TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LAS FUNDICIONES GRISES.pdf

7/25/2019 TRATAMIENTOS TRMICOS DE LAS FUNDICIONES GRISES.pdf

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CAPTULO III

TRATAMIENTOS TRMICOS DE LAS FUNDICIONES GRISES

3.1 Introduccin a los tratamientos trmicos.

El tratamiento trmico de las fundiciones se realiza fundamentalmente para eliminar lastensiones internas que surgen durante el fundido. Estas tensiones conducen con el tiempo,a la variacin de las dimensiones y forma de la fundicin, disminucin de la dureza ymejoramiento de la maquinabilidad por corte y una elevacin de las propiedadesmecnicas.

En el proceso de tratamiento trmico de la fundicin ocurren las mismas transformacionesque en el acero. Sin embargo, stas se complican por el hecho de que durante elcalentamiento de la fundicin se puede desarrollar el proceso de grafitizacin que cambiacomplementariamente la estructura y, por lo tanto, las propiedades de la fundicin.

Entre los tratamientos ms usados para una fundicin gris son: El recocido y lanormalizacin. Otros tratamientos como el austempering, tempering y hardening, sonusados en ocasiones limitadas.

En trminos de tratamiento trmico, las fundiciones grises pueden ser consideradas unacomposicin de grafito libre (laminar) y fierro eutectoide (matriz). La situacin puede seradicionalmente complicada por la variedad de seccin, por consiguiente la respuestatrmica variar un poco.


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Recocido de

mximamaquinabilidad

550 C

740 C

850 C

Por esta razn es necesario desarrollar experimentalmente los procesos precisos si se desearesultados ptimos.

3.2 El recocido.

Existen dos procesos de recocido que suelen ser aplicados a las fundiciones grises:

1 De eliminacin de tensiones, y2 De ablandamiento

A continuacin se estudiarn con detalle cada uno de ellos (ver figura 3.1).

1. Los recocidos para la eliminacin de tensiones se realizan a temperaturas relativamentebajas, a unos 550 C aproximadamente. Se dan para eliminar las tensiones que a vecestienen las piezas como consecuencia de los rpidos enfriamientos. Estos se experimentancuando desciende su temperatura, desde la correspondiente a la de solidificacin hasta ladel medio ambiente.

2. Los recocidos de ablandamiento de las fundiciones grises se dan a unos 740 C, ysirven para mejorar la maquinabilidad y ablandar el material. Fundiciones grises en lasque, por causa de los elementos de aleacin o por la presencia de zonas pequeas conenfriamiento rpido, no se consigue la matriz ferrita, se recuecen a 850 C.

Recocidos de la fundicin grisEliminacin de Ablandamientotensiones Baja temperatura Alta temperatura

Figura 3.1. Ciclos ms empleados para el recocido de las fundiciones21.

3.2.1 Recocido para eliminacin de tensiones.

Los recocidos a bajas temperaturas se realizan a unos 550 C durante un periodo quedepende de la masa y constitucin de la fundicin. Este periodo generalmente se consideraigual a 1 hora por cada 25 mm de espesor y luego se le da un enfriamiento en horno a

21Jos Apraiz Barreiro, Fundiciones, 6ta Edicin, 1998, p.102

1000

900

600

500

800

400

700

200

300

100

0

T C


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puerta cerrada. Este proceso no tiene un efecto en las propiedades mecnicas, pero eliminalas tensiones que siempre suelen tener las piezas de fundicin despus de la solidificaciny enfriamiento. Conviene dar esta clase de recocido a piezas de formas complicadas, o quedeban tener tolerancias dimensionales muy precisas, como cilindros de motores deexplosin, bancadas de mquinas herramientas, etc. Si no se eliminaran estas tensiones, las

piezas pueden sufrir luego deformaciones durante la mecanizacin o durante el

funcionamiento que, en ocasiones, crean importantes problemas y dificultades. Debenemplearse velocidades lentas de calentamiento y en especial de enfriamiento, para evitarnuevas tensiones o roturas, sobre todo cuando las piezas son de formas complicadas.

