Tratamientos térmicos

TRATAMIENTOS TERMICOS

El objetivo fundamental del proceso de tratamiento térmico en el acero es controlar la cantidad, tamaño, forma y distribución de las partículas de cementita contenidas en la ferrita, que a su vez determina las propiedades del acero. El proceso básico para endurecer el acero mediante tratamientos térmicos consiste en calentar el metal hasta una temperatura en la que se forme austenita, generalmente entre los 75Oy 850° C, y después enfriándolo con rapidez sumergiéndolo en agua o aceite. Estos tratamientos térmicos de endurecimiento, que forman martensita, crean grandes tensiones internas en el metal, que se elimina mediante el revenido o recocido, que consiste en volver a calentar el acero a una temperatura menor. Los ingenieros metalúrgicos han descubierto que los cambios de austenita a martensita se producen en la última fase del enfriamiento, y que la transformación se ve acompañada por un cambio de volumen que puede agrietar el metal si el enfriamiento es demasiado rápido. Se han desarrollado procesos relativamente nuevos para evitar el agrietamiento. Algunos de los diversos propósitos del tratamiento térmico son:

Eliminar tensiones después del trabajo frío.

Eliminar tensiones internas, tales como las producidas por el embutido, doblado o soldadura.

Incrementar la dureza del material.

Mejorar la maquinabilidad.

Mejorar las propiedades cortantes de las herramientas.

Aumentar las propiedades de resistencia al desgaste.

Ablandar el material como en el recocido.

Mejorar o cambiar las propiedades físicas del material, tales como la resistencia a la corrosión, resistencia al calor, propiedades magnéticas u otras según se requiera.

Es importante para conocer los diferentes tipos de tratamientos térmicos recodar el diagrama hierro carbono, para observar la transformación que sigue el metal a diferentes temperaturas y concentraciones.

Diagrama Hierro-Carbono

El diagrama hierro-carbono se define como “Un diagrama binario que muestra el comportamiento que manifiestan el fierro y el carbono sometidos a diferentes temperaturas y concentraciones.

Este diagrama solo sirve para establecer las temperaturas de operación en los tratamientos térmicos de aceros al carbono, ya que los elementos de aleación modifican la posición de los puntos críticos en el diagrama.Sobre el eje de las ordenadas (y) se manejan las temperaturas y en el eje de las abscisas (x)

los porcentajes en peso de carbono que tiene el acero.

Atendiendo al diagrama los aceros se clasifican en:

Aceros Hipoeutectoides.- Son aquellos que contienen de 0.08% a 0.85% de carbono. En México son los aceros más comerciales y de menor costo, de ahí su gran demanda en la industria en general. Aceros eutectoides.- Con porcentajes de 0.85% de carbono, comercialmente casi no se encuentran, ya que su producción es restringida, su campo de aplicación es principalmente en la fabricación de limas (musas, bastardas, planas, triangulares, etc.)

Aceros hipereutectoides.- Con contenido de 0.85% a 2.0% de carbono, de muy baja producción, ya que en el caso de requerirse es preferible utilizar un acero de baja aleación debido a que al templar alto carbono quedan bastantes redes de cementita libre que traen como consecuencia la fragilidad del acero.

Con más de 2% de carbono la aleación se llama Fundición ya que este es el límite de solubilidad del carbono en el fierro gamma (austenita)

El diagrama fierro-carbono establece 3 puntos críticos básicos que limitan las zonas de transformación, siendo estos:

Al El cual esta a 720° C y es una línea paralela al eje de las abscisas.

A3 Que es una diagonal que va desde 720° C en el punto eutectoide hasta 906°C hacia la izquierda.

AcmDiagonal que va desde 720°C en el puntoeutectoide hasta 1145°C hacia la derecha.

El diagrama indica que el fierro gamma (austenita) disolverá carbono formado una solución sólida, que se satura con un porcentaje de 2% de carbono a 1145°C.

Si la solución sólida pudiera mantenerse sin cambio total por medio de un enfriamiento suficientemente rápido se obtendrá el constituyente estructural llamado austenita.

Como lo anterior, no es posible prácticamente ya que el enfriamiento debería ser instantáneo, el enfriamiento seguro va a producir una descomposición sólida aportando otro constituyente que se le llama martensita, que es estructura característica de los aceros templados. Un enfriamiento más lento conduce al segundo paso de la descomposición de la austenita formándose la troostita y a partir de esta estructura se puede obtener en el revenido la sorbita.Un enfriamiento demasiado lento produce otra descomposición de la austenita obteniéndose el eutectoide llamado perlita.

Enfriando con mayor lentitud que el caso anterior se obtiene finalmente la estructura llamada ferrita.

