Materiales para IngenieríaActividad 6

Actividad 6• Las transformaciones en el acero (Continuación)• Tratamientos termomecánicos• Práctica del Tratamiento Térmico

Transformación Martensítica• Producto de un subenfriamiento muy grande se transforma la

austenita sin que se precipite el carbono quedando atrapado dentro de la red cristalina obteniéndose una ferrita muy saturada de carbono que se denomina Martensita

• Solo ocurre una reestructuración de la red cristalina sin difusión, por lo que la sobresaturación de la red cristalina hace que esta se deforme

• La microestructura de la martencita es en forma de agujas• La orientación de la nueva fase se realiza a un ángulo con

respecto a la anterior• Este desplazamiento angular es el causante de este relieve y

forma de agujas

Transformación Martensítica• Es irreversible, es imposible obtener austenita de la

martensita sin difusión, y cuando hay difusión esta se descompone en las microestructuras perlíticas

• Ocurre en un intervalo de tiempo extraordinariamente corto, en fracciones de segundos, casi instantáneamente.

• En dependencia del porciento de carbono puede que quede austenita residual en el metal producto de que la temperatura final de transformación está por debajo de la temperatura ambiente.

• La velocidad de enfriamiento no influye en la temperatura de comienzo ni de fin de la transformación

Transformación bainítica• Es una transformación intermedia entre la martensitica y la

perlitica, hay difusión pero no la suficiente creando tensiones entre las zonas de mayor contenido de carbono y las más pobres

• Es en esencia una transformación tipo martensita pero no tan sobresaturada

• También produce cierto relieve en la superficie pulida, con una microestructura intermedia

• En dependencia de la temperatura a que se produce, mas cerca o mas lejos del principio de transformación martensitica será bainita superior o inferior

Transformaciones en el revenido

• Estructura inicial martensita tetragonal y austenita residual• La Martensita es la estructura de mayor volumen y la

austenita es la de menor volumen• Al transformarse la martensita disminuirá el volumen y al

transformarse la austenita aumentará el volumen• La primera etapa la caracteriza la reducción del volumen de la

martensita producto de la precipitación de carbono en exceso a sus límites de grano en un carburo muy parecido a la cementita pero que no llega a serlo llamándosele martensita revenida (Revenido bajo hasta los 200 grados Celsius)

Transformaciones en el revenido

• Por encima de 200 grados Celsius hasta los 300 comienza la segunda transformación de revenido o segunda etapa.

• En esta segunda etapa la austenita residual se transforma en martensita revenida, es una transformación difusiva, por su naturaleza se parece a la bainitica desde la austenita, produciendo un aumento del volumen.

• Al final de esta etapa la fase sobresaturada ya posee 0.15 a 0.2 % de Carbono

• Al aumentar la temperatura comienza una reducción del volumen producto de la precipitación del carbono totalmente, disminuyéndose las tensiones internas producto de la sobresaturación y se forma la cementita (Tercera etapa)

Transformaciones en el revenido

• Al final de la tercera etapa se obtiene ferrita y cementita, comenzando la cuarta etapa si se sigue aumentando la temperatura con la coalescencia y globalización de la ferrita y cementita

• Todos los procesos se efectúan dentro de la martensita, por lo que se conserva el carácter acicular de la estructura

• Las estructuras obtenidas en cada tipo de revenido son aciculares y globulares con mejores propiedades que las obtenidas directamente desde la austenita.

Tratamiento termo mecánico (T.T.M.)

• Tipos:• Tratamiento termo mecánico a altas temperaturas (T.T.M.A.T)

Consistiendo en la deformación de la austenita por encima de Ac3 con un enfriamiento rápido

• Tratamiento termo mecánico a bajas temperaturas (T.T.M.B.T) Consiste en la deformaci{on de la austenita en la deformación plástica durante el enfriamiento desde Ac3 antes del inicio de la transformación martensítica

• Tratamiento termo mecánico previo (T.T.M.P) es una deformación plástica en frio antes del calentamiento por encima de Ac3 y un enfriamiento rápido posterior.

• Tratamiento mecánico térmico (TMT) es aquel en que se aplica la deformación luego de la transformación martensítica

Tratamiento termo mecánico (T.T.M.)

• Es la combinación del tratamiento térmico con la deformación plástica

• Mientras más deformada esté la austenita más resistente será la martensita obtenida

• Se trata de deformaciones del orden del (80 al 90)% • Se obtiene endurecimiento con mejoras en las propiedades

mecánicas por la transformación de fase y la herencia de la deformación plástica que le transmite a la martensita la austenita deformada.

