4.2 Modificación de estructuras cristlinas

8/17/2019 4.2 Modificación de estructuras cristlinas

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D) RECOCIDOS.

Los procedimientos de recocido se clasifican en:

1. Recocido completo o recocido total.

2. Recocido de difusión o de homogeneización.

3. Recocido de ablandamiento (esferoidización).

4. Recocido isotrmico.

Recocido Completo o Recocido Total.

La finalidad del recocido en los aceros es la de reducir su dureza! me"orar la

ma#uinabilidad! facilitar el traba"o en fr$o! producir una microestructura deseada! o

para obtener propiedades mec%nicas o f$sicas deseadas.

&uando se aplica a aleaciones ferrosas! el trmino recocido implica un recocido

total o completo del material. 'e define como el recocido de una aleación ferrosa!

austenitizada luego enfriada lentamente dentro del horno (cerrado apagado) a

tras del rango total de transformación.

*n general! el recocido puede diidirse en tres etapas:

1) Recuperación.- *n esta primera etapa el material recupera sus propiedadesf$sicas! como son: conductiidad trmica! conductiidad elctrica! resistiidad!etc. Las propiedades mec%nicas no cambian.

2) Recristalización.- *n esta segunda etapa! los materiales traba"ados en fr$osufren una recristalización! en la #ue aparece un nueo "uego de granos libresde deformación. +esaparece la dureza la resistencia ad#uirida por el traba"oen fr$o se recupera la ductilidad.

3) Crecimiento de grano.- *n esta tercera etapa los granos grandes crecen ae,pensas de los granos pe#ue-os! teniendo como ob"etio lograr un tama-o degrano homogneo no #ue en realidad se desee #ue crezca el grano.

*l recocido depende casi totalmente de dos factores:

a) La formación de austenita

b) La subsecuente transformación de la austenita.

+espus del traba"o en fr$o (for"ado o rolado) el acero! consiste de una mezcla de

granos de ferrita de perlita (carburos en forma de laminillas en una matriz


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ferr$tica)! deformados por la acción mec%nica del rolado o del for"ado estas

estructuras se conierten en austenita calentando el acero a una temperatura

superior a la cr$tica superior. *n los aceros hipoeutectoides ser% apro,imadamente

de 3/0& (/0) arriba de 3. esta temperatura ocurrir% la recristalización del

acero #ue producir% un afino de grano.

*l afino de grano para un acero hipereutectoide ocurrir% apro,imadamente 3/0&

(/0) arriba de la temperatura cr$tica inferior 3! 1. &alentamientos por encima de

esta temperatura har%n el tama-o de grano maor! lo #ue se refle"ar% al enfriar el

material! en la obtención de %reas perl$ticas grandes. La microestructura de un

acero hipereutectoide recocido! consistir% de %reas de perlita laminar burda!

rodeadas de una red de cementita proeutectoide sin embargo! debido a la

fragilidad de la cementita! el recocido no debe ser nunca un tratamiento trmico

final para los aceros hipereutectoides. La presencia de un l$mite de grano grueso

duro dar% como resultado una mala ma#uinabilidad.

*s importante tomar en cuenta #ue a temperaturas de austenitización ba"as! la

estructura consiste de austenita m%s carburo o ferrita! o ambas! dependiendo de la

composición del acero del tiempo de permanencia a esa temperatura. 'in

embargo! conforme aumenta la temperatura de austenitización! la estructura del

acero se hace m%s homognea debido a #ue se facilita la transformación de la

ferrita en austenita la disolución de los carburos en esta misma fase. *ste grado

de homogeneidad es una consideración importante en el desarrollo de estructuras

recocidas es la base para la primera regla de recocido:

Regla 1.- *ntre m%s homognea sea la estructura del acero austenitizado! m%s

laminar ser% la estructura del acero recocido. nersamente! entre m%s

heterognea sea la estructura del acero austenitizado! m%s esferoidal ser% la

estructura recocida.

*sta regla tambin puede e,presarse como sigue:

5*ntre maor sea la temperatura de austenitización! maor es la tendencia de la

estructura del acero recocido a ser laminar! mientras #ue entre m%s cercana se

encuentre sta temperatura a la cr$tica! maor ser% la tendencia de la estructura delacero recocido a ser esferoidal6

'i se permite #ue la austenita se transforme a temperaturas apenas por deba"o de

la cr$tica inferior (10& por deba"o)! el producto puede ser carburos esferoidales

relatiamente bastos o perlita laminar basta. 'in embargo! cual#uiera #ue sea el

producto formado! ste ser% mu suae.


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7ara transformaciones entre 3/0& 8/0& deba"o de la cr$tica inferior! el producto de

transformación es m%s duro menos basto. *n aceros de ba"a aleación el acero

tiene tendencias a ser laminar en lugar de ser esferoidal.

7ara transformaciones entre los /0& 12/0& deba"o de la cr$tica inferior! el

producto es una mezcla de ferrita carburo con una dureza maor.

&on base en lo anterior tenemos las reglas dos tres del recocido:

Regla 2.- 7ara desarrollar la condición m%s suae en el acero! austenitize a una

temperatura menor de /0& arriba de la cr$tica transforme a una temperatura

menor de 80& deba"o de la cr$tica inferior.

Regla .- +ebido a #ue el tiempo para llear a cabo una transformación completa!

a una temperatura menor de 8/0& deba"o de la cr$tica inferior puede ser mu largo!

permita #ue la maor parte de la transformación se llee a cabo a una temperatura

maor! donde se formar% un producto suae termine la transformación a una

temperatura menor! donde el tiempo para #ue se complete la transformación es

corto.

+ebido a #ue nada de importancia ocurre para el ,ito de la transformación de

recocido! durante el enfriamiento entre las temperaturas de austenitización la de

transformación! la cuarta regla del recocido es:

Regla !.- +espus de #ue el acero ha sido austenitizado! enfr$elo tan r%pidamente

como sea posible a la temperatura de transformación con el fin de decrecer el

tiempo total de la operación de recocido.

