Tratamiento Termico De Lo Materialees

TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS

El tratamiento termico consiste en una combinación de operaciones de calentamiento, y enfriamiento, con tiempos determinados, aplicados a un metal o aleación en el estado solido, en una forma tal que producira las propiedades deseadas , por lo que el calentamiento , con el unico fin de favorecer una deformación, no se incluye dentro de esta definición.

El objeto de los tratamientos es mejorar las propiedades mecánicas, o adaptarlas, dándole características especiales a las aplicaciones que se le van a dar la las piezas de esta manera se obtiene un aumento de dureza y resistencia mecánica, así como mayor plasticidad o maquinabilidad para facilitar su conformación

Todos los procedimientos de tratamientos termicos de aceros, incluyen la transformación o descomposición de la austenita,por lo que el primer paso en cualquier proceso de tratamiento del acero, será el calentar el material a alguna temperatura , que como minimo sea la del intervalo critico que lleva a la formación de la austenita.

Los factores fundamentales que influyen en el tratamiento termico, son la temperatura y el tiempo ,tanto es asi que el proceso del tratamiento se caracteriza por la temperatura de calentamiento maxima tmax , que es la temperatura hasta la cual se calienta el material durante el tratamiento , el tiempo que se mantiene a la temperatura de calentamiento, por las velocidades de calentamiento Vcal , y de enfriamiento Venfr , las cuales se toman en su valor medio ponderado en todo el proceso, y este valor se hace extensivo a todo el intervalo de temperaturas deseado. Según sea esta velocidad de enfriamiento , dara una estructura cristalina diferente, y unas propiedades físicas y químicas diferentes, para cada acabado,(según lo comentado en la parte del diagrama de fases).

El tratamiento puede ser simple, complejo ( varios calentamientos y enfriamientos), escalonado, intermitente,etc, pero todos ellos se pueden representar mediante una grafica de la Temperatura frente al Tiempo.

Durante los tratamientos termicos, los aceros sufren deformaciones importantes, debidas al desigual y rapido enfriamiento de las diferentes partes de las piezas, asimismo experimentan cambios de volumen , debidos a dilataciones termicas ( al calentarse el acero , este se dilata aumentando su volumen , a medida que se eleva su temperatura, según su coeficiente de dilatación termica, que esta del orden de 14 x 10 -6 ) y a modificaciones en la microestructura del acero ( al calentar un acero, la zona critica se contrae , y luego al enfriarse cuando llega aproximadamente sobre los 710º-680º, se vuelve a dilatar, esto se produce por los cambios de estructura, es decir, a la transformación de perlita en austenita en el calentamiento, y al contrario en el enfriamiento), debido a estos cambios de volumen, hay que tener cuidado con los tratamientos elegidos, ya que cuando el enfriamiento es lento (recocido), estos cambios ocurren a alta temperatura y los cambios no son importantes, ya que el acero caliente es plastico y admite ciertas deformaciones, pero cuando se templa un acero , la transformación ocurre a baja temperatura y aparecen en la estructura cristalina , cristales de martensita en vez de perlita, entonces es mas peligroso porque el acero frio no es plastico, y el aumento de volumen suele ser bastante mayor , ademas algunas veces este cambio de volumen solo lo sufren ciertas partes de las piezas, y otras no, con lo que existe un riesgo de rotura mucho mayor.

Las variaciones de las propiedades del material , que se producen como consecuencia de los tratamientos termicos , deben de ser permanentes , para poder beneficiarnos constructivamente de estos cambios, ya que si no no tendría ningun sentido.

Los tratamientos termicos se pueden clasificar en tres tipos , los cuales tienen ciertas semejanzas, en los tres se calienta el acero a una temperatura ligeramente superior a la critica, y luego , después de un periodo de permanencia en esta temperatura , suficiente para conseguir el estado austenitico, se enfrian las piezas. La diferencia fundamental entre los tres tratamientos es la velocidad de enfriamiento , que es lo que caracteriza a cada tratamiento, siendo asi que las dos primeras partes (calentamiento y permanencia), se pueden estudiar en comun para los tres tipos , que son:

--Recocido (de primer y segundo genero)

--Temple

--Revenido

en estos tratamientos hay que alcanzar una temperatura ligeramente mas elevada que la critica superior ( excepto el recocido subcritico ) , para conseguir que todo el acero pase al estado austenitico , este exceso de temperatura es de 50 a 70 grados por encima para el normalizado, 40 a 60 grados para el temple, y de 20 a 40 grados para el recocido.

