tratamiento termico -monografia upla
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TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO
: TALLER DE MATERIALES DE
CONSTRUCCION TRADICIONALES
: ING.WAINER
: CORILLA ESPINOZA, Khely
RuthFRANCIA MARTINEZ MIGUELCABALLERO CORDERO CINTHIAROJAS CARTOLIN KAREN
: VI : A1
UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍACARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
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TRATAMIENTO TÉRMICO DEL
ACERO
INDICE
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INTRODUCION
OBJETIVOS
B.1—NATURALEZA FÍSICA Y QUÍMICA DEL ACERO………………………………………………………….…
B.2—MICROESTRUCTURA…………………………………………………………………………………………………
B.3-CLASIFICACION DE LOS ACEROS………………………………………………………………………………….B.4—DIAGRAMAS DE FASES………………………………………………………………………………………………
C) TRATAMIENTOS TERMICOS…………………………………………………………………………………………..
C.1—RECOCIDO……………………………………………………………………………………………………………….
C.2—TEMPLE…………………………………………………………………………………………………………………..
C.3—REVENIDO………………………………………………………………………………………………………………
C.4—NORMALIZADO……………………………………………………………………………………………………….
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
ANEXOS
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INTRODUCCIÓN
Los cambios repentinos y modificaciones del medio en que vivimos nos muestra todo el auge de la competencia en toda su magnitud es decir el comienzo de la nueva era que se traduce a los cambios repentinos ,que se basa en alteraciones modificaciones ,cambios en las técnicas constructivas y técnicas de duración de ellas el tratamiento térmico es uno de ellos consiste en la modificación y o alteración del acero ,cierta modificación provocada en sus propiedades como también en su composición radica en calentar el acero a una temperatura determinada, mantenerlo a esa temperatura durante un cierto tiempo hasta que se forme la estructura deseada y luego enfriarlo a la velocidad conveniente. Si bien sabemos ,el acero es una aleación de hierro con carbono en una proporción que oscila entre 0,03 y 2%. Se suele componer de otros elementos, ya inmersos en el material del que se obtienen. Pero se le pueden añadir otros materiales para mejorar su dureza, maleabilidad u otras propiedades.
Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución. Antes del tratamiento térmico, la mayoría de los aceros son una mezcla de tres sustancias, ferrita, perlita, cementita. La ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. La cementita es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura características, sus propiedades físicas con intermedias entre las de sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente depende de las proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por compuesto de perlita. el acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita, dándole cada uno de estos componentes cierta gradación en cierto determinado uso de
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OBJETIVOS
Los objetivos pretendidos con este trabajo son el de realizar un trabajo el cual sea lo mas general , completo y compacto posible , que por si mismo se pueda entender , incluso para alguien que no sepa nada de aceros , que se necesiten las minimas consultas externas , y que por si mismo tenga un desarrollo coherente y adecuado para su estudio.
Que al acabar su lectura se tenga una noción completa y general del acero y de los tratamientos térmicos de los mismos.
Lo único que lamento es no poder haber acompañado con mas graficas y fotos , todos los conceptos aquí desarrollados , ya que no dispongo de scanner y no los he encontrado por internet.
Familiarizarse con el tema ya que en Futuro emplearemos esta técnica.
Observar como influye el tiempo de calentamiento en los resultados del tratamiento.
Comparar cómo varían los resultados para iguales tiempos según la composición del acero.