+espus de #ue la austenita se ha transformado completamente! el acero puede

enfriarse r%pidamente sin afectar su estructura o dureza. 7or ello! la #uinta regla

del recocido es:

Regla ".- +espus de #ue el acero se ha transformado completamente! a una

temperatura #ue produce la microestructura dureza deseada! enfr$e el acero

hasta la temperatura ambiente tan r%pido como sea posible! para disminuir m%s el

tiempo total de la operación de recocido.

*stas cinco reglas aseguran un recocido e,itoso deben seguirse tomarse en

cuenta para este tipo de tratamiento trmico.

Recocido de Di#usión o de $omogeneización.


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&omo su nombre lo indica! se utiliza el fenómeno de la difusión para obtener un

material homogneo (segunda denominación). *l ob"etio de este tipo de recocido

es el de reducir la heterogeneidad #u$mica proocada por la solidificación. *sta

heterogeneidad es la consecuencia de la segregación cristalina en blo#ue.

+ebido a #ue la elocidad de difusión es una función e,ponencial de latemperatura! se har% el recocido de difusión a la temperatura m%s alta posible. La

influencia de este tratamiento sobre las diferentes segregaciones depende

principalmente de:

• Las diferencias en concentración.

• Las distancias de difusión.

• La elocidad de difusión de los diferentes elementos.

una escala cristalina! la segregación de los elementos solubles desaparece

r%pidamente! a #ue las diferencias de concentración las distancias de difusión

son pe#ue-as. 'in embargo! la segregación en blo#ue de los elementos solubles

ser% m%s dif$cil de eliminar debido a las maores distancias de difusión.

Las heterogeneidades debidas a precipitaciones de fases no solubles en el estado

sólido no pueden ser eliminadas por este tratamiento trmico.

*l recocido de difusión se aplica por e"emplo en los lingotes de acero! durante el

calentamiento como preparación al for"ado laminado! aun#ue tambin puede

utilizarse para reducir simult%neamente la heterogeneidad #u$mica mec%nica de

un material traba"ado en caliente.

*s coneniente tener presente #ue a niel industrial el propósito principal de ste

recocido! sólo es el de calentar el lingote hasta la temperatura de laminado en

caliente no el de llear a cabo el proceso de homogeneización.

Recocido de a%landamiento &Es#eroidización).

*l propósito de este tratamiento trmico es el de obtener una estructura de acero#ue corresponda a la dureza m$nima. *sa estructura es la de carburos globulares

en una matriz ferr$tica en aceros hipereutectoides.

La dureza m$nima corresponde a la óptima deformabilidad en procesos de

conformado no cortante como el doblado! el laminado en fr$o! embutido! etc. 7ara

conformado cortante como aserrar! tornear! taladrar! fresar cepillar! tambin es


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%lido lo anterior para aceros con m%s de /.9 de carbono.

*n el caso de aceros suaes con contenido de carbono entre /.1 9 a /.2 9 de

carbono! el estado suaizado es desfaorable para el conformado cortante! a #ue

las irutas pegan proocan una superficie rugosa. 7ara stos aceros! la

estructura normalizada corresponde a la me"or ma#uinabilidad.

+e acuerdo al contenido de carbono! la me"or ma#uinabilidad se obtiene con las

microestructuras mencionadas a continuación:

9 &arbono icroestructura óptima

/./8 a /.2/ &omo rolado o laminado en fr$o

/.2/ a /.3/ ; 36 al operación se

conoce como 5recocido subcr$tico6. La globulización total de los carburos por este

mtodo re#uiere de un gran tiempo de permanencia en el horno! apro,imadamente

1/ horas. 'in embargo! se ha encontrado #ue el procedimiento de recocido

utilizado para producir perlita (recocido isotrmico)! con algunas modificaciones! se

puede emplear para obtener microestructura de carburos globulares! es decir! si

despus del tratamiento de austenitización e,isten carburos libres! la

transformación (en el rango de temperaturas en la cual se debe obtener perlita

basta) proceder% como una globulización de los carburos! m%s bien #ue con la

formación de una microestructura perl$tica. *sto se consigue empleando

temperaturas de austenitización sólo ligeramente por encima de la temperatura

cr$tica superior (&3).

>ambin se acostumbra utilizar temperaturas de calentamiento no maores de

alrededor de 30 & sobre la temperatura cr$tica inferior (c1). *l principio se basa

en el hecho de #ue si se calienta breemente la perlita por arriba de la temperatura

&1! los %ngulos agudos las laminillas delgadas de los carburos se disoler%n


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preferentemente. +urante el enfriamiento consecuente deba"o de &1! el carbono

se precipitar% sobre las part$culas de carburo no disueltas! las cuales funcionan

como n?cleos! de manera #ue se forman carburos m%s gruesos m%s redondos! a

diferencia de las laminillas originales. *s posible aplicar este principio de dos

formas:

1) &alentando el material un tiempo determinado a una temperatura por arriba de &1! seguido por una recristalización isotrmica a una temperatura por deba"o

de &1.

2) +e"ando oscilar la temperatura por arriba por deba"o de &1.

*ste ?ltimo mtodo da me"ores resultados! pero solamente puede aplicarse a

cantidades pe#ue-as de acero en hornos chicos! cua inercia trmica permita

dichas oscilaciones r%pidas de temperatura.

*s importante hacer notar #ue las laminillas delgadas agudas de cementita se

disuelen m%s r%pidamente por tanto! son susceptibles de formar m%s f%cilmente

carburos globulares en distribución mu regular con un m$nimo de dureza m%,ima

ductilidad. 7or esta razón! en muchos casos se realiza un normalizado antes del

recocido de ablandamiento! con el propósito de obtener una estructura perl$tica

mu fina regular.