3.2.2 Recocido de ablandamiento o ferritizacin.

Se suelen emplear los siguientes tipos de recocidos:

1. Recocido a 700 760 C, llamado tambin subcrtico.2. Recocido a 800 900 C, llamado recocido medio o completo.3. Recocido a 900 925 C, llamado recocido de grafitizacin.

3.2.2.1 Recocido a 700 760 C.

Para disminuir la dureza de las fundiciones grises se les somete a recocidos a 740 Caproximadamente con enfriamiento en horno a puertas cerradas. Este recocido esinteresante porque en ocasiones las fundiciones grises en bruto de colada quedanrelativamente duras y su mecanizacin es difcil. En muchos casos las microestructuras deestas fundiciones en bruto estn constituidas por grafito y ferrita y cantidades variables de

perlita y sorbita. Estos constituyentes, perlita y sorbita, son los que dan alta dureza ycuando interesa mucho facilitar la mecanizacin conviene transformarlos por recocido, enferrita y grafito. Para conseguir despus del recocido una estructura de ferrita y grafito, quees la mejor para el mecanizado, debe alcanzarse en el recocido una temperatura de unos740 C aproximadamente. De manera que si despus de sobrepasar la temperatura crtica yllegar a los 740 C, se mantiene esta temperatura durante un cierto tiempo, se consigue quela perlita y la sorbita se transformen en austenita. En esas condiciones, temperaturaligeramente superior a la eutectoide y mantenimiento prolongado, la austenita va cediendocarbono que se deposita en forma de grafito, obtenindose al final ferrita y grafito. Si seemplean temperaturas ms altas del orden de 800 900 C, y el enfriamiento se hace alaire, se deposita muy poco grafito y es muy difcil obtener baja dureza. Con este recocido a740 C se baja la dureza de las fundiciones hasta 120 - 130 Brinell.

3.2.2.2 Recocido a 800 900 C.

Es usado en situaciones donde, por causa de los elementos de aleacin o por la presencia

de zonas pequeas con enfriamiento rpido, obtenidas en el recocido subcrtico, no seconsigue la matriz ferrita.

En este proceso la fundicin es calentada a temperatura de 800 900 C, llegndose deesta manera por encima de la temperatura de transformacin eutectoide. Despus demantenerla por 1 h por cada 25 mm de espesor, la fundicin es enfriada lentamente por laregin de transformacin eutectoide, promoviendo la formacin de ferrita.


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Al calentar de 800 900 C, no hay formacin de grafito o esta formacin tiene pocaimportancia, ya que la temperatura de mantenimiento no es apropiada para el depsito degran cantidad de grafito; calentando a 850 C por ejemplo, se formar austenita. Durante la

permanencia a esta temperatura habr formacin de una pequea cantidad de grafito yluego, en un enfriamiento sin precauciones muy especiales, al pasar la zona eutectoide, seformar perlita.

Si se calienta a 850 C se puede obtener la microestructura de grafito y ferrita, conenfriamiento muy lento. Este tratamiento de 800 900 C tambin es recomendable parafundiciones grises de gran dureza y para fundiciones atruchadas que contienen cementitahipereutectoide. En esos casos la dureza inicial que ser francamente alta, 250 a 300Brinell, se podr disminuir con este recocido. En este tratamiento se calentar a unos 850C aproximadamente y luego se cuidar que la velocidad de enfriamiento sea muy lenta,sobre todo en la zona crtica de 700 720 C, para facilitar el depsito del grafitoeutectoide y luego se puede enfriar al aire. En la figura 3.2 se ve como en la zona de 700 740 C es en la que hay mayor formacin de ferrita y de grafito y es, por lo tanto, la mscrtica en esta clase de recocido.

Figura 3.2. Cantidad de ferrita que se forma cuando las fundiciones deC = 3 % y Si = 2,20 %, despus de ser calentada a 875 C son enfriadasen bao de plomo durante 5 min. a las temperaturas que se indican en

la figura22.

3.2.2.3 Recocido a 900 925 C.

Es usado en fundiciones grises slo cuando se quiere el retiro de carburos. Este tratamientoconsiste en calentar la pieza a temperaturas aproximadamente de 900 925 C. