Conformado Mecanico

CONFORMADO MECÁNICO

*Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ingeniería Mecánica, Quito, Ecuador

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Resumen: Se conoce como tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, de los metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad.

Palabras clave: Tratamientos térmicos, procesos de calentamientos, tratamientos volumétricos, tratamientos superficiales, velocidad de calentamiento, velocidad de enfriamiento, temperatura de calentamiento, diagrama de equilibrio hierro-carbono, caracterización del Fe y del C, constituyentes monofásicos del diagrama hierro – carbono.

Abstract: It is known as heat treatment to set operations of heating and cooling, under controlled conditions of temperature, residence time, velocity, pressure, metals or alloys in the solid state, in order to improve their mechanical properties, especially hardness, resistance and elasticity.

Keywords: Heat treatment, warm processes, volumetric treatment, surface treatment, heating rate, cooling rate, heating temperature, equilibrium diagram iron-carbon characterization of Fe and C, single-phase diagram iron constituents – carbon.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

TEORIA DE LOS TRATAMIENTOS TERMICOS.

Se conoce como tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, de los metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los cerámicos.

Constan de varios procesos de calentamiento, manteniendo a una temperatura dada de enfriamiento con el único fin de efectuar cambios estructurales que modifican las características mecánicas.

Estos tratamientos térmicos se los realizada de una manera controlada así: Temperatura, Tiempo de permanencia, Velocidad de calentamiento, Velocidad de enfriamiento, presión.

Los principales propósitos de realizar un tratamiento térmico son: Homogeneizar, Mejorar la ductilidad, Reducir esfuerzos internos, Reducir el tamaño de grano, Endurecer la superficie, manteniendo el interior dúctil, Aumentar la tenacidad, Adicionar elementos químicos (aumentar dureza superficial), Remover elementos químicos (no tiene mucha aplicación).

Un tratamiento térmico en el material de una pieza o elemento mecánico es un paso fundamental para lograr las propiedades mecánicas requeridas en su aplicación.

Los tratamientos térmicos pueden ser de dos tipos:

VOLUMÉTRICOS. Se denomina volumétrico a aquellos que afectan a toda él material

SUPERFICIALES. Se denomina tratamiento térmico superficial a aquellos que afectan únicamente a la superficie exterior del material.

Todo proceso de tratamiento térmico puede ser representado gráficamente en las coordenadas de temperatura – tiempo.

Los factores fundamentales que influyen en el tratamiento térmico son: La temperatura y el tiempo.

El régimen del tratamiento térmico se caracteriza por los siguientes parámetros principales:

La temperatura de calentamiento Tmax: la máxima temperatura hasta la cual se calienta la aleación durante el tratamiento térmico.

El tiempo que se mantiene la aleación a la temperatura de calentamiento Tm

La velocidad de calentamiento V_cal.

La velocidad de enfriamiento V_enf.

Si el calentamiento (o enfriamiento) se efectúa a velocidad constante, este se representa en las coordenadas T – t por una línea recta con determinado ángulo de inclinación. Si la velocidad de calentamiento (o enfriamiento) no es uniforme, la velocidad verdadera V_verd=dT/dt.

DIAGRAMA HIERR-CARBONO

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO HIERRO – CARBONO

En el diagrama de equilibrio o de fases hierro-carbono (Fe-C) se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones— por métodos diversos.

Son las aleaciones metálicas más importante de la técnica moderna, por su volumen, la producción de fundiciones de hierro y acero supera diez veces la producción de todos los metales juntos

Descrpción: Diagram Hierro – Carbono (Fe-C)

Fuente: http://es.slideshare.net/recursosabalar/aleaciones-diagramas

CARACTERIZACIÓN DEL FE

Características del Hierro: Metal de color gris plateado, Temperatura de fusión 1539°C, Dureza 80 HB y elongación relativa = 50%., Presenta dos formas alotrópicas Feα y Fe.

ALOTROPÍA DEL HIERRO

Curva de enfriamiento del hierro puro

Que el hierro exista en dos formas alotrópicas o redes cristalinas amplía las posibilidades de transformaciones de fases, lo que es aprovechado por el tratamiento térmico de las aleaciones de hierro con otros componentes y fundamentalmente con el carbono

El hierro puro contiene 99.99% de Fe. Las clases de hierro técnico contienen 99.80-99.91% de Fe. Las propiedades mecánicas del hierro se caracterizan por las magnitudes siguientes: Tensión de rotura, límite de fluencia kgf mm, alargamiento y dureza HB.

CARACTERIZACIÓN DEL C

Es el otro componente en la aleación Hierro Carbono, Es un elemento no metálico, En estado libre se denomina grafito, Dureza 3 HRC.

Es muy interesante el hecho de que el carbono en su forma natural (grafito) puede servir para la fabricación de lápices y al combinarse con el hierro puede formar compuestos químicos de características totalmente diferentes.

CONSTITUYENTES MONOFÁSICOS DEL DIAGRAMA Fe-C

LA FERRITA.- Es una solución sólida de carbono en el hierro alfa Fe (C).,l solubilidad máxima de carbono en la ferrita es aproximadamente de 0,008% de C a 20°C y 0,03% de C a 723°C. Su red cristalina es cúbica de cuerpo centrada. La ferrita es magnética y muy plástica. La dureza es HB 80 – 100. Rt = 32Kgf/mm2.

LA AUSTENITA. - Es una solución sólida de carbono en el hierro gama que se designa por Fe (C). La solubilidad máxima de carbono en la austenita es 2,14% a 1147°C y 0,8 de C a 723°C. , La red cristalina es CCC, La austenita es una solución sólida intersticial no magnética., esta fase se encuentra sólo a altas temperaturas y la temperatura 723°C es el límite inferior de la existencia estable de la austenita en las aleaciones hierro – carbono, la dureza es HB 180- 200; Rt = 68 kgf/mm2.

CEMENTITA.- Es un compuesto químico de hierro en carbono (Fe3C), La cementita tiene una red cristalina compleja (rómbica) , una dureza muy alta, HB 650 – 800, es bastante frágil, Su temperatura de fusión es 1600°C, la cementita no es estable y en condiciones determinadas se desintegra desprendiendo carbono libre en forma de grafito: Fe3C – 3Fe + C.

GRAFITO.- Es el carbono libre, blando (HB 3) y posee una baja resistencia. En las fundiciones de hierro se halla en inclusiones de diversas formas (laminar, globular, nodular, etc.). Al variar la forma de las inclusiones de grafito, cambian las propiedades mecánicas y tecnológicas.

ESTRUCTURAS BIFÁSICAS DEL DIAGRAMA Fe-C

PERLITA.- Es una mezcla mecánica de la ferrita y cementita, conteniendo el 0,8% de C. La perlita puede ser laminar HB 300, Rt=105 Kgf/mm2, o también globular HB 140, Rt=114 Kgf/mm2, lo que depende de la forma de la cementita (laminar o globular).

LEDEBURITA.- Es una mezcla mecánica (Eutéctica) de austenita y cementita, a temperatura superior a 723°C, que contiene un 4,3% de C, La ledeburita se forma durante la solidificación de la masa fundida a 1147°C. Bajo los 723°C la austenita se transforma en perlita y entonces la estructura de la ledeburita será: perlita más cementita (una mezcla mecánica), La dureza de la ledeburita es: HB 600-700 y es muy frágil.

Aceros Eutectoide.- Acero eutectoide

Acero eutectoide puede, en principio, se transformó

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