*n resumen! los diferentes mtodos #ue pueden aplicarse para obtener un acero

con carburos globulares son:

a) antener un tiempo bastante prolongado al acero a una temperatura por deba"o de &1. *sta temperatura debe ser mu cercana a &1.

b) &alentando enfriando alternadamente a temperaturas #ue est%n un pocoarriba un poco aba"o de &1.

c) &alentando a una temperatura arriba de &1 o &3 luego enfriando! a sea

mu lentamente en el horno o manteniendo a una temperatura mu apenas por deba"o de &1.

d) *nfriando a una elocidad coneniente desde la temperatura m$nima a la cual

todo el carbono se disuele! para eitar #ue se uela a formar una red decarburos luego recalentar de acuerdo a los mtodos a b! (aplicable a aceroshipereutectoides conteniendo una red de carburos).

Recocido Isot'rmico.

*ste tratamiento trmico tiene como ob"etio principal obtener perlita gruesa! esto

se puede lograr por medio de una transformación isotrmica del material! lo


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cual se logra enfri%ndolo hasta la temperatura de transformación apropiada para

obtener perlita basta! mantenindolo a esta temperatura hasta #ue la

transformación se complete. La figura 2.1@ (d) muestra en forma es#uem%tica el

tratamiento trmico del recocido isotrmico. *ste ciclo de recocido puede hacer

posible una reducción importante en el tiempo de uso del horno para recocido.


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() OR*+,I-+CI O OR*+,I-+DO.

La normalización o normalizado a eces llamada perlitización! tiene como propósito

obtener una estructura perl$tica de grano fino distribución homognea! la cual

corresponde a las propiedades mec%nicas óptimas de un acero perl$tico. *ste

tratamiento se efect?a principalmente sobre aceros hipoeutectoides consiste en


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un calentamiento arriba de &3 o &1! seguido de un enfriamiento al aire.

+e acuerdo con lo mencionado arriba! se puede er #ue el normalizado consiste de

dos recristalizaciones por transformación de fase: una primera recristalización se

obtiene por la transformación de la ferrita la cementita (perlita) en austenita la

segunda recristalización por la transformación de la austenita a ferrita perlita.

&ada transformación de fase prooca una recristalización afino de grano.

'obrepasando la temperatura &3 o &1 en el calentamiento! los granos de ferrita

Do perlita forman pe#ue-os granos de austenita! cuo n?mero depende

principalmente del grado de nucleación! lo #ue a su ez depende de la elocidad

con la #ue se sobrepasa la temperatura de transformación: Lo mismo es %lido

para la transformación de austenita a ferrita perlita! o perlita! por eso es el

enfriamiento al aire.

La pr%ctica usual en el normalizado implica un calentamiento desde 3 a 8E&

sobre la temperatura cr$tica &3! 1 o cm. La figura 3.1 muestra el interalo de

temperaturas para el normalizado. &omo puede erse en dicha figura! para aceros

hipereutectoides! es necesario calentar por encima de la l$nea cm a fin de disoler

la red de cementita.

La normalización tambin se puede utilizar para me"orar la ma#uinabilidad!

modificar refinar las estructuras dendr$ticas de piezas de fundición! refinar el

grano homogeneizar la microestructura para me"orar la respuesta en las

operaciones de endurecimiento.

*l incremento en la rapidez de enfriamiento por aire afecta en arias formas la

transformación de la austenita. +ebido al enfriamiento ba"o condiciones fuera de

e#uilibrio! las cantidades de ferrita perlita proeutectoide o cementita perlita

proeutectoide #ue se obtendr% a temperatura ambiente! a no ser%n las #ue se

pueden obtener a partir del diagrama de e#uilibrio ha menos tiempo para la

formación del constituente proeutectoide (ferrita o cementita)! en consecuencia los

aceros hipoeutectoides normalizados contendr%n menos cantidad de ferrita

proeutectoide los aceros hipereutectoides contendr%n menos cantidad de

cementita proeutectoide! en comparación con los aceros recocidos.


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igura 3.1.F nteralo de recocido! normalizado endurecimiento para aceros alcarbono.

7ara los aceros hipereutectoides! la normalización reducir% la continuidad de la red

de cementita proeutectoide en algunos casos puede eliminarse por completo.

La tabla 3.1 presenta las temperaturas de normalización para algunos grados

comunes de acero al carbono. Gasado en la e,periencia a niel industrial! las

temperaturas dadas en la tabla pueden ariar entre 2@0& deba"o 80& arriba de

los alores indicados.

>abla 3.1.F >emperaturas t$picas de normalizado para aceros al carbono.

cero '* >emperatura denormalización en 0&

>emperatura denormalización en 0

1/1 B// a B2 18/ a 1C//

1/2/ B// a B2 18/ a 1C//

1/3 B// a B2 18/ a 1C//

1/4/ @C/ a B// 18// a 18/

1/4 @4 a @C/ 1/ a 18//

1// @4 a @C/ 1/ a 18//

1/8/ @1 a @4 1// a 1/

1/B @1 a @4 1// a 1/


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$) TE*/,+0I,ID+D.

Ano de los atributos del acero! el cual es con toda certeza el de maor significado

para los tratamientos trmicos es su capacidad para endurecerse. *ste atributo

tiene un doble significado! es importante no ?nicamente con relación a la

obtención de un alto niel de dureza o resistencia por tratamiento trmico! sino

tambin con relación a la obtención de un alto grado de tenacidad por medio del

tratamiento trmico! lograda a partir de una microestructura deseable!

generalmente martensita reenida o bainita inferior.

+ebe entenderse con claridad #ue el endurecimiento (hardenabilit) se refiere al

5ancho de endurecimiento6 #ue se puede lograr ba"o ciertas condiciones de

enfriamiento bien establecidas! no a la dureza m%,ima #ue se puede obtener en

un acero dado. La m%,ima dureza depende totalmente del contenido de carbono!mientras #ue el endurecimiento depende de factores como: el carbono! los

elementos de aleación! del tama-o de grano de la austenita.