• Como en los T.T.M.B.T. es a relativas bajas temperaturas crea dificultades tecnológicas a la hora de la deformación plástica

• Una defomación a la martensita del (3 al 5) % permite obtener aumentos de la resistencia del (10 al 20)%

Tratamiento termo mecánico (T.T.M.)

• El tratamiento T.T.M.A.T. se dificulta lograr un enfriamiento rápido antes de comenzar la recristalización, pero en determinadas condiciones es mejor que recristalice y después aplicar el enfriamiento

• En todos los casos después de la deformación plástica hay que aplicarla transformación martensitica y el revenido

• Cuando se deforma la austenita se le denomina ausforming y cuando se deforma la martensita marforming

Elección de la temperatura de temple

• La temperatura de temple se determina a 30-50 grados por encima de las temperaturas AC1 y AC3 para los aceros hipo y hipereutectoides respectivamente cuando su objetivo es obtener la mayor dureza.

• Aumentar la temperatura por encima de estos valores es obtener una austenita de grano grueso con las consecuentes microestructuras gruesas de la martensita disminuyendo la tenacidad

• Existen varios tipos de temple, en el caso de los aceros inoxidables existe un temple que su objetivo es la homogenización de la composición química para evitar la corrosión intercristalina.

• En cualquier caso la elección de la temperatura de temple requiere del estudio del diagrama de estado para lograr el objetivo necesario.

Duración del calentamiento• La duración del calentamiento es la suma del tiempo de

calentamiento más el tiempo de permanencia• El tiempo de calentamiento depende de la temperatura, de la

forma y dimensiones de la pieza, del medio de calentamiento, de la separación entre las piezas, etc.

• Quedando en una fórmula • El espesor D a tomar en cuenta es el menor espesor de la

mayor sección, en otras palabras el espesor que define el tiempo de calentamiento

• El coeficiente K1 que introduce el efecto del medio de calentamiento (2 Gas,1 Sal,0.5 Metal)

Duración del calentamiento

• El coeficiente K2 que introduce el efecto de la forma de la pieza (1 Esférica, 2 Cilíndrica, 2.5 Paralepipedo, 4 para láminas)

• El coeficiente K3 que introduce el efecto de la uniformidad del calentamiento (1 por todas las partes, 4 unilateral)

• El tiempo de permanencia se considera 1 minuto para los aceros al carbono y 2 para los aceros aleados

• Este método no es el único para calcular el tiempo total de calentamiento, pero el mas exacto es el método experimental

Duración del calentamiento• Este método sirve para calentamientos a 800 – 900 grados

Celsius a mayores temperaturas el tiempo es menor pues se intensifica con la radiación y a menores temperaturas es mas lento pues predomina la convección

• La introducción de las piezas en el horno es otra de los factores que influye pues desciende la temperatura que ya tenía el horno y al abrir el horno se escapa temperatura

• Influencia de los dispositivos

Acción química del medio calentador

• A elevadas temperaturas se produce una intensa interacción con el medio de calentamiento

• Las reacciones fundamentales son de oxidación y descarburación• Estos procesos son difusivos y se aceleran con el aumento de la

temperatura y dependen de la composición química del metal y del medio de calentamiento

• El H2 descarbura, el O2, CO2 y H2O oxidan y el CO y el CH4 carburan

• Los parámetros que definen el comportamiento son es decir debe haber un equilibrio entre los diferentes componentes de la atmósfera

• Los medios neutros son el nitrógeno puro N2 y el vacío• Calentamiento en sales fundidas y metales fundidos

Medios de temple• Para lograr subenfriar a la austenita hasta la temperatura de

transformación martensítica se requiere un enfriamiento rápido en la zona 650—400 grados Celsius

• Por debajo de los 400 grados el enfriamiento puede ser mas lento, para ayudar a disminuir las tensiones térmicas

• Los medios más comunes son agua y aceite• Etapas del enfriamiento• Ebullición en película• Ebullición en burbujas (Define la velocidad de enfriamiento)• Intercambio de calor por convección

• La capacidad de un medio de enfriar a un metal depende de su viscosidad, temperatura de evaporación, calor latente de vaporización, etc.

