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Tratamiento térmico de los acerosTratamiento térmico de los aceros
sus numerosas y profundas investigaciones establecieron la cinética de las transformaciones del acero en sus diferentes composiciones químicas. 1.1 Transformaciones durante el calentamiento Para el análisis de las transformaciones durante el calentamiento de los aceros, se tomará la parte del diagrama Fe-C correspondiente a las aleaciones por debajo de 1147sC de temperatura y por debajo de 2,14% de Carbono. A las curvas de transformaciones de fase se le asignarán las siguientes nomenclaturas v A1 (Ac1 ó Ar1): Línea de la reacción eutectoide. v A3 (Ac3 o Ar3): Línea de transformación alotrópica de austenita en ferrita. v Am (Acm o Arm): Curva de pérdida de solubilidad de la austenita. Figura 13 Zona del Diagrama Fe – C correspondiente a la reacción eutectoide con las curvas de transformación de fases empleadas en el tratamiento térmico Para el estudio de las transformaciones de fase del acero se utilizará el acero eutectoide es decir, aquel que tiene 0,8%C y 100% de perlita. Durante las transformaciones de fase lapresencia de otros constituyentes estructurales cementita. El comienzo de la transformación de Perlita en Austenita solo puede efectuarse, si el calentamiento es muy lento. En las condiciones normales de calentamiento la transformación se retrasa y se obtiene un sobrecalentamiento. La perlita sobrecalentada por encima velocidad distinta en dependencia austenita. Figura 14 Diagrama de transformación de fase de la perlita durante el calentamiento. La posición de las curvas muestra que mientras mas altas son las temperaturas la transformación ocurre en un intervalo menor de tiempo y tanto mas elevada es la temperatura de transformación. El tiempo entre el inicio y final de la transformación se denomina de incubación. La transformación se caracteriza por la formación de austenita y la desaparición de la perlita. que ocurra la transformación es necesario dar un tiempo de mantenimiento para que mediante los procesos difusivos la composición en carbono de la misma sea la misma en toda la austenita. Téngase en cuenta que la austenita se origina de la ferrita que tiene 0,02%C y de la cementita que presenta 6,67%C. La composición en carbono de ambas fases es muy disímil. Este tiempo de mantenimiento debe tenerse siempre en cuenta desde el punto de vista tecnológico. 1.1.1 Crecimiento del grano austenítico. Una vez finalizada la transformación de perlita en austenita se forma una gran cantidad de granos pequeños de austenita. Eltamaño de estos granos caracteriza la magnitud llamada grano inicial de la austenita. El calentamiento ulterior o el mantenimiento a la temperatura dada, una vez terminada la transformación provoca el crecimiento de los granos de austenita. Este es un proceso que se desarrolla espontáneamente. En ese sentido se distinguen dos tipos de acero. Ø Aceros de grano fino hereditario (poco propensos al crecimiento). Ø Acero de grano fino hereditario (muy propensos al crecimiento). Figura 15 Tendencia hereditaria la austenización. El tamaño de grano obtenido en el acero tratamiento térmico se llama grano real. Los granos crecen durante el calentamiento y no disminuyen de tamaño durante el enfriamiento. Por esto la temperatura máxima de calentamiento granulación hereditaria determinan el tamaño definitivo Figura 16 Efecto del sobrecalentamiento de la autenita sobre el tamaño final 1.2 Transformaciones durante el enfriamiento T.T.T.). emplearemos el diagrama de descomposición isotérmica de la austenita denominado también diagrama T.T.T. el cual se construye en coordenadas temperatura vs tiempo. En esas coordenadas se sitúan sobre el diagrama las curvas de enfriamiento. diagrama T.T.T. correspondiente al acero eutectoide (0 %C). Figura 17 Diagrama de descomposición isotérmica de laaustenita (T.T.T.) De la línea V1 que caracteriza el enfriamiento lento, se obtienen como producto final la perlita de poca dureza (de láminas gruesas). Cuando el enfriamiento es más rápido (V2 y V3) la velocidad de difusión disminuye formándose productos más disperso y más duros. Para templar el acero hay que enfriarlo con una velocidad tal que no tenga tiempo de producirse los procesos difusivos de descomposición de la austenita en la región superior de temperaturas. La velocidad mínima de enfriamiento, necesaria para que se forme la martensita a partir de la austenita se denomina velocidad crítica de temple (VC). necesario que se enfríe con una velocidad mayor que la crítica. Si el enfriamiento es menor que la crítica se obtendrán productos perlíticos principalmente troostita, lo que disminuirá la dureza 1.1 Transformación martensítica. Si la austenita se subenfría hasta la temperatura en la que la red de la austenita a pesar de la presencia de carbono disuelto en ella, es inestable, pero la velocidad de difusión del carbono, debido a la temperatura, es tan pequeña que se efectúa la