7or lo antes mencionado! es claro #ue para obtener una microestructura

martens$tica con las propiedades deseables! el acero debe ser tratado

trmicamente el temple el reenido son los tratamientos trmicos com?nmente

utilizados para este fin por ello representan el tratamiento trmico final utilizado

ordinariamente para obtener las propiedades óptimas en materiales tratados

trmicamente.

*l templado inolucra un calentamiento hasta la región de estabilidad de la

austenita (temperatura de austenitización)! mantener el material durante un cierto

tiempo a esta temperatura de austenitización despus un enfriamiento continuo

desde esta temperatura! hasta por deba"o de la temperatura de inicio de la

formación de la martensita (s)! a una elocidad de enfriamiento tan grande

(maor #ue la cr$tica) #ue la transformación a perlita o bainita se inhibe el

producto de la transformación ser% la martensita. *l propósito de este tratamiento

es el de obtener! para cada composición de acero! la dureza m%,ima.

Calentamiento 1 Temperatura de +ustenitización.

*l primer paso en el tratamiento trmico de temple! como en la maor$a de los

tratamientos descritos anteriormente! es el calentamiento del material a una

temperatura a la cual se forme la austenita en general! la temperatura de

austenitización real deber% ser tal! #ue todos los carburos se disuelan de esta

manera se le sa#ue enta"a al hecho de tener al carbono en solución sólida


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intersticial dentro de la austenita! para poder tener el efecto de endurecimiento.

Ha #ue cuidar #ue la temperatura de austenitización no sea mu eleada a #ue

ello implicar$a un crecimiento pronunciado del grano. Las piezas deber%n

mantenerse a la temperatura de austenitización el tiempo suficiente para #ue los

carburos se disuelan! pero cuidando #ue este tiempo no sea e,cesio pueda

ocurrir un crecimiento del grano.

Ielocidades de calentamiento mu eleadas pueden crear esfuerzos mu altos!

particularmente cuando est%n inolucradas secciones de forma irregular! por lo

#ue no es coneniente esto. La pr%ctica com?n indica #ue es me"or calentar las

piezas "unto con el horno no introducirlas cuando el horno a est a la

temperatura de austenitización. An tiempo de calentamiento de una hora por 2

mil$metros (una hora por pulgada) de sección es lo #ue se emplea com?nmente!

siendo esto una regla de seguridad. 'in embargo! en numerosos casos se

pueden emplear elocidades de calentamiento maores! en cuo caso! la regla

de seguridad en la pr%ctica se deber% determinar en forma e,perimental. La

elocidad de calentamiento se determinar% con base en los siguientes factores:

• asa del material #ue se a a calentar.

• Ielocidad a la #ue el material puede absorber el calor.

• La temperatura a la #ue se desea calentar.

• La temperatura transferencia de calor caracter$sticas del medio decalentamiento.

*n general la elocidad de calentamiento ser% m%s r%pida entre maor sea la

temperatura! los tiempos ariar%n con el cuadrado del espesor o di%metro.

Ga-os de sal o metal fundidos generalmente tienen coeficientes de transferencia

de calor m%s altos ! por esto! calentar%n m%s r%pidamente #ue hornos en los

cuales el calentamiento es en aire.

+ebido a #ue la elocidad de calentamiento es una función de la diferencia de

temperatura entre la pieza el medio de calentamiento! se pueden obtener calentamientos r%pidos utilizando medios de calentamiento a temperatura sobre

la temperatura de austenitización deseada retirando la pieza cuando alcance

sta ?ltima. La enta"a #ue proporciona este procedimiento tiene su me"or

aplicación en hornos continuos! de gran aplicación en la pr%ctica! en los #ue la

temperatura se mantiene sobre la temperatura deseada el paso de las piezas

met%licas a tras del horno se regula de manera #ue estas alcancen la


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temperatura deseada! en el e,tremo final del horno. 'in embargo! es importante

tener presente #ue el control de la temperatura en estos tratamientos no es mu

e,acto.

Jtros aspectos #ue se deben cuidar en el proceso de calentamiento! son la

o,idación la descarburización. >anto el decapado (desincrustación de la capade ó,ido) la descarburización son indeseables! a #ue en el caso del decapado!

ste representa una prdida de metal! estropea el acabado superficial puede

ser la causa de una pobre e,tracción de calor en el templado. Respecto a la

descarburización! sta trae como consecuencia una prdida de dureza en la

superficie del metal puede afectar en forma mu seria la resistencia a la fatiga

del acero. *stos procesos no se presentan "untos necesariamente.

La cantidad de ó,ido #ue se forma est% determinada principalmente por el tiempo

la temperatura de austenitización! por lo tanto stos deben ser tan ba"os como

sea posible a fin de minimizar la formación de esta capa. La formación de esta

capa materialmente desaparece por la presencia de un 4 9 o m%s de monó,ido

de carbono en la atmósfera del horno.*s importante tener presente #ue para

todo tratamiento trmico la seguridad en la pr%ctica se basa en un

calentamiento relatiamente lento uniforme hasta la temperatura de

austenitización.

Las temperaturas de austenitización recomendadas preias al templado de

aceros al carbono de ba"a aleación de aceros para cementación aleados a

est%n tabuladas se muestran en la tabla 3.2. 7ara la maor$a de lasaplicaciones deben cuidarse aspectos como los siguientes:

• La m%,ima temperatura alcanzada en toda la sección.

• La uniformidad de temperatura en la pieza.

• *l tiempo de permanencia a la temperatura de austenitización.

Los factores #ue influen sobre el comportamiento de una pieza de acero! en

relación con su elocidad de calentamiento son: la conductiidad trmica del

acero! la naturaleza de la atmósfera del horno el espesor de la sección.


