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TRATAMIENTOS TERMICOS

AUT7OR KLMER PABON PEREA

ENTREGRADO JAIRO DAZA

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO SANTA MARTA 29/11/2018

CONTENIDO 

¿Qué es el tratamiento térmico?

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¿Cómo se realiza el temple del acero al carbono y acero aleado?

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Exprese como se realiza el revenido.

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Exprese como se realiza el cementación y nitruración.

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Exprese como se realiza el Normalizado, recocido.

¿QUE ES EL TRATAMIENTO TERMICO?

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.

¿CÓMO SE REALIZA EL TEMPLE DEL ACERO AL CARBONO

Y ACERO ALEADO? en la ciencia de materiales, el templado o temple es un tratamiento térmico consistente en el rápido enfriamiento de la pieza para obtener determinadas propiedades de los materiales. Se evita que los procesos de baja temperatura, tales como transformaciones de fase, se produzcan al solo proporcionar una estrecha ventana de tiempo en el que la reacción es a la vez favorable termodinámicamente y posible cinéticamente. Por ejemplo, se puede reducir la cristalización y por lo tanto aumentar la tenacidad, tanto de aleaciones como de plásticos. En metalurgia, es comúnmente utilizado para endurecer el acero mediante la introducción de martensita, en cuyo caso el acero debe ser enfriado rápidamente a través de su punto eutectoide, la temperatura a la que la austenita se vuelve inestable. En acero aleado con metales tales como níquel y manganeso, la temperatura eutectoide se vuelve mucho más baja, pero las barreras cinéticas a transformación de fase siguen siendo las mismas. Esto permite iniciar el temple a una temperatura inferior, haciendo el proceso mucho más fácil. Al acero de alta velocidad también se le añade wolframio, que sirve para elevar las barreras cinéticas y dar la ilusión de que el material se enfría más rápidamente de lo que en realidad lo hace. Tales aleaciones incluso al enfriarse lentamente en el aire tienen la mayoría de los efectos deseados de temple. El enfriamiento extremadamente rápido puede evitar la formación de toda la estructura cristalina, lo que resulta en metal amorfo o "vidrio metálico".

EXPRESE COMO SE REALIZA EL REVENIDO El acero después del temple queda generalmente demasiado frágil. La fragilidad del acero templado se corrige por medio del REVENIDO, que es un tratamiento que se realiza siempre después del TEMPLE y consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la temperatura de austenización, mantenerlo un tiempo determinado y enfriarlo al aire. El objetivo no es eliminar los efectos del temple, sino modificarlos. Sacrificamos dureza y resistencia mecánica tras el revenido, pero AUMENTAMOS LA TENACIDAD. De esta manera aumentamos la energía de deformación antes de romperse nuestra herramienta (resistencia al impacto), DISMINUYENDO SU FRAGILIDAD. Eliminando también las tensiones internas que tienen los aceros templados tras el enfriamiento brusco.

PROCESO DE REVENIDO: Una vez templado el acero y enfriado, conviene realizar el revenido cuanto antes. Dependiendo de la aleación, del método de enfriamiento, de la geometría y del tamaño de la herramienta, nos pueden aparecer grietas durante el temple, o incluso muchas horas después. Por lo que trataremos de revenir nuestra herramienta después del temple, calentando la pieza que debe estar limpia y pulida para poder ver bien los colores del revenido. Es conveniente mantener la pieza a la temperatura de revenido para asegurarnos que la temperatura es homogénea en todo su volumen. No nos interesa que el núcleo quede frágil, por lo que debemos asegurar que la temperatura del revenido llega al núcleo de nuestra herramienta. Existe cierta relación entre las propiedades mecánicas obtenidas en un revenido a más alta temperatura y menos tiempo, que con más tiempo de revenido a más baja temperatura.

Los herreros antiguos realizaban el revenido en la fragua, ahora si lo deseamos también podemos realizarlo en un horno. Personalmente me gusta más el revenido en la fragua, aunque está claro que con el horno podemos conseguir mayor precisión en los tratamientos térmicos, pero perdemos el conocimiento práctico que nos han dejado nuestros maestros.