reestructuración de la red sin que precipite el carbono. Fe γ Fe α Sus principales características son Ø Ocurre sin difusión. Ø Se origina martensita (solución sólida de carbono en hierro α) de red tetragonal. Ø El contenido de carbono de la martensita es igual al contenido de carbono de la austenita que la originó. Ø La tetragonalidad de la martensita es proporcional al contenido de carbono. Ø Se forma una estructura acicular (en forma deláminas o agujas). Ø La transformación transcurre a intervalos a partir de la curva de inicio de transformación (Mi) hasta la curva final de transformación (Mf). Ø Generalmente (Mf) se encuentran por debajo de 0sC por lo que en la estructura no se transforma denominado austenita residual. Ø Es una transformación irreversible. Es decir, no se obtiene a partir de la martensita, martensita nuevamente. Ø El metal queda en estado inestable con gran cantidad de tensiones internas. Figura 18 Red cristalina de la martensita. 1.3 Transformaciones durante el revenido. Durante el calentamiento de una estructura martensítica ocurren en el acero las siguientes transformaciones. 1. Entre 80sC y 200sC: Primera etapa tetragonalidad de la martensita. La martensita que se obtiene con este revenido (martensita revenida con relación c/a cercana a 1) es casi cúbica. Se empieza a precipitar el carbono de la martensita. Entre 200sC y 300sC: Segunda etapa transforma en una mezcla formada por solución sólida sobresaturada de carbono en hierro α (martensita revenida). Se forman carburos intermedios ε de fórmula Fe2C. 3. Entre 300sC y 400sC: Tercera etapa residuales y la estructura de los carburos se torna cementítica. La estructura es denominada bainita de revenido (mezcla de cementita y ferrita). Aparece la fragilidad valor más elevado. 4. Más de400sC y hasta 600sC: Se obtiene la sorbita y la troostita de revenido (mezclas de ferrita y cementita). Coalece la cementita. La dureza disminuye mucho, pero se obtiene la mayor Conviene llamar la atención que en las mezclas de ferrita y cementita que se obtienen se obtienen directamente de la austenita son laminares. Estas últimas presentan propiedades mecánicas inferiores a las provenientes revenido. 2 Conceptos Prácticos relacionados con el tratamiento térmico de los aceros. Ø Clasificación general de los tratamientos térmicos de los aceros. 1. Volumétricos Revenido, Recocido, Normalizado, Termomecánico. Superficiales: 1 Tratamiento Térmico de Temple: Consiste en un calentamiento entre 30 – 50sC por encima de Ac3 para los aceros hipoeutectoides y 30 – 50sC por encima de Ac1 para los aceros eutectoides e hipereutectoides. Figura 19 Temperaturas de calentamiento durante los tratamientos de seguido de un enfriamiento enérgico en un medio adecuado, con velocidad mayor que la crítica de dureza y s Por qué los aceros hipoeutectoides se austenizan completamente y los hipereutectoides no? Si se calienta entre Ac1 y Ac3 en los aceros hipoeutectoides queda parte de ferrita en la estructura austenítica y al enfriarse, se hereda en la transformación martensítica y esto ocasiona una disminución de la resistenciay la dureza (este defecto se denomina estos aceros se da En el caso de los aceros hipereutectoides hay varias razones para no calentar por encima de Acm 1. Aumenta mucho el tamaño Se descarbura más la superficie 3. Disminuye algo la dureza de la estructura de martensita porque aumenta la cantidad de austenita residual. Cuando se calienta entre Ac1 y Acm 1. La cementita presente en el acero templado aumenta la dureza y la Según lo anterior de acuerdo a la temperatura de calentamiento hay dos tipos de temple: completo e incompleto. El tiempo total que dura el tratamiento térmico se compone calentamiento hasta la temperatura dada (Tc) y el tiempo de permanencia a esta temperatura (Tp). Ttotal = Tc + Tp La magnitud de Tc depende de la aptitud dimensiones de las piezas y de la colocación en el horno. Tp depende de la velocidad de los cambios de fase, la cual está determinada por el grado de calentamiento por encima inicial. En la práctica Tp puede tomarse carbono y 2 min x mm para los aceros aleados. El tiempo de calentamiento depende de muchos factores y puede oscilar entre 1 – 2 min para piezas pequeñas en baños de sales y muchas horas en piezas grandes en hornos de cámara. El tiempo de calentamiento exacto solo puede establecerse por la vía experimental para una pieza dada en lascondiciones concretas, pero se puede calcular de forma aproximada para lo cual existen varios métodos. Se puede tomar 1 min x mm en hornos de mufla y piezas de acero al carbono. aceros aleados debe incrementarse un 20 – 25%. Templabilidad: Se entiende por templabilidad la profundidad a la que penetra en la pieza la zona templada. La templabilidad incompleta se explica porque durante el temple, la pieza se enfriará mas rápido en la superficie que en el centro. Es evidente que en la medida que disminuye la velocidad crítica de temple aumenta la profundidad de la capa templada, y