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*edios de Temple.

La efectiidad del templado depende de las caracter$sticas del medio de temple!

as$ como de la habilidad del acero para endurecerse. 7or lo tanto! los resultados

pueden ariar cambiando la composición del acero o la agitación! temperatura

medio de temple.

&uando se templa una pieza en un determinado medio de temple! la elocidad de

enfriamiento depende principalmente de los siguientes factores:

• *l calor espec$fico el poder de conducción de calor del acero.

• La masa! forma estado superficial de la pieza.

• *l llamado 5poder de enfriamiento6 del medio del temple.

• >emperatura del medio de temple.

*l calor espec$fico la conductiidad calor$fica de los diferentes tipos de aceros

no muestran una gran diferencia entre s$ nunca pueden acomodarse al tipo de

tratamiento a efectuar.

La masa! la forma el acabado superficial de la pieza! en general! se determinan

por caracter$sticas de dise-o no del futuro tratamiento trmico.

+e lo antes e,puesto se puede deducir #ue el par%metro principal #ue determina

la elocidad de enfriamiento del acero! ser% el 5poder de enfriamiento6 del medio

de temple. *ste poder de enfriamiento para un medio de temple depende defactores como:

• &alor espec$fico.

• &onductiidad calor$fica.

• Iiscosidad.

• &alor de eaporación o de disociación.

• ormación de capas gaseosas aislantes.

+ebido al n?mero de ariables inolucradas en la determinación del poder de

enfriamiento de un medio de temple! ste se llea a cabo por mtodos emp$ricos

en condiciones est%ndar! como por e"emplo! el templado de una esfera de plata

con un di%metro determinado.

*l medio de temple ideal deber% mostrar una alta rapidez de enfriamiento inicial

para eitar la transformación de la austenita en el rango de temperaturas #ue


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abarca la nariz perl$tica! luego una elocidad de enfriamiento menor para el

interalo inferior de temperatura! a fin de minimizar la distorsión de las piezas.

Los medios de temple con los #ue se cuenta a niel industrial! no muestran estas

propiedades ideales por e"emplo! el agua las soluciones acuosas tienen

elocidades de enfriamiento iniciales altas! las cuales se mantienen a ba"as

temperaturas donde el agrietamiento la distorsión tienden a ocurrir. Los aceites

de temple conencionales tienen una etapa inicial mucho maor #ue la #ue tienen

el agua las soluciones acuosas! pero la etapa de temperaturas menores posee

elocidades de enfriamiento menores! esto se muestra en forma es#uem%tica en

la figura 3.2.

igura 3.2.F representación es#uem%tica de la elocidad deenfriamiento I en función de la temperatura instant%nea! para unaesfera de plata de 2/ mm de di%metro! templada desde @//0& en:(a) agua a 4/0& (b) aceite minerala 4/0& K ba-o de sal a 2//0&.

7ara los medios de temple en los cuales el transporte de calor ocurre

principalmente por conducción conección! como en aire! aire a presión! ba-os

de metal o de sal fundidos! ale en general #ue la elocidad de enfriamiento delmetal llega r%pidamente a un m%,imo inmediatamente despus del contacto entre

la pieza el medio de temple! disminuendo paulatinamente cuando ba"a la

temperatura del metal.

7ara el agua! soluciones acuosas aceites! el transcurso de la elocidad de

enfriamiento es m%s comple"o.


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&on base en lo anterior! a continuación se enlistan los medios de temple

industriales! en orden de disminución de la seeridad de temple:

1. 'olución acuosa al 1/ 9 de cloruro de sodio (salmuera).

2. gua.

3. 'ales fundidas.

4. ceites.

. ire.

*ecanismos de En#riamiento durante el Temple.

La estructura! dureza resistencia resultantes del tratamiento trmico de temple!

est%n determinadas por la elocidad de enfriamiento durante el proceso. 'i la

elocidad de enfriamiento es maor #ue la cr$tica! se obtendr% unamicroestructura completamente martens$tica! si la elocidad es menor la

microestructura formada puede ser bainita o perlita fina. La dureza en ambos

casos ser% distinta! en el primer caso el acero endurece totalmente! mientras #ue

en el segundo caso no endurece totalmente. +e a#u$ #ue sea necesario conocer

los mecanismos de e,tracción de calor durante el templado.

'e reconocen cuatro etapas del mecanismo de e,tracción de calor durante el

templado:

Etapa +3 Etapa de conducción inicial del l45uido.- Los primeros efectos en lainmersión de la pieza en el medio de temple! se caracterizan por la formación de

burbu"as de apor #ue preceden al establecimiento de una capa de apor

enolente sobre la pieza. 'u tiempo de duración es de apro,imadamente /.1

segundos.

Etapa +3 Etapa de en#riamiento por medio de una capa de 6apor.- 'e

caracteriza principalmente por la formación de una capa de apor continua!

delgada estable #ue rodea al metal caliente #ue es debida a la temperatura

tan alta a la #ue se encuentra el metal! lo cual prooca la aporización del medio

de temple en la superficie del metal.

Etapa 03 Etapa de en#riamiento por transporte de 6apor.- *sta etapa empieza

cuando la temperatura del metal se ha reducido al grado de #ue la capa de apor

a no es estable! rompindose. *ntonces! el l$#uido del medio de temple produce

una iolenta ebullición el calor es remoido de la pieza a mu alta elocidad

como calor latente de aporización. *sta etapa es la de enfriamiento m%s r%pido.


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Etapa C3 Etapa de en#riamiento por medio del l45uido.- *sta etapa empieza

cuando la temperatura de la superficie de la pieza llega a igualar la temperatura

de ebullición del l$#uido de temple. +eba"o de esta temperatura se detiene la

ebullición (a no se forma m%s apor) el enfriamiento se llear% a cabo por

conducción conección. *sta etapa es la de enfriamiento m%s lento.