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MARCO TEORICO
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EL ACERO Y SU NATURALEZA
B.1—NATURALEZA FÍSICA Y QUÍMICA DEL ACERO
Acero en realidad es un término que nombra a una familia muy numerosa de aleaciones metálicas,
teniendo como base la aleación Hierro Œ Carbono. El hierro es un metal, relativamente duro y
tenaz, con diámetro atómico d A = 2,48 Å ( 1 amstromg Å = 10 -10 m), con temperatura de fusión
de 1 535ºC y punto de ebullición 2 740ºC. Mientras el Carbono es un metaloide, con diámetro
mucho más pequeño (d A = 1,54 Å ), blando y frágil en la mayoría de sus formas alotrópicas
(excepto en la forma de diamante en que su estructura cristalográfica lo hace el más duro de los
materiales conocidos). Es la diferencia en diámetros atómicos lo que va elemento de mayor di
Cuando una sustancia logra disolverse en otra se tiene una solución, donde a la primera, que es
minoritaria, se le llama soluto y a la segunda, que es mayoritaria,se le llama solvente. Estas
sustancias pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas. Al igual que el carbono, actúan otros elementos
que devienen en intersticiales. debido a su diámetro atómico menor a 2 Å, lo que les da mayor
posibilidad de difusión a través de los intersticios de la estructura cristalina del hierro. Estos
elementos son el Nitrógeno ,Hidrógeno ,Boro, Oxígeno (d A = 1,20 Å), etc. Va a ser esta posibilidad
de difusión intersticial la responsable de una gran cantidad de posibilidades tecnológicas y
variantes de propiedades en el acero, especialmente las vinculadas al endurecimiento, gracias a la
solución sólida intersticial de carbono en hierro, y a la formación de compuestos intersticiales
como carburos y nitruros que aparecen como componentes usual mente muy duros en los aceros
aleados. Por otro lado, otros elementos como el cromo, níquel, titanio, manganeso, vanadio,
cobre, etc. con diámetros atómicos cercanos al del hierro (condición indispensable), formarán
soluciones sólidas sustituciones en un intervalo que dependerá de la semejanza de estructura
cristalina, de la afinidad química y de las valencias relati- vas. Estas soluciones sustitucionales son
las más frecuentes y numerosas entre los metales, especialmente en el acero. . En un metal que
está formado por la unión de electrones girando alrededor de un núcleo, como es posible que
pueda tener tan buena solidez, tenacidad y dureza.
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¿QUÉ FUERZAS EXPLICAN ESTA COHESIÓN?
El enlace metálico es un enlace muy peculiar que permite la movilidad de los electrones alrededor
de los núcleos generando una cohesión entre ellos, gracias a fuerzas de repulsión entre núcleos y
entre electrones, y a fuerzas de atracción entre núcleos positivos y electrones; y, a la vez, permite
un ordenamiento muy regular de los iones (átomos que han perdido o ganado electrones, según
su valencia) dando lugar a una estructura cristalina. La estructura cristalina se caracteriza por una
distribución regular de los átomos (y iones) en el espacio. Hay 14
estructuras posibles de cristalización, aunque la mayor parte de los
metales cristalizan en tres tipos de estruct uras, dos de ellas cúbi
cas y una hexagonal. El enlace metálico es el responsable de la
dureza, la resistencia mecánica y la plasticidad que caracterizan a
los metales. Es su gran movilidad de los electrones lo que explica también el brillo metálico y las
conductividades térmica y eléctrica. Formas alotrópicas son las diversas formas en que un metal
alotrópico puede presentarse, según su estructura cristalográfica. Cuando un metal mono
componente o monofásico, sin haber variado su composición química, sufre un cambio rever sible
de estructura cristalina, se dice que es alotrópico. Se llama fase a un componente que constituye
una entidad diferenciada de las otras fases, en base a su composición química, a su naturaleza
física, a su estruc tura cristalográfica, a sus propiedades físicoquímicas, etc El hierro es un metal
alotrópico pues pasa de una estructura b.c.c., conocida como hierro alfa, que existe desde
temperatura ambiente hasta los 910 ºC, a una tura f.c.c. del hierro gamma, que existe entre los
912 y 1 500ºC, y luego retorna a la estructura b.c.c., esta vez, del hierro delta, que existe hasta los
1 540ºC. El enlace metálico es el responsable de la dureza, la resistencia mecánica y la plasticidad
que caracterizan a los metales. Es su gran movilidad de los electrones lo que explica también el
brillo metálico y las conductividades térmica y eléctrica. Formas alotrópicas son las diversas
formas en que un metal alotrópico pued presentarse, según su estructura cristalográfica. Cuando
un metal monocomponente o monofásico, sin haber variado su composición química, sufre un
cambio rever sible de estructura cristalina, se dice que es alotrópico. Se llama fase a un
componente que constituye una entidad diferenciada de las otras fases, en base a su composición
química, a su naturaleza física, a su estructura cristalográfica, a sus propiedades físicoquímicas,
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etc. El hierro es un metal alotrópico pues pasa de una estructura b.c.c., conocida como hierro alfa,
que existe desde temperatura ambiente hasta los 910 ºC, aunque, lógicamente, presentará
cambios de composición que incluyen a los nuevos elementos presentes. Las propiedades
mecánicas en los aceros son influenciadas fuertemente por el contenido de carbono, ya que
determinan cantidades diferentes de uno de los componentes más duros en el acero, como es la
cementita, o de su mezcla eutectoide, la perlita. Aún en estado de temple (endurecido por
enfriamiento rápido), el contenido de carbono del acero sigue siendo importante pues una
martensita de mayor contenido de carbono será también más dura.