si la Vc es menor que la velocidad de enfriamiento en el centro de la pieza, esta sección se templará completamente. Por consiguiente, cuanto menor sea Vc, tanto mayor será la templabilidad . llamada diámetro crítico (Dc). El diámetro crítico es el diámetro máximo para una barra cilíndrica que se templa en toda su sección en un medio de enfriamiento dado. Por consiguiente, para un acero dado a cada medio de enfriamiento le corresponde un diámetro crítico. Si es necesario que una pieza se temple en todo su espesor hay que elegir un acero tal que Dc > Dpieza. Una pieza templada se halla siempre en un estado de tensión estructural. El revenido es un medio necesario y radical para disminuir las tensiones residuales. El calentamiento plasticidad, esto permite que, en los diversos volúmenes, las deformaciones elásticas se conviertan en plásticas, con lo cual disminuye la tensión. Tipos detemple. Figura 20 Curvas de enfriamiento de los diferentes tipos de Otros procedimientos de temple. 1. Enfriamiento en chorro de agua (mayor templabilidad). uniformemente. Se emplea en herramientas, cortafríos, punzones, hachas etc. Solo se le da dureza al filo.) 3. Enfriamiento subcero (para disminuir la austenita residual). 2 Tratamiento Térmico de Revenido. Uno de los orígenes de la aparición de grietas en las piezas templadas es la presencia de tensiones internas producto de la transformación martensítica. térmico de revenido posterior al temple. Revenido: Es un proceso tecnológico de tratamiento térmico que consiste en el calentamiento mantenimiento y enfriamiento posterior a la velocidad adecuada. Su objetivo es eliminar las tensiones internas y estabilizar la estructura martensítica. Tipos de Revenido. Ø Revenido Bajo: Se realiza en el intervalo de temperatura de 150sC a 250sC. Se utiliza para todos los aceros de herramientas de alto contenido de carbono. Prácticamente no disminuye la dureza, pero disminuye las tensiones internas y parte de la austenita residual. Ø Revenido Medio: Se realiza a 350 – 450sC. Es muy utilizado en muelles y resortes. Disminuyebastante la dureza y se eleva la tenacidad. Se obtiene una estructura de troostita de revenido. También se puede utilizar en herramientas que deban tener buena Ø Revenido Alto: Se realiza a 500sC – 650sC. En este proceso, la martensita se transforma en sorbita de revenido. Esta estructura garantiza una mejor combinación de la cementita adquiere forma granular, a diferencia de la obtenida en un normalizado. normalizado. Este tipo de revenido se emplea para piezas de acero que estén sometidas a elevada fatiga o cargas de impacto. El termomejoramiento o bonificado. 3 Tratamiento Térmico de Recocido. Recocido: Es una de las operaciones de tratamiento térmico más importantes y utilizadas en el tratamiento térmico hasta una temperatura dada, un mantenimiento a esa temperatura y un enfriamiento lento en el horno. Se obtienen estructuras de equilibrio, son generalmente tratamientos iniciales. Ablandan el acero. Atendiendo a los tipos que existen existen diferentes tipos. Figura 21 Temperaturas de calentamiento durante los tratamientos de Recocidos. Ø Recocido Completo: Elimina las estructuras indeseables Windmanstaeten. Afina el grano cuando ha crecido producto de un mal tratamiento. Ø RecocidoIncompleto: Elimina tensiones. Solo recristaliza la perlita. Más económico. Ø Recocido de Globulización: Mejora la maquinabilidad en los aceros eutectoides e hipereutectoides. Ø Recocido de Recritalización: Disminuye tensiones. Elimina la acritud. Ø Recocido de Homogenización: Elimina la segregación química y cristalina. Se obtiene grano grueso. Es necesario un recocido completo posterior. Ø Recocido isotérmico: Economiza tiempo. Se emplea mucho en los aceros aleados. Se mantiene en baños de sales a temperaturas menores que A1 hasta que la descomposición de la austenita se produzca y después se enfría al aire. Figura 22 Gráficos de tratamiento de los diferentes tipos de Recocido. 1. Completo. Incompleto. 3. Globulización. 4. Recristalización. 5. Homogenización 6. Isotérmico. 4 Tratamiento Térmico de Normalizado. Normalizado: Consiste en un calentamiento 50sC por encima de Ac3 o Acm y un enfriamiento posterior al aire. Se produce durante el mismo la recristalización y afino de la perlita. Se realiza con enfriamiento al aire. En el caso de los aceros con bastante carbono y mucha templabilidad, este tratamiento puede equivaler a un aparezcan productos perlíticos y martensíticos. de carbono no aleados no existe mucha diferencia entre el normalizado y el recocido. propiedades es mayor que en el caso anterior. El normalizado da más dureza. Objetivos del normalizado. Ø Subsanar defectos de las operacionesanteriores de la elaboración en caliente (colada, forja, etc). Ø Preparar la estructura para las operaciones tecnológicas siguientes (por ejemplo mecanizado o temple Ø Puede ser un tratamiento térmico final. Política de privacidad |
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