La figura 3.2 representa es#uem%ticamente la ariación de la elocidad de

enfriamiento I! medida en el centro de una esfera de plata de 2/ mm de

di%metro! templada desde @//E& en:

a) *n agua a 4/E&.

b) *n aceite mineral a 4/E&.

c) *n un ba-o de sal a 2//E&.

7ara el agua aparece claramente el enfriamiento irregular entre los @//E& los

//E& la alta elocidad de enfriamiento a temperaturas relatiamente ba"as.

7ara el aceite la formación de apor es m%s reducida la elocidad de

enfriamiento es inferior a temperaturas deba"o de los 4//E& a //E&. 7ara la sal

l$#uida no ha ninguna formación de apor! de modo #ue se llega mu

r%pidamente a la elocidad m%,ima de enfriamiento.

*s importante tener presente #ue las etapas descritas anteriormente! se

presentan en el caso de #ue la pieza a templar se introduce en el medio de

temple se de"a ah$ hasta #ue se enfr$a totalmente sin embargo! es posible

modificar dichas etapas por medio del moimiento del medio de temple o por

moimiento de la pieza. niel industrial es m%s com?n el moimiento del medio

de temple! lo #ue se conoce como 6agitación6! se define como el moimiento del

medio de temple producido e,ternamente. *ste moimiento influe de forma mu

importante sobre las caracter$sticas de transferencia de calor del l$#uido de

temple! a #ue prooca un rompimiento mec%nico de la capa de apor formada

en la etapa ! produciendo un desprendimiento m%s frecuente de burbu"as deapor durante la etapa G.

,a Temperatura del *edio de Temple.

La temperatura del l$#uido afecta marcadamente su habilidad para e,traer calor.

eneralmente! conforme aumenta la temperatura del medio de temple! la


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elocidad de enfriamiento disminue lo cual se debe a un aumento en el tiempo

de duración de la etapa . &omo el medio est% m%s cercano a su punto de

ebullición! se necesita menos calor para formar la capa de apor.

La figura 3.3 muestra dos curas de enfriamiento para muestras templadas en

agua a 24E& 2E& sin agitación como se puede er! el temple en agua a 24E&re#uiere de menos tiempo para enfriar la muestra! siendo cada ez maor la

diferencia para temperaturas ba"as. La tabla muestra las elocidades de

enfriamiento para probetas de acero ino,idable! en distintos medios de temple

para dos temperaturas seleccionadas (C/E& 8/E&). Los ba-os de temple se

mantuieron a 24E& 2E&.

igura 3.3.F &uras de enfriamiento obtenidas en el centro de muestrastempladas en gua a temperaturas de C0 (240&) 120 (20&) sinagitación.

La tabla 3.3 muestra el comportamiento apuntado al inicio de esta sección! en el

sentido #ue entre maor sea la temperatura del medio de temple! menor es la

elocidad de enfriamiento. *sto es particularmente cierto para el agua! salmuera

aceite sin embargo! las cantidades para el ulf 'uperFMuench muestran un

incremento en la elocidad de enfriamiento con un aumento en la temperatura delmedio de temple.

>abla 3.3.F Ielocidades de enfriamiento en el centro de una probeta de aceroino,idable de N 7ulgada de di%metro por 2 N pulgadas de largo! cuando setemplan desde @180 & en arios medios de temple.


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*+J +* >*7L*

I*LJ&++ +**


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puede e,presar en trminos del alor para la 5seeridad de templado6! denotado

por la letra 5H6. &omo alor patrón se utiliza HP1./ para el agua sin agitación a

partir de ste se asignan alores de H para aceite! agua salmuera! los cuales se

tabulan en la tabla 3.4. *l coeficiente H tiene unidades de mmF1

o pulgF1

.

>abla 3.4.F Ialores t$picos del coeficiente H designando la seeridad detemplado (Ialor H)

gitación ceite gua 'almuera

mmF1 pulgF

mmF1 pulgF

mmF1 pulgF


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medio de enfriamiento m%s adecuado! para solentar esta situación es necesario

guiarse por las recomendaciones de las acer$as! de las sociedades metal?rgicas

o por el an%lisis dimensiones de la pieza.

Las elocidades cr$ticas de temple ar$an bastante de un acero a otro por

e"emplo! los aceros al carbono e,igen las maores elocidades de enfriamiento!las cuales son! apro,imadamente! de

3/0&Ds para /.9 &! 2//0&Ds para /.@9 &. *n cambio! los aceros especiales

tienen elocidades de temple menores! as$ por e"emplo! la elocidad cr$tica para

un acero para brocas de ba"o contenido de tungsteno! es de 30&Ds!

apro,imadamente.

*n general deben seguirse las siguientes reglas de templado:

1. ceros al carbono (independientemente de su composición) en piezas de m%sde mm de espesor aceros de ba"a aleación en espesores superiores a 2mm! deben templarse en agua! debiendo tener sta una temperatura entre10& 2/0&! no debiendo sobrepasar los 3/0&.

2. 7ara los aceros antes citados! en perfiles inferiores a o 1/mmapro,imadamente todos los aceros de alta aleación! el temple deberealizarse en aceite! estando ste entre 3/0 & 8/0 & se obtienen los me"oresresultados.

3. Los aceros de mu alta aleación se templan al aire.

un#ue el fabricante suele se-alar en sus cat%logos o tablas el medio deenfriamiento #ue debe emplearse para el temple de cada acero! coniene tener

presente #ue e,isten e,cepciones a las normas generales por e"emplo! aun#ue

un acero al carbono de 1.1/9 debe d%rsele un temple en agua! cuando ha #ue

templar una herramienta de menos de 3mm de espesor! coniene enfriarla en

aceite! a #ue de esta forma desaparece el peligro de la formación de grietas #ue

puede presentarse en el templado en agua adem%s! se alcanza la dureza

deseada. 7or el contrario! un acero cromoFanadio con 19 &! 1. 9&r /.2/9I!