B.2—MICROESTRUCTURA
Veamos un poco más adentro en la estructura del acero. Un producto de acero, como una barra o
una plancha, es un sólido que está formado por granos. Al microscopio son granos los que se
observan como microcomponentes del acero. Estos granos pueden ser de alguna de las fases, o
mezcla de fases, que están presentes en todo acero normal: ferrita, perlita, cementita; por lo que
pueden tener diferente aspecto.De esta forma un acero al carbono, de un contenido de carbono
de 0,20 %, estará formado por una proporción de 75% de fase ferrita (cuyo contenido de carbono,
temperatura ambiente, no pasa de 0,008 %) y aproximadamente 25 % de perlita (cuyo contenido
de carbono es fijo y corresponde a 0,8 %); mientras un acero de mayor contenido de carbono (por
ejemplo, 0,40 %) tendrá mayor proporción de perlita (aproximadamente 50 % )
Los granos, a su vez, están formados por agregados
de cristales. Son estos cristales los que van a
determinar en gran medida las propiedades del
acero. Como ya ha sido dicho, cada fase tiene
diferente estructura cristalina o cristalográfica, y,
por tanto, cada fase posee diferentes propiedades.
El acero poseerá, en general y proporcionalmente,
las propiedades promedio del conjunto.
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CLASIFICACIÓN DEL ACERO
Los aceros se clasifican en cinco grupos principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultrarresistentes, aceros inoxidables y aceros de herramientas.
a. ACEROS AL CARBONO
El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen una cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un 0,6% de silicio y un 0,6% de cobre. Con este tipo de acero se fabrican maquinas, carrocerías de automóvil, estructuras de construcción, pasadores de pelo, etc.
b. ACEROS ALEADOS
Estos aceros están compuestos por una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos; además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono. Estos aceros se emplean para fabricar engranajes, ejes, cuchillos, etc.
c. ACEROS DE BAJA ALEACIÓN ULTRARRESISTENTES
Es la familia de aceros mas reciente de las cinco. Estos aceros son más baratos que los aceros convencionales debido a que contienen menor cantidad de materiales costosos de aleación. Sin embargo, se les da un tratamiento especial que hace que su resistencia sea mucho mayor que la del acero al carbono. Este material se emplea para la fabricación de bagones porque al ser más resistente, sus paredes son más delgadas, con lo que la capacidad de carga es mayor.
Además, al pesar menos, también se pueden cargar con un mayor peso. También se emplea para la fabricación de estructuras de edificios.
D. ACEROS INOXIDABLES
Estos aceros contienen cromo, níquel, y otros elementos de
aleación que los mantiene brillantes y resistentes a la oxidación.
Algunos aceros inoxidables son muy duros y otros muy resistentes,
manteniendo esa resistencia durante mucho tiempo a temperaturas
extremas. Debido a su brillo, los arquitectos lo emplean mucho con
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fines decorativos. También se emplean mucho para tuberías, depósitos de petróleo y
productos químicos por su resistencia a la oxidación y para la fabricación de instrumentos
quirúrgicos o sustitució de huesos porque resiste a la acción de los fluidos corporales. Además
se usa para la fabricación de útiles de cocina, como pucheros, gracias a que no oscurece
alimentos y es fácil de limpiar.
d. ACEROS DE HERRAMIENTAS
Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y cabezales
de corte y modelado de maquinas. Contiene wolframio,
molibdeno y otros elementos de aleación que le proporcionan
una alta resistencia, dureza y durabilidad.
B.4—DIAGRAMA DE FASES DEL ACERO
Bien, ya hemos dicho que los aceros están compuestos por ciertas fases, las cuales a su vez tienen
ciertas características diferenciadas. La diferente proporción de estas fases determinará en mucho
las propiedades del acero. También se ha dicho que el contenido de carbono y de otros elementos
influyen sobre las propiedades del acero, esto quiere decir que estos elementos se meterán
dentro de estas fases cambiando a su vez sus propiedades. La forma más simple de visualizar este
hecho es a través de un diagrama de fases en equilibrio hierro-carbono.
El diagrama hierro-carbono solo tiene una zona de interés tecnológico que lo constituye la
porción hierro-carburo de hierro. El carburo de hierro conocido como cementita es un compuesto
Fe 3 C con 6,67 % de carbono. Este es un diagrama metaestable, pues para fines prácticos se
puede considerar que la cementita es una fase iacuasiestablel_ y técnicamente representa
condiciones de equilibrio útiles para entender las transformaciones que veremos en los aceros.