COLORES DEL REVENIDO

EXPRESE COMO SE REALIZA EL CEMENTACIÓN Y NITRURACIÓN

La cementación es un tratamiento termoquímico que se aplica en piezas de acero. El proceso aporta carbono a la superficie mediante difusión, que se impregna modificando su composición. la cementación tiene por objeto endurecer la superficie de una pieza sin modificar su núcleo, originando una pieza formada por dos materiales: la del núcleo de acero (con bajo índice de carbono) tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de la superficie (de acero con mayor concentración de carbono) 0,2% de carbono. Consiste en recubrir las partes a cementar de una materia rica en carbono, llamada cementante, y someter la pieza durante varias horas a altas temperaturas (típicamente, 900 °C). En estas condiciones, el carbono penetra en la superficie que recubre a razón de 0,1 a 0,2 mm por hora de tratamiento. A la pieza cementada se le da el tratamiento térmico correspondiente, temple y revenido, y cada una de las dos zonas de la pieza, adquirirá las cualidades que corresponden a su porcentaje de carbono. PROCESO DE CEMENTACION

La mayor parte de las piezas que componen las máquinas y motores, se fabrican de forma que sus propiedades mecánicas sean bastante uniformes en toda la masa.

Sin embargo, en ciertos mecanismos es necesario que algunas piezas tengan superficies muy duras, resistentes al desgaste y a la penetración, y el núcleo central muy tenaz, para poder soportar los choques a que están sometidas.

Uno de los procedimientos más utilizados en la actualidad para conseguir estas características, al parecer opuestas entre sí, es la cementación.

La cementación consiste en aumentar el contenido de carbono en la superficie de las piezas de acero, generando una atmósfera con un alto contenido en carbono a su al redor mediante un medio carburante (normalmente metanol, propano) y manteniendo todo el conjunto durante un determinado tiempo a unas temperaturas próximas a los 900ºC.

Posteriormente las piezas son templadas, obteniendo una gran dureza superficial y un núcleo muy tenaz. Al calentarse los medios carburantes a esas temperaturas, estos se disocian generando carbono naciente, que es el responsable de la cementación al combinarse con el hierro alfa

C + 3Fe = C Fe3

formando carburo de hierro, y posteriormente al difundirse el carbono o el carburo de hierro hacia el interior de las piezas es cuando verdaderamente se produce el proceso de cementación.

ENGRANES cementación 2En el tratamiento térmico de cementación se emplean aceros aleados y sin aleación, de bajo contenido en carbono, generalmente de 0,08 a 0,25% de C y excepcionalmente se pueden cementar también aceros hasta de 0,40% de C.

Mediante este proceso es posible obtener capas cementadas de 3mm o superiores en cualquier tipo de acero de cementación.

El control de los procesos de cementación consta de dos partes:

Control de dureza superficial sobre pieza

Para determinar la dureza superficial Biltra dispone de durómetros de 150kg HRC para las diferentes dimensiones de las piezas, calibrados según la norma CL/IT.2.2., con carga de 150kg. y cono de diamante.

Para la determinación de la dureza superficial de las piezas se utiliza el método Rockwell según Norma UNE -EN-ISO-6508-1.

Control de la capa cementada

Cada hornada de cementación lleva consigo una probeta patrón, la cual después de concluido dicho proceso, se procede a analizar en nuestro laboratorio, determinándose:

– La dureza superficial mediante durómetro de 150kg. HRc – La dureza de núcleo mediante durómetro de 150kg. HRc – La profundidad de la capa cementada mediante micro durómetro según DIN 50190-2 – Estado estructural de la muestra: contenido de austerita retenida, presencia carburos, etc. – Otros parámetros como: tamaño de grano, oxidación intergranular, etc.

gráfico cementacionTodos los parámetros analizados quedan reflejados en nuestro Certificado de Tratamiento CL/PLAN.00 acompañados con una micrografía de la estructura superficial de la muestra.