#ue es de temple en aceite! se templar% en agua cuando se utilice para

herramientas de 1//g 2//mm de espesor! #ue deban #uedar con una dureza

superior a 8/ Rc.

Comparación de los *edios de Temple.

continuación se analizar%n los medios de temple m%s usados en el tratamiento

trmico de temple en los aceros:


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+gua.

*l agua las soluciones a base de agua son los medios de temple menos caros

de uso siempre cuando la pieza a templar no sufra distorsiones e,cesias o se

agriete durante el temple.

&omo medio de temple! el agua simple se apro,ima a la m%,ima elocidad de

enfriamiento #ue es posible obtener en un l$#uido. Jtra enta"a es #ue se puede

usar sin problemas de contaminación o da-o a la salud! es un medio efectio

para romper las escamas de ó,ido de la superficie de piezas #ue se templan

desde hornos #ue no utilizan atmósfera protectora.

+ebe eitarse #ue el agua se caliente durante el temple! coniene #ue la

temperatura del agua oscile entre 10& 2/0&! pues si la temperatura es superior

a 3/0&! se prolonga e,ageradamente la etapa 56 de enfriamiento! lo #ue

constitue un gran inconeniente! a #ue disminue la elocidad de enfriamientoen la zona de los C/0& a los //0&! faorecindose la formación de estructuras

blandas! sobre todo en aceros de ba"a templabilidad. dem%s! la prolongación de

la etapa 56! #ue ar$a con la comple"idad de la pieza! faorece la retención del

apor dando como resultado una dureza mal distribuida una distribución de

esfuerzos desfaorable! lo #ue puede ocasionar distorsiones agrietamiento.

Salmuera.

*l trmino salmuera aplicado al temple se refiere a la solución acuosa

conteniendo ciertos porcenta"es de sal (cloruro de sodio o cloruro de calcio)! "untocon aditios especiales e inhibidores de la corrosión.

La salmuera ofrece las siguientes enta"as sobre el agua simple o sobre los

aceites! para el templado:

1) La elocidad de enfriamiento es maor #ue la del agua para una misma agitación.

2) La temperatura es menos cr$tica #ue para el agua! re#uiriendo! por lo tanto!de menor control.

3) La aparición de manchas suaes debido a bolsas de apor es mucho menor #ue en el temple en agua.

4) La distorsión es menos seera #ue en el temple en agua.

) Los cambiadores de calor son menos usados para el enfriamiento de ba-osde salmuera de lo #ue son empleados para el temple en agua o aceite.

lgunas de las desenta"as #ue presenta la salmuera son:


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1) La naturaleza corrosia de la salmuera re#uiere #ue! para tener una idarazonable! el e#uipo de temple se prote"a de la corrosión mediante unrecubrimiento.

2) 'e re#uiere de e#uipo de e,tracción de los apores corrosios #ue emanande los ba-os de salmuera.

3) *l costo aumenta debido a los inhibidores aditios #ue deben utilizarse.

4) *l costo tambin aumenta debido a la necesidad de llear a cabo pruebaspara el control de la solución.

+ceite.

Los me"ores aceites para el temple son los aceites minerales. An buen aceite

debe poseer las siguientes propiedades:

1. 'u iscosidad debe estar comprendida entre ciertos l$mites! de manera #ueno sea mu iscoso ni #ue tenga ba"a iscosidad. *n el primer caso tiende acarbonizarse en el segundo a olatilizarse.

2. La olatilidad no debe ser demasiado eleada por#ue se pierde aceite con eluso se espesa el ba-o! con la consiguiente prdida en la elocidad deenfriamiento! adem%s de #ue al ponerse en contacto con el metal caliente!desprende numerosas burbu"as se forma mucho apor al rededor de laspiezas! prolong%ndose la fase 56.

3. La temperatura de inflamación combustión deben ser lo m%s eleadasposible! para eitar e,ceso de humo en el taller tambin el peligro de #ue se

inflame el ba-o.

Lo anterior tiene como consecuencia #ue los aceites se utilicen con maor

amplitud! en a#uellos casos en los cuales se desea templar piezas de forma

complicada o en el #ue se desea el m$nimo de distorsión.

,a Templa%ilidad.

'e puede definir la templabilidad como la capacidad #ue tiene un acero de

endurecer a profundidad por medio del temple.

&uando un acero se templa! la elocidad de enfriamiento es m%,ima en la

superficie disminue hacia el centro. La formación de martensita sólo ocurre en

la parte de la pieza! donde se logró sobrepasar 5la elocidad cr$tica6 de

enfriamiento. 7ara aceros no aleados la elocidad cr$tica es tan alta! #ue sólo se

obtiene una capa relatiamente delgada! aun templando en agua. *l transcurso


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de la elocidad de enfriamiento desde la superficie hasta el centro de la pieza!

est% determinado por la relación entre masa superficie es función del di%metro

de la pieza.

La figura 3.4 representa en forma es#uem%tica la elocidad de enfriamiento en

función del di%metro de una barra cil$ndrica para tres tipos de acero con untemplado en agua! aceite al aire.

+e la figura! se puede er #ue el acero al carbono! ! templado en agua! sólo

alcanza la elocidad cr$tica I& en una capa delgada. +espus del temple este

acero sólo presentar% una zona mu delgada con estructura martens$tica.

La elocidad cr$tica I& para el acero al n$#uel! ! es mucho m%s ba"a! de

modo #ue a?n templado en aceite! el material e,perimenta una

transformación martens$tica m%s profunda.

inalmente! la elocidad cr$tica I& es tan ba"a #ue el acero al &rF


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1. La elocidad cr$tica de enfriamiento depende de la estabilidad de la austenita de la nucleación durante la transformación.

2. La estabilidad de la austenita depende principalmente de los elementos dealeación. &omo tambin el carbono e,tiende la zona ! la descomposición dela austenita en cm se reprime cuando aumenta la concentración de

carbono! de modo #ue la elocidad cr$tica disminue.

3. La descomposición o transformación de la austenita! como fenómeno denucleación crecimiento! se e influenciada por la presencia de l$mites degrano carburos no disueltos #ue act?an como n?cleos! aumentando laelocidad cr$tica de enfriamiento.

An calentamiento prolongado a una temperatura de austenitización alta!

disoler% gran parte de los n?cleos har% crecer el grano! lo #ue ba"ar% la

elocidad cr$tica.

+e lo anterior se puede concluir lo siguiente:

1. *n las mismas condiciones de templado! la profundidad de templado ladureza m%,ima obtenida en un acero al carbono aumentar% hasta elcontenido de carbono correspondiente a la concentración eutectoide

2. un contenido constante de carbono! es posible aumentar la profundidad detemplado por una austenitización a temperaturas superiores

+ebido a los numerosos factores #ue tienen influencia sobre la templabilidad de

un acero! se propusieron arios mtodos para determinar e,perimentalmente un

factor de templabilidad. 'e trata de poder reproducir siempre con toda e,actitudlas condiciones e,perimentales! como son: temperatura tiempo de

austenitización! mtodo de templado! olumen forma de las probetas. La

prueba m%s conocida es la de Qomin! propuesta originalmente por Qomin

Goegehold.

,a /rue%a 7omin1.

*ste ensao normalizado! seg?n la norma '> +esignation 2F4@> *nd

Muench >est for Hardenabilit of 'teel! consiste en enfriar una probeta de 1 pulg.

de di%metro 4 pulg. de largo austenitizada! por medio de un chorro de agua auna presión definida por la norma! #ue se hace incidir en uno de sus e,tremos.

+e esta forma cada punto a lo largo de la probeta! a partir de la punta templada!

presentar% una cierta elocidad de enfriamiento. La dureza de la probeta se mide

sobre uno de sus bordes a rectificado! efectuando estas mediciones cada

dieciseisao de pulgada en la primera pulgada de longitud despus m%s

espaciadas! permitiendo construir una gr%fica +ureza contra distancia del


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e,tremo templado! como la mostrada en la figura 3..

igura 3..F &uras Qomin o de >emplabilidad para arios aceros.

La elocidad de enfriamiento ar$a a todo lo largo de la barra! siendo m%s

eleada en el e,tremo templado por estar en contacto con el agua. La elocidad

de enfriamiento en cual#uier punto a lo largo de la barra se ha determinado con

toda e,actitud. La tabla 3. muestra los alores correspondientes. s$! este

mtodo describe el procedimiento para determinar la templabilidad de un acero.

>abla 3..F Relación entre elocidad de enfriamiento la distancia Qomin.

+istancia Qomin( 18Faos deul

Ielocidad de*nfriamiento (0&Ds)

1 31

2 11/

3 /

4 38

2@

8 22

C 1C

@ 1

1/ 1/

12 @


28/30

18

2/ 3

24 2.@

2@ 2.

38 2.2

La templabilidad se hace aparente en el grado al cual el material se endurece

cuando se templa a diferentes elocidades de enfriamiento. *n la prueba de

Qomin la 5profundidad de endurecimiento6 es la distancia a lo largo de la probeta

desde el e,tremo templado o punta templada.

'e puede considerar #ue cual#uier acero forma martensita en el e,tremo

templado! por lo #ue la dureza en este punto est% determinada e,clusiamente

por el contenido de carbono. 'in embargo! a una cierta distancia del e,tremotemplado es m%s probable #ue se forme bainita o perlita en lugar de la

martensita! lo #ue se er% refle"ado en una ba"a en la dureza de la probeta.

An acero aleado con una alta templabilidad! tal como un acero 434/! mantiene

una cura de templabilidad m%s bien plana! es decir! mantiene su dureza! sin

embargo! un acero al carbono simple! tal como el 1/8/! tiene una cura #ue cae

r%pidamente lo cual indica #ue tiene una templabilidad mu limitada. *l poder de

*ndurecimiento o >emplabilidad est% determinado por el contenido de elementos

de aleación.

8ndice de Templa%ailidad.

La templabilidad de un acero se designa mediante un código #ue indica la

distancia o distancias desde el e,tremo templado dentro de la cual se obtiene la

dureza deseada.

7or e"emplo: An acero aleado conteniendo /.4/9 de carbono (414/) podr$a

especificarse #ue tiene una templabilidad de Q/ P 8! lo #ue significa una dureza

Rc P / a una distancia de 8D18 de pulgada desde el e,tremo templado! figura

3.! cura inferior.

La ' ha establecido curas de templabilidad m%,ima m$nima! conocidas

como bandas de templabilidad! figura 3.8! entre las cuales debe de estar

cual#uier barra de acero de esa composición. *n la figura! el sufi"o H se

establece para a#uellos aceros #ue se compran con base a una especificación de

templabilidad! siendo de importancia secundaria aspectos como la composición


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#u$mica! tama-o de grano! etc.

igura 3.8.F Gandas de templabilidad para un acero 414/H

l especificar la templabilidad de un acero pueden emplearse alguno de los dos

mtodos siguientes:

1.- En este primer m'todo se especi#ica primero la dureza en la cur6a

in#erior9 seguida de la dureza en la cur6a superior igual:ndolas a la

distancia en 5ue se encuentran3

7or e"emplo! de la figura 3.8 los puntos denotan durezas de / @! ambas

a 8D185 por lo tanto esto se denota por:

Q /D@ P 8D18 de pulg.

2.- /ara un 6alor de dureza seleccionado9 se indican las distancias primero

en la cur6a in#erior luego en la cur6a superior3

Q / P 8D18 a 21D18 de pulg.


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4.2 Modificación de estructuras cristlinas