Considerando el contenido de carbono, es práctica común dividir este diagrama en dos partes: la
de las fundiciones (entre aproximadamente 2 y 6,67 % de carbono) y la de los aceros (entre 0 y 2 %
de carbono). Vemos, además varias zonas definidas dentro del diagrama. Tenemos varias
soluciones sólidas. La solución sólida gamma (derivada de la fase gamma del hierro) se llama
austenita y posee una estructura f.c.c. A alta temperatura se tiene la región de la solución sólida
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delta (derivada de la fase delta del hierro) con estructura f.c.c. Mientras que a menor temperatura
se tiene la región de la ferrita (derivada de la fase alfa del hierro) también con estructura f.c.c La
transformación más importante en este diagrama, desde el punto de vista de su utilización
técnica, lo constituye la transformación austenítica: Austenita ! Ferrita + Cementita
Esta transformación se verifica a 723ºC , que es conocida como la temperatura eutectoide, y su
control constituye un poderoso medio de determinar las propiedades mecánicas del acero
adecuándolas a nuestro uso. El control y aprovechamiento de esta transformación constituye una
buena parte del campo de aplicación de los tratamientos térmicos. La velocidad de enfriamiento
determinará la microestructura final presente en el acero, decidirá si la fase presente es de
naturaleza metaestable o estable o si es una fase fuera del equilibrio; y por tanto determinará las
propiedades mecánicas, físicas, químicas, etc. asociadas a las fases presentes.
Si esta transformación se realiza enfriando lentamente se producirá la mezcla eutectoide conocida
como perlita, formada por finas capas alternadas de cementita y ferrita. Cuanto más lentamente
se realice esta transformación más gruesas serán estas capas y mayor será el tamaño de grano del
acero (esto sucede en el tratamiento térmico conocido como recocido). Si el enfriamiento es
menos lento se tendrá una perlita con capas o lamelas más finas, como sucede en el
normalizado.El acero recocido es más blando que el acero normalizado.
Si mediante un enfriamiento acelerado, desde la zona austenítica, logramos evitar la
transformación eutectoide tendremos una fase fuera del equilibrio llamado martensita. Este
nuevo componente microestructural posee alta dureza aunque con una cierta fragilidad. La
martensita es una solución sólida sobresaturada de carbono atrapado en hierro alfa lo que lleva a
una estructura tetragonal de cuerpo centrado derivada de la estructura b.c.c. El eje z de la celda
cúbica es mayor debido a la inclusión de átomos de carbono. Esta fuerte alteración de la red es la
responsable de la alta dureza de la martensita y también de su aspecto microestructural acicular.
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C. TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS
El tratamiento térmico 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 producirá las propiedades
deseadas, por lo que el calentamiento, con el
único 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
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Todos los procedimientos de tratamientos térmicos 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 térmicos, 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 térmicas ( 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 plástico, y el aumento de volumen suele ser
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bastante mayor , además 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 térmicos , deben de ser permanentes , para poder beneficiarnos constructivamente
de estos cambios, ya que si no no tendría ningún sentido.
Los tratamientos térmicos se pueden clasificar en 4 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 enfrían 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 común para los tipos , que
son:
-recocido (de primer y segundo genero)
-temple
-revenido
normalizado
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
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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.
C1. -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 re cristalización 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 térmico ya que subsana defectos de los procesos de fabricación del acero, como la colada, la forja ,etc. y prepara el metal para las operaciones mecánicas siguientes como el mecanizado ,extrusionado ,etc.
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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 fusión, 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 condición 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 fáciles 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 , si se aumenta la velocidad de enfriamiento al atravesar el acero la zona critica , se aumenta la dureza , si esta velocidad sobrepasa la velocidad critica , la austenita comienza a transformarse en otros constituyentes.
