El recocido total se utiliza para ablandar completamente un acero endurecido, por lo general, con el fin de maquinar con más facilidad los aceros para herramientas que tienen más de 0.8 % de carbono. Los aceros de menor contenido de carbono se recocen también con otros propósitos. El recocido total se realiza calentando la parte en un horno hasta 50 °F (28 °C) arriba de la temperatura crítica superior (figura 1) y luego enfriándola muy lentamente en el horno o en un material aislante. (Nota: Una temperatura especificada de 50 °F sería de 10 °C, pero si se trata de un cambio en la temperatura, la diferencia sería de 28 °C). Ejemplo: 1 500 °F menos 1 500 °F = 50 °F y 843.3 °C menos 815.5 °C = 27.8 °C). Por medio de este proceso, la microestructura se vuelve perlita y ferrita gruesa, la cual es bastante blanda para maquinarse. Es necesario calentar a una temperatura más alta que la crítica, como en el recocido total, con el fin de recristalizar los granos que contienen los carburos de hierro (perlita y martensita) en aceros de bajo carbono y volver a formar los nuevos granos, completamente blandos a partir de los antiguos duros (figuras 2a y 2b). Sin embargo, los granos de ferrita tensionados y deformados recristalizarán por deba¬jo de la temperatura crítica a alrededor de 900 °F (482 °C) y se transformarán en granos completamente blandos.

Recocido de relevado de esfuerzos

El recocido de relevado de esfuerzos es un proceso por el cual se recalientan los aceros al bajo carbono hasta 950 °F (510 °C). Mediante este proceso se eliminan los esfuerzos de los granos de ferrita (principalmente hierro puro) debidos a operaciones de trabajo en frío del acero tales como laminado prensado, soldadura, conformado o estirado. Los granos distorsionados vuelven a formarse o recristalizan en unos nuevos más blandos .

FlGURA 4. Comparación de la acción cortante entre los aceros al carbono esferoidizados y normales (Machine Tools and Machining Practices).

Este tratamiento no afecta a los granos de perlita y algunas otras formas de carburo de hierro, al menos que se efectúe a la temperatura de esferoidización y se mantenga el tiempo suficiente como para que se lleve a cabo la esferoidización. A menudo, la eliminación de esfuerzos se utiliza sobre soldaduras porque la temperatura más baja limita la cantidad de distorsión debida al calentamiento. Por ejemplo, el reco¬cido total puede distorsionar considerablemente al acero.

Recocido de proceso

El recocido de proceso (para recristalización después del trabajo en frío) es esencialmente el mismo que el recocido de relevado de esfuerzos. Se realiza a las mismas temperaturas y con los aceros al bajo y medio carbono. En la industria de los alambres y de las láminas de acero, el término se utiliza para designar los procesos de recocido que se usan en los procesos de laminado en frío o de estirado de alambre (trefilado) y en aquellos que se utilizan para relevar los esfuerzos residuales cuando sea necesario. El alambre y otros productos metálicos que deben conformarse y volverse a conformar en forma continua se volverían demasiado frágiles para continuar después de cierto grado de conformado. El recocido, entre varias operaciones de trabajo en frío, vuelve a formar los granos hasta la condición original de blandos y dúctiles, de modo que pueda continuar el trabajo en frío. Algunas veces, el recocido de proceso se conoce como recocido brillante y se lleva a cabo usualmente en un recipiente cerrado provisto de gas inerte para prevenir la oxidación de la superficie. En el recocido de proceso no ocurren transformaciones de fase debido a que la temperatura está por debajo de A-i.

RAPIDEZ DE ENFRIAMIENTO

Cuando más lento sea el enfriamiento al recocer los aceros al carbono, mayor será el tiempo al cual se puede formar la perlita gruesa, y por tanto, el acero será más blando. Las estufas u hornos especiales para recocido pueden producir resultados exactos, pero en el taller promedio pueden utili¬zarse otros métodos. El recocido total puede realizarse en un horno de tratamiento térmico si se calienta el metal hasta la temperatura de recocido y si se mantiene ahí durante una hora por cada pulgada de sección y luego se apaga el horno y se deja enfriar con la pieza dentro de él. Por lo general, los ladrillos del horno calientes retienen suficiente calor como para que la temperatura baje lentamente, lo suficiente para recocer la mayoría de los aceros para herramientas. También el recocido por esferoidización puede realizarse en un horno de tratamiento térmico. Entre otros métodos que se pueden usar para facilitar el enfriamiento muy lento de los metales que se calientan a la temperatura de recocido está el que consiste en sepultar el metal caliente en arena seca, cenizas o caliza.

Las soldaduras pueden cubrirse con capas térmicas (resis¬tentes al calor) y luego calentarse con sopletes de propano para realizar la eliminación de esfuerzos. En este caso, la temperatura debe aumentarse quizá a 1 000 °F (537.7 °C), que es la temperatura de recristalización de una soldadura de acero. Usualmente, la velocidad de enfriamiento no es un factor crítico para las temperaturas de recristalización que se indican en la tabla 1.

Tabla 1 Temperaturas de recristalización de algunos metales

metales

Metal Temperatura de

recristaliZac(án, oF

Aluminio de 99.999% de pureza 175

Bronce al aluminio 660

Cobre berilio 900

Latón de cartucho 660

Cobre de 99.999% de pureza 250

Plomo 25

Magnesio de 99.999% de pureza 150

Aleaciones de magnesio 350

Metal monel 100

Níquel de 99.999% de pureza 700

Acero al bajo carbono 1000

Estaño 25

Zinc 50

RECUPERACIÓN, LA RECRISTALIZACIÓN Y EL CRECIMIENTO DE GRANO

Cuando los metales se calientan a temperaturas menores a la temperatura de recristalización, ocurre una reducción en los esfuerzos internos. Esto se logra por el relevado de los es¬fuerzos elásticos de los planos reticulares y no por reformado de los granos distorsionados. La recuperación que se usa en los procesos de recocido de los metales trabajados en frío no es usualmente un relevado de esfuerzos suficiente para un posterior y vasto trabajo en frío (figura 8), sin embargo, se utiliza para algunos propósitos y se le llama recocido de relevado de esfuerzos. Más a menudo, la recristalización se requiere para reformar suficientemente los granos distorsio¬nados con el fin de realizar trabajo en frío posterior.

La recuperación es un efecto de baja temperatura en la cual hay poco o ningún cambio visible en la microestructura. La conductividad eléctrica se incrementa y, a menudo, se nota una disminución en la dureza. Es difícil hacer una distinción clara

...