En resumen se dice que las fases que sigue la autenita en su descomposición por efecto de un enfriamiento que puede ser violento o lento son:Austenita, perlita, cementita, ferrita, martensita, troostita, sorbita.

Austenita.-Es una solución de carbono en hierro gama, se forma al calentar el acero a temperaturas superiores a los puntos críticos A3 y Acm puede contener en su limite de solubilidad hasta 2% de carbono, cristaliza en un sistema cúbico de cara centradas, y su resistencia a la tracción es de 105 kg/mm2 y su dureza es de 40Rc.

Cementita (Fe3 C) .- Combinación química de fierro y carbón se llama también carburo de fierro se forma por enfriamientos lentos a partir de la austenita es el constituyente más duro y frágil de los aceros, su resistencia a la tracción es pequeña pero su resistencia a la compresión es alta, la dureza es de aproximadamente 68HRc

Ferrita .- Es una solución sólida de carbón de hierro alfa, se forma por enfriamiento lentos de la austenita cristaliza en el sistema cubico de cuerpo centrado, la solubilidad máxima de carbono a 720°C es de 0.25%, a la temperatura ambiente solo llega a disolver 0.008% de carbono, es suave y maleable su dureza es similar a la del cobre, tiene una resistencia a la tracción de 20kg./mm2

Perlita .- Es un constituyente eutéctico de formado por una serie de laminas paralelas de muy pequeño espesor de ferrita y cementita, se forma por enfriamiento lento de la austenita a 720% c su microestructura es parecida a una huella digital y de color a la madre perla, su resistencia a la tracción es de 84 kglmm2 y su dureza de 20HRc.

Martensita .- Es el constituyente característico de los aceros templados, esta formada por una solución sólida de carbono en hierro alfa, se obtiene por enfriamientos rápidos de la autenita desde las temperaturas criticas de temple o autenización es demasiado dura 60 - 70 HRc y esta dureza depende del porcentaje de carbono que contenga el acero.

Troostita.- Esta compuesta de cementita y fierro alfa se forma por enfriamiento de la austenita a una velocidad un poco menor que la critica de temple o también por transformación isotérmica de la austenita en el rango de 500 -600°C presenta dureza de 35 - 50 HRc.

Sorbita.- Compuesta de ferrita y cementita, se obtiene por enfriamiento de la austenita a una velocidad bastante inferior que la critica o por transformación isotérmica de la austenita en el rango de 600 - 650°c, su dureza es de 22 - 43 HRc

Bainita.- Es el constituyente característico de un temple isotérmico llamado austempering se forma por enfriamiento de la austenita a temperatura de 250 - 600°°C.

Fig. 5.1.1 Diagrama parcial hierro-carbono (aceros)

5.1.2 Clasificación del acero

A fin de asegurar el tratamiento térmico adecuado, se requiere tener un conocimiento básico de los aceros, ya que la composición de los diversos tipos de aceros permitirá alcanzar la dureza deseada y que se cumplirá las especificaciones requeridas. La Society of AutomotiveEngineers (SAE) y el American Iron and Steel Institute (AISI) han diseñado métodos similares para identificar diferentes tipos de acero

Los sistemas de clasificación SAE-AISI

Los sistemas diseñados por las normas norteamericanas SAE y AlSI. Ambas utilizan una serie de cuatro o cinco números para designar el tipo de acero. Los primeros dos dígitos en esta serie indica el elemento de aleación predominante. Los últimos dos dígitos, indica, el contenido de carbono especificado por XX en centésimos de punto porcentual de carbono. (Así por ejemplo, aceros al carbón 10 XX) La diferencia principal entre los dos sistemas sistema AISI identifica el proceso de fabricación utilizado mediante los siguientes prefijos:

A—acero aleación básica de horno abierto

B—acero al carbono de horno Bessemer ácido

C—acero al carbono de horno de hogar abierto

D—acero al carbono de horno abierto

E—acero de horno eléctrico

En la siguiente clasificación, de aceros se indican mediante el primer número de como sigue:

Carbono

Níquel

Níquel-cromo

Molibdeno

Cromo

Cromo-vanadio

Triple aleación

Manganeso-silicio

Tabla 5.1.2 Clasificación de los aceros SAE AISI

Tratamientos Termicos

El tratamiento térmico consiste en calentar y enfriar Un metal con el propósito definido de cambiar sus propiedades metalúrgicas y mecánicas.

Los Tratamientos térmicos pueden clasificarse en totales y superficiales; siendo de los primeros los más importantes: Temple, Revenido, Recocido, Normalizado, Esferoidizado.

De los

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