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El acero se puede sacar del horno cuando ya los cristales de austenita se han transformado completamente en perlita blanda , este punto depende de la velocidad de enfriamiento , por ejemplo a una velocidad de 10 grados -hora , el proceso de transformación ocurre sobre los 700*680 grados , y a 20 grados - hora, la transformación ocurre a 680-650 grados
C. 2. TEMPLE:
El temple es un tratamiento termico que consiste en enfriar muy rapidamente , la mezcla austenitica homogénea , que tenemos después de calentar el acero ,
Con este enfriamiento rapido
se consigue un aumento de
dureza , ya que el resultado
microscopico final es una
mezcla martensítica . La
temperatura de temple para los aceros hipoeutectoides son de 30-50 grados, por encima
de esta temperatura , el grano de austenita crece mucho, obteniéndose austenita basta de
baja tenacidad . El tiempo de enfriamiento debe de ser rapido pero solo en el intervalo de
temperatura de 650-400 grados, que es donde la austenita es menos estable , y es donde
se forma la mezcla de ferrita y cementita , por encima de 650 grados la velocidad puede
ser mas lenta , pero no tanto que permita la precipitación de ferrita o la transformación de
austenita en perlita , por debajo de los 400 grados comienza la zona de estabilidad de la
austenita , y el enfriamiento puede volver a ser lento, y en el intervalo de 200-300 grados,
el enfriamiento debe de ser lento para evitar tensiones termicas resultantes de un
enfriamiento rapido.
En los aceros hipereutectoides el temple se suele realizar con calentamiento de
austenización incompleta , en la masa original caliente hay austenita y una cantidad de
cementita y carburos aleados, después del enfriamiento se obtiene martensita y carburos ,
este proceso produce mejores resultados en la practica industrial.
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Factores que influyen en el temple de los aceros son la composición, el tamaño de grano ,
el tamaño de las piezas .
El estudio de las velocidades criticas del temple debe de hacerse con ayuda de las curvas
de la “S” de enfriamiento continuo , las cuales reflejan la influencia de la composición
sobre la velocidad de enfriamiento , al aumentar el porcentaje de nanganeso y cromo , las
curvas se desplazan hacia la derecha y por tanto las velocidades criticas del temple
disminuyen.
El tamaño de grano modifica la situación y forma de la curva “S” ,en aceros de la misma
composición , las velocidades del temple de grano grueso son menores que las velocidades
de grano fino. El tamaño , volumen , y espesor de las piezas tiene gran importancia, ya
quesi enfriamos una pieza grande primero se enfria la superficie exterior rapidamente ,
pero las capas interiores tardan mas , ya que el calor debe de atravesar las capas
exteriores y estas capas tienen una conductividad limitada , con lo cual perfiles delgados
enfrian antes que gruesos.
El medio de enfriamiento también influye siendo este proceso por etapas , en la primera el
acero al sumergirse en el liquido se forma una capa de vapor , al ser su temperatura muy
alta, que rodea el metal , y el enfriamiento se hace por conducción y radiación a traves de
la capa gaseosa , siendo un enfriamiento muy lento.
En la segunda etapa cuando desciende la temperatura de superficie del metal , la película
de vapor va desapareciendo , pero el liquido hierve alrededor de las piezas y se forman
burbujas que transportan el vapor por conducción. En la tercera etapa el enfriamiento lo
hace el liquido por conducción y conveccion , cuando la diferencia de temperatura del
liquido y la pieza es pequeña., con lo que el liquido influye en la velocidad según su
temperatura de ebullición, su conductividad termica , su viscosidad , su calor especifico y
su calor de vaporización.
La templabilidad de un acero es una propiedad que determina la profundidad y
distribución de la dureza alcanzada al producirse un enfriamiento desde la zona
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austentinica . La templabilidad del hierro aumenta si se añaden aleantes , con lño que a
mas carbono mas templabilidad , sin embargo tambien aumenta el volumen , con lo que el
enfriamiento de la pieza no es homogéneo , y enfria antes en el exterior que en el núcleo ,
el cual no se podra dilatar al enfriarse por la compresión ejercida por la pieza ya enfriada ,
creandose unas tensiones de compresión en el interior y de tracción en la superficie que
pueden llegar a romperla, con lo que hay que bajar el contenido en carbono , pero a su vez
la templeabilidad baja , con lo que se crea una contradicción.
Se considera que el temple de un acero es aceptable cuando la microestructura esta
formada por lo menos con un 50% de martensita , pero para conseguir las mejores
características mecanicas en el producto final el porcentaje de martensita debe de estar
entre el 50 y el 90 %.
Existen muchos ensayos para determinar la templabilidad , pero el mas utilizado es el
ensayo Jominy , cuyos resultados se expresan como una curva de dureza frente a la
distancia desde el extremo templado. Del estudio de estas curvas se puede observar que la
máxima dureza que se consigue en el temple del acero es función del contenido en
carbono , que la presencia de elementos
De aleación en los aceros permite obtener durezas elevadas aun a bajas velocidades de
enfriamiento, que pequeñas cantidades de elementos aleados convenientemente
seleccionados, ejercen mas influencia en la templabilidad que un gran porcentaje de un
solo elemento.