Para conseguir que toda la masa del acero este formada por cristales de austenita ,. Hace falta que el acero este a la temperatura de tratamiento cierto tiempo , que dependera de la masa de las piezas , de la temperatura , de la velocidad de calentamiento , de la clase de acero , y del estado inicial y final del material , el tiempo de mantenimiento empieza cuando toda la pieza ( incluyendo la parte del interior ), ha alcanzado la misma temperatura , ya que al rebasar las temperaturas criticas , todo el carbono forma solucion con la austenita , en las cuales unas partes pueden tener mas concentración de carbono que otras, y este porcentaje tiende a igualarse en toda la masa , proceso este que se puede ver retardado por las fronteras de grano, por impurezas de fosforo y oxigeno etc.

Cuando se alcanza la temperatura de austenizacion en los aceros hipoeutectoides tiene que transcurrir un tiempo para que el carbono se difunda en las zonas que antes fueron ferriticas.. El tiempo necesario para tener una estructura de austenita homogénea, tambien varia con la máxima temperatura alcanzada y con la forma de la microestructura inicial, cuanto mas alta sea la temperatura, menos tiempo sera necesario para homogeneizar la microestructura.¡

La duración del calentamiento depende también de la clase tratamiento que vayamos a realizar , en los normalizados se usaran permanencias mas cortas

En los recocidos las permanencias seran mas largas , ya que no solo hay que conseguir la formación del estado austenitico , sino también la difusión y homogeneización de los constituyentes.

En este tiempo de mantenimiento del acero a temperatura elevada , los cristales de austenita se desarrollan y aumentan de tamaño , y a mas temperatura y mas duración , mas se desarrollan y mas gruesos se hacen , y como el tamaño de los cristales del acero final dependen del tamaño de los cristales de austenita , tendremos un producto final de cristales gruesos , por eso para afinar un acero de granos gruesos , basta con calentarlo a una temperatura lo mas justo por encima de la critica y luego enfriarlo al aire , siendo esto el recocido.

--RECOCIDO

Se pueden distinguir dos tipos , de primer grado o subcritico , que es el calentamiento de un metal dentro de una misma fase , sin cambio de la misma , y un posterior enfriamiento a una velocidad lenta, con esto se consigue llevar al metal al estado estable , eliminando tensiones residuales y dislocaciones de la red produciendo una recristalizacion y el de segundo genero en el que se produce un cambio de fase. El objetivo del recocido es ablandar el acero y regenerar su estructura , es la primera operación a realizar en un tratamiento termico ya que subsana defectos de los procesos de fabricación del acero, como la colada, la forja ,etc. y prepara el metal para las operaciones mecanicas siguientes como el mecanizado ,extrusionado ,etc.

Si no hay necesidad de cambiar la distribución del componente ferritico, y el grano de la estructura inicial no es muy grueso, el calentamiento se producira por debajo de la temperatura critica de fusion, consiguiendo solo una recristalizacion del componente perlitico (recocido de austenizacion incompleta). Normalmente en los aceros hipereutectoides, y algunos hipoeutectoides que se suelen recocer con austenizacion incompleta , no se cumple la condicion de que todo el material este en estado austenitico al comenzar el enfriamiento, con lo que se utilizan temperaturas entre la critica inferior y la superior. En estos casos se produce una estructura globular ( de perlita globular) , ya que es la de distribución micrográfica mas uniforme, y la que después del temple da mayor tenacidad , y son mucho mas faciles de mecanizar.

Esta técnica se suele utilizar para los aceros de herramientas,

Los recocidos subcriticos ( por debajo de la temperatura critica inferior), se pueden dividir en tres clases , que son :

-recocido de ablandamiento: sirve para ablandar el acero rapidamente, calentando el acero a una temperatura lo mas elevada posible , pero siempre inferior a la critica, para dejarlo enfriar al aire .

-recocido contra acritud: se realiza a temperaturas mas bajas que las del ablandamiento(550-650º) , y se consigue un aumento de la ductilidad de los aceros de bajo contenido en carbono , destruyendo la cristalizacion alargada de la ferrita y se crean cristales poliedricos mas dúctiles.

-recocido subcritico globular: para conseguir una estructura globular similar a la de la austenizacion incompleta, se somete a los aceros a un calentamiento a temperaturas inferiores , pero proximas a la critica inferior, enfriándose en el horno.

En el recocido de segundo genero o de austenizacion completa ,se calienta el material por encima del punto critico superior , y se mantiene caliente hasta lograr una homogenización del material, luego producimos un enfriamiento lento para conseguir que el acero quede blando , cuanto mas lento sea el enfriamiento mas blando sera el acero

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