Para el control de capa cementada, Biltra se basa en la norma DIN 50190-2 y realiza dos tipos de ensayos:

1.- Estudio metalográfico de la estructura de la capa cementada

2.- Grafico de micro durezas obtenidas

Dichos resultados quedan junto con la probeta patrón archivados durante tres años en nuestro Departamento de Control de Calidad, estando en cualquier momento a disposición del cliente.

En el caso de que el cliente mande probeta propia para sus piezas (lo cual sería conveniente), deberá ser del mismo material de partida que las piezas, y deberán realizar los mismos procesos que a éstas con el fin de que nos encontremos:

– Mismo material que las piezas – Misma resistencia que las piezas – Carencia de descarburación producida en la forja o laminación y bonificado.

A dicha probeta se le someterá a los mismos procesos térmicos y ensayos que a la probeta patrón.

informe cementaciones cliente se le suministrará los resultados obtenidos del Laboratorio, así como la mitad de la probeta, quedando la otra mitad en nuestro Departamento de Control de Calidad, en la misma cadencia que la señalada anteriormente de tres años.

CONSIDERACIONES IMPORTANTES

Entre los diversos factores que deben tenerse en cuenta para le elección de uno u otro tipo de acero de cementación, los más importantes son tres:

1.La forma o tamaño de las piezas que se van a fabricar junto con las tolerancias de dimensiones que se exigirán a las piezas después del temple, ya que en función de las tolerancias que se admitan en las deformaciones, se decidirá, si es posible, si el temple se ha de hacer en agua, en aceite o por algún otro procedimiento y, en consecuencia, etas condiciones servirán, en gran parte, para señalar los elementos de aleación que debe tener el acero.

En este sentido indicar que el procedo de temple genera siempre deformación en la pieza, algo a tener en cuenta para dejar un sobre material en la misma.

2. La resistencia que deben tener las piezas en el núcleo central

3. El precio que se puede llegar a pagar por el acero.

Los aceros de cementación, de acuerdo con los elementos de aleación que contienen se pueden clasificar en tres grupos:

1. Aceros al carbono: aceros que solo contienen en cantidades apreciables carbono, silicio y manganeso, que son los elementos fundamentales de los aceros ordinarios.

2. Aceros de media aleación: aceros en lo que la suma de los porcentajes de elementos de aleación, cromo, níquel, molibdeno y manganeso es inferior al 3%.

3. Aceros de alta aleación: aceros con elementos de aleación en porcentajes superiores al 3% cuando se requiere evitar deformaciones y se quieren obtener elevadas resistencias en el núcleo central.

EXPRESE COMO SE REALIZA EL NORMALIZADO, RECOCIDO El normalizado es un tratamiento térmico que se emplea para dar al acero una estructura y características tecnológicas que se consideran el estado natural o final del material que fue sometido a trabajos de forja, laminación o tratamientos defectuosos. Se hace como preparación de la pieza para el temple. El procedimiento consiste en calentar la pieza entre 30 y 50 grados Celsius por encima de la temperatura crítica superior, tanto para aceros hipereutectoides, como para aceros hipo eutectoides, y mantener esa temperatura el tiempo suficiente para conseguir la transformación completa en austenita (perlita y ferrita). A continuación, se deja enfriar en aire tranquilo, obteniéndose una estructura uniforme. Con esto se consigue una estructura perlítica con el grano más fino y más uniforme que la estructura previa al tratamiento, consiguiendo un acero más tenaz. Es lo que llamamos perlita fina (observar un diagrama TTT, de la fase austenita y posteriormente realizar una isoterma a una temperatura determinada). El recocido es un tratamiento térmico cuya finalidad es el ablandamiento, la recuperación de la estructura o la eliminación de tensiones internas generalmente en metales. Cualquier metal que haya sido tratado tiene como resultado una alteración de las propiedades físicas del mismo. El recocido consiste en calentar el metal hasta una determinada temperatura para después dejar que se enfríe lentamente, habitualmente, apagando el horno y dejando el metal en su interior para que su temperatura disminuya de forma progresiva. El proceso finaliza cuando el metal alcanza la temperatura ambiente. Mediante la combinación de varios trabajos en frío y varios recocidos se pueden llegar a obtener grandes deformaciones en metales que, de otra forma, no podríamos conseguir