• Existen varios medios te temple y combinación de estos

Templabilidad• Propiedad de los metales a los que se les aplica temple de

aceptar mayor o menor profundidad de la capa templada.• Por la conductividad térmica la velocidad de enfriamiento en

la profundidad del metal varía desde mayor en la superficie a menor en el centro

• Mientras menor sea la velocidad crítica de temple de un material mayor será la capa templada o su templabilidad

• En el radio hacia el centro se encontrarán las diferentes microestructuras de acuerdo al diagrama isotérmico de descomposición de la austenita

• La templabilidad depende del medio de enfriamiento en la medida que el medio es capaz de suministrar mayor o menor velocidad de enfriamiento

Templabilidad• Los factores que influyen en la templabilidad (descomposición de la

austenita)• Composición de la austenita (Elementos solubles excepto cobalto retardan)• Los elementos insolubles (óxidos, carburos, etc. aceleran la transformación pues

son centros de cristalización)• A mayor heterogeneidad mayor velocidad de descomposición• A menor tamaño de grano mayor velocidad de descomposición

• Para determinar la templabilidad se determina el Diámetro crítico a través del diagrama de templabilidad, este es el diámetro de una barra de ese material que a una velocidad de enfriamiento queda templada completamente

• Ensayo de templabilidad• Determinación del diámetro crítico por el porciento de la zona

martensítica• Bandas de templabilidad por variaciones de la composición química• Propiedades mecánicas en el perfil templado

Tensiones internas• Tensiones internas de primer género —Son aquellas que se

generan producto de las tensiones térmicas por la configuración de la pieza, mientras mayor sea el gradiente térmico mayores son las tensiones (Llamadas tensiones térmicas)

• Tensiones internas de segundo género – Son las que surgen dentro de un grano o entre dos o más granos cristalográficos, producto de diferencias entre los coeficientes de dilatación lineal o por formación de fases de diferentes volúmenes (Llamadas tensiones estructurales)

• Tensiones internas de tercer género – Son las que se producen dentro de la red cristalina producto de los defectos en ella

Tensiones internas• Las tensiones internas de primer género son las únicas que

pueden deformar y fracturar a una pieza, depende de la forma de la pieza, de la forma del calentamiento y propiedades del material

• Las que se conservan en la pieza después del enfriamiento son las tensiones residuales

• El revenido en la medida en que sea mayor su temperatura elimina mayor cantidad de tensiones residuales

Procedimientos de temple• Temple en un solo medio de enfriamiento – Cuando se

introduce la pieza directamente desde el horno en un líquido hasta su total enfriamiento• Para piezas no complejas• Se emplea en el temple mecanizado donde se sumergen en el líquido

directamente desde un horno de funcionamiento continuo• Hay que tomar precauciones para evitar la deformación y fractura de las

piezas

• Temple interrumpido en dos medios – Se realiza interrumpiendo el enfriamiento pasando primero por agua y luego al aceite• El primer medio debe enfriar más rápido para pasar la punta de la curva

sin que ocurra la transformación e inmediatamente después se pasa al segundo medio

• En el intervalo de comienzo de la transformación martensitica se debe enfriar lento para obtener menores tensiones en la pieza

Procedimientos de temple• Temple al chorro – Se emplea cuando se necesita templar una parte de la pieza y el

chorro de agua evita la formación de la capa de vapor enfriando más rápidamente.• Temple con autorevenido – Se emplea en aquellas piezas que necesitan un filo muy

duro y un cuerpo tenaz con resistencia al impacto, como los cortahierros, para ello se hace enfriar la punta de la herramienta en agua y se deja enfriar al aire el resto. El calor de la otra parte de la pieza actúa como un revenido sobre la parte templada

• Temple con enfriamiento escalonado – Se realiza al interrumpir el enfriamiento a una temperatura superior al inicio de la transformación martensítica, dar un mantenimiento y luego un enfriamiento total posterior. Así se disminuyen las tensiones de primer género

• Temple isotérmico – Este procedimiento es para enfriar a la austenita hasta una temperatura superior al inicio de la transformación martensítica y dejar de forma isotérmica que se transforme la austenita• Se obtiene bainita con alta tenacidad

• Temple Subcero – Se necesita enfriar al acero por debajo del punto final de transformación martensítico, para lograr la menor cantidad de austenita residual, estabilidad en las dimensiones, aumento de dureza y eleva las características magnéticas.

Defectos que se producen en el temple• Dureza insuficiente, puntos blandos, fragilidad excesiva,

descarburación y oxidación, torceduras deformaciones y grietas• El diseño incorrecto, donde aparecen ángulos muy agudos,

cambios de sección brusca, concentradores de tensiones, nervios que frenen la contracción, etc.

• Los puntos blandos están dados por un calentamiento insuficiente o heterogeneidad en las estructuras y fases necesitándose un normalizado previo o recocido de homogenización

• La fragilidad excesiva es producto de un calentamiento excesivo• La dureza insuficiente está provocada por un calentamiento

insuficiente o un régimen de enfriamiento incorrecto