Si se realiza un temple mal , nos podemos encontrar con defectos en la pieza como una
dureza insuficiente para nuestros propósitos , que se hayan formados puntos blandos ,
piezas con mucha fragilidad , descarburación , grietas etc.
La dureza escasa y la formación de puntos blandos se explican por la falta de
calentamiento, por no haber alcanzado la temperatura necesaria, o por no haber
permanecido el suficiente tiempo en ella , la fragilidad excesiva es por un temple a
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temperaturas altas, etc. por lo cual hay que extremar los cuidados a la hora de iniciar un
proceso de temple , y realizarlo correctamente, ya que son muchos los factores que
pueden echar a perder las piezas , y que no sean validas para nuestros propósitos.
Existe un proceso llamado temple superficial que se usa para endurecer superficialmente
ciertas piezas de acero conservando la tenacidad de su núcleo, el proceso consiste en
calentar las capas superficiales a una temperatura superior a los puntos críticos y enfriar
rápidamente siguiendo la sección de la pieza , como las diferentes capas interiores de la
pieza se han calentado a diferentes temperaturas , se ha producido en la pieza diferentes
temples, en la superficie el temple será completo , en el interior , incompleto , y en el
centro inexistente.
Hay diferentes métodos como el de calentamiento por llama oxiacetilenica , recomendado
para piezas que por su forma o tamaño , no se pueden aplicar otros métodos ,la ventaja de
este método es que se pueden templar incluso partes de una pieza , el método de
inducción , que usa el flujo magnético creado por una corriente alterna de alta frecuencia
que pasa por un inductor , la característica mas importante de este método es que para
cada forma de pieza
Se le colocan unas espiras de una forma determinada , es el metodo mas empleado ya que no se quema el carbono , no se produce oxidación , y no se forma cascarilla , el inconveniente principal es que no se puede utilizar para piezas unicas , ya que hay que crear un inductor especifico para cada forma.
C.3 . REVENIDO
Después del temple, los aceros suelen quedar demasiado duros y fragiles para los usos a
los que estan destinados . Esto se corrige con el proceso del revenido , este proceso
consiste en calentar el acero a una temperatura mas baja que su temperatura critica
inferior, enfriándolo luego al aire , en aceite o en agua , con esto no se eliminan los efectos
del temple , solo se modifican , se consigue disminuir la dureza , resistencia , y las
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tensiones internas , y se aumenta la tenacidad . El acero , después del temple , esta
compuesto por cristales de martensita , si se vuelve a calentar a diferentes temperaturas,
entre Temp. Ambiente y 700º y después se enfria al aire , la resistencia a la tracción
disminuye a medida que la Temp.. del revenido aumenta , y al mismo tiempo aumenta la
ductilidad y la tenacidad , la resistencia al choque o resiliencia , que es baja cuando el
revenido se hace a Temp.. Inferiores a 450º , aumenta cuando se hace a Temp.. mas
elevadas. En ciertos aceros en los que después del temple queda austenita residual , se
presenta un aumento de dureza , cuando el revenido se hace entre 350º y 550º ,
transformándose la austenita en otros constituyentes. Los aceros después del revenido ,
por lo general se contraen
Estas variaciones de propiedades que suceden en el revenido , se deben a los cambios
micro estructurales , que consisten en la descomposición de la martensita que se habia
obtenido en el temple y que se transforma en otros constituyentes mas estables . La
estructura obtenida en un revenido a 200-250º es de martensita de red cúbica , a 400º se
observa un oscurecimiento fuerte ,al aumentar a 600-650º se desarrolla la coalescencia de
la cementita. Con ayuda del telescopio electrónico se ha podido llegar a la conclusión que
el revenido se hace en tres etapas:
La primera etapa se realiza a bajas temperaturas , menores de 300º , y se precipita
carburo de hierro epsilon y el porcentaje de carbono en la martensita baja a 0.25% , el
carburode hierro cristaliza en el sistema hexagonal , en los limites de los subgranos de la
austenita , y la martensita cambia su red tetragonal a rec cubica
En la segunda etapa , solo se presenta cuando hay austenita retenida en la
microestructura del acero , la cual se transforma en bainita , que al ser calentada a altas
temperaturas también precipita en carburo de hierro , con formación final de cementita y
ferrita.
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en la tercera etapa, el carburo de hierro que apareció en la primera etapa, se transforma
en cementita , cuando sube la Temp.. se forma un precipitado de cementita en los limites
y en el interior de las agujas de martensita , la cual al aumentar la Temp.. se redisuelve la
del interior y se engruesa la del exterior, al subir mas la Temp.. se rompe la cementita
exterior , y a 600º la matriz queda constituida por ferrita . al final la martensita se ha
transformado en cementita y ferrita.
En los revenidos la martensita obtenida al temple, va perdiendo carbono que aparece en forma de carburo epsilon , y cementita.
Cuando después del temple aparece austenita residual, los cambios micro estructurales
cuando empieza a calentar , son iguales a los anteriores , pero a 225º comienza la
descomposición de la austenita hasta los 400º , produciéndose un oscurecimiento de la
estructura. Cuanto mas baja sea la temperatura del temple , la austenita residual sera
menos refractaria , y a mas Temp.. del temple será mas difícil conseguir la transformación
isotermica de la austenita . Esta austenita sufre una precipitación de carburos complejos
de alta aleación , y disminuye el contenido en carbono , después de esta precipitación y al
enfriar , se transforma en bainita.
En algunas clases de aceros , el revenido entre 250-400º , se presenta una disminución de
la tenacidad , que se produce en la tercera fase del revenido , cuando la cementita
envuelve las agujas de martensita , la fragilidad aumenta cuanto mayor es la red de
cementita , y a temperaturas mayores esta red desaparece , y aumenta la fragilidad.
Existe otra fragilidad llamada de Krupp , que se presenta en los revenidos de los aceros
cromo-niqueles , y se presenta cuando después del temple , el acero permanece mucho
tiempo en el intervalo de 450-550º , esta fragilidad no va acompañada de cambios de
dureza, volumen, ni cambios significativos en la estructura , esta fragilidad aparece en los
aceros sensibles a este fenómeno independientemente de la velocidad de enfriamiento ,
para evitar este fenómeno se enfria rapidamente para evitar estar mucho tiempo en este
intervalo de temperaturas.
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Para valorar la importancia de esta fragilidad se utiliza el coeficiente de susceptibilidad S = resiliencia de enfriamiento muy rapido / resiliencia de enfriamiento lento.
Los factores que influyen en la fragilidad del revenido , son la velocidad de enfriamiento ( como hemos comentado antes) , el tiempo de permanencia en el intervalo de temperatura critica y la duración del revenido a Temp.. superiores a la zona de fragilidad.
C.4 NORMALIZADO
El normalizado se lleva a cabo al calentar a unos 35º por encima de la Temp.. critica superior, se mantiene un tiempo , y luego se enfria en aire estático h asta la Temp.. ambiente , con esto se consigue un acero mas duro y resistente que el que se obtiene con un enfriamiento mas lento , en un horno después de un recocido . Este tratamiento se utiliza tanto para piezas fundidas, forjadas o mecanizadas , y sirve para
afinar la estructura y eliminar las tensiones que suelen aparecer en la solidificación , forja etc. . La velocidad de enfriamiento es mas lenta que en el temple y mas rapida que el recocido , es un tratamiento tipico de los aceros al carbono de construcción de 0.15 a 0.40 % de carbono , y las temperaturas normales del normalizado varia según el porcentaje en carbono , que va desde 840º a
935º , según la composición sea desde 0.50 a 0.10 % de carbono.
Debido al incremento de velocidad de enfriamiento , hay menos tiempo para la formación de ferrita proeutectoide en los aceros hipoeutectoides y menos cementita proeutectoide en los aceros hipereutectoides en comparación de los recocidos. En los aceros hipereutectoides el normalizado reduce la continuidad de la red de cementita y en algunos casos la elimina , con lo que a mas velocidad de enfriamiento mas fina sera la perlita resultante.
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Hay otros métodos de tratamiento térmico para endurecer el acero.
CementaciónLas superficies de las piezas de acero terminadas se endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitrógeno.
CARBURIZACIÓNLa pieza se calienta manteniéndola rodeada de carbón vegetal, coque o gases de carbono.
CIANURIZACIÓN
Se introduce el metal en un baño de sales de cianuro, logrando así que endurezca.
NITRURIZACIÓN
Se emplea para endurecer aceros de composición especial mediante su calentamiento en amoniaco gaseoso.
C.8. RECOCIDO PARA LA ELIMINACION DE LOS ESFUERZOS.
Este Recocido se diferencia del Recocido Total ya que el acero es calentado hasta una temperatura mas baja (un poco mas alta que la línea de temperatura eutectoide).
Para los aceros hipoeutectoides el recocido incompleto, como también se llama este proceso, se utiliza para la eliminación de los esfuerzos internos y mejorar la facilidad de elaboración por corte.
Este proceso solo produce la recristalización parcial del acero a cuenta de la transformación Perlita _ Austenita. La Ferrita en exceso solo parcialmente pasa a la solución solida y no se somete totalmente a la recristalización.
Este proceso facilita el tratamiento mecánico en caliente de aquellos acero hipoeutectoides que no formaron un grano basto dentro de la estructura.
Uno de los propósitos del recocido es proporcionar suavidad, además de refinar el grano y mejorar el maquinado. De nuestra experiencia podemos corroborar esto ya que podemos observar que en todas las muestras disminuye la dureza del acero. Ejem para la muestra número #1 de el acero 3135 la dureza promedio disminuyo de 24.5 a 12 unidades de
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dureza Rockwell, prácticamente se redujo un 50% de la dureza medida antes del tratamiento térmico.
CONCLUSIONES
.El acero es un material indispensable en la civilización actual, la mayor parte de la industria siderúrgica actual esta basada en la fabricación y transformación del acero.
También hemos visto el proceso que se necesita para logra conseguir el acero y las complicaciones que tiene este proceso que es muy complejo.
Por ejemplo hemos aprendido los diferentes tipos de acabados que se le pueden dar al acero y como se hacen o se logran estos acabados.
La fabricación del acero comenzó por accidente ya que los expertos en la materia intentando fabricar hierro calentaron excesivamente la masa y la enfriaron muy rápido obteniendo la aleación del acero en lugar de hierro.
Los sistemas de obtención del acero son muy variados dependiendo de la cantidad del acero a obtener.
La variedad de aceros es muy extensa dependiendo del método de fabricación y la cantidad de carbono que contenga.
Algunos tipos de acero pueden volverse a fundir de forma que contaminan menos al ser reciclados y vueltos a utilizar.
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RECOMENDACIONES.
En La Vida Cotidiana En La Vida E Un Ingeniero Siempre Va Existir Problemas Que Lleguen A
Tocar Con Temas Como La Aplicación De Tratamiento Térmico Se Sugiere Al Estudiante A
Realizareis Investigaciones Basadas En Tratamiento Térmicos Especiales Ya Que Su Empleo
Radica N Diferentes Campos Dependiendo De Su Fabricación Del Acero
BIBLIOGRAFIA
Las referencias bibliográficas relativas a los temas tratados en este trabajo son las indicadas a continuación:
Enciclopedia Encarta multimedia
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Introducción al conocimiento de los materiales (“Segundo Barroso Herrero”) PAG INTERNET
Tratamientos Termicos de los Aceros
“ Jose Apraiz Barreiro “
Endurecimiento , revenido y tratamiento termico
“Tubal Cain” biblioteca practica del taller
Internet direcciones varias.
http://www.slideshare.net/albertojeca/tratamientos-termicos-del-acerohttp://cursos.aiu.edu/Procesos%20Industriales/PDF/Tema%202.pdfhttp://www.sabelotodo.org/metalurgia/tratatermacero.htmlhttp://www.youtube.com/watch?v=W1QAchLQ9Dwhttp://www.youtube.com/watch?v=af5HbapTgH0https://www.crystec.com/kllthsts.htmhttp://mexico.pma.org/magazine/sept08/pdf/Materiales_recubrimientos.pdfhttp://www.aceros.biz/acero/tratamiento-termico-del-acero.htmlhttp://www.toolingu.com/class-501230-tratamiento-termico-del-acero.htmlhttp://www.bohlerperu.com/files/2daConfSelecAcerosEspec.pdfhttp://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/4-PRINCIPIOS_GENERALES_DE_LOS_TT_v2.pdf
ANEXOS
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PROCESO DE FABRICACION DEL ACERO
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PROCESO DETEMPEL DE PEIZAS MECANICAS DE UNA
MQUINARIAS
TEMEPARATURA DE REVENIDO MAS ADECUADA
ETAPAS TEMP CAMBIO ESTRUCTURAL
1RA 200 C° precipitación del carburo debido al decrecimiento de la etragoanlidad de martsita
2DA 200 -300 C° descomposición de la autenita retenida
3RA 200- 350 C° formación de barras o placas de cementina
4TA 350 ° 700 °C crecimiento y esferoidizacion de la cementita alargada y con recuperación y re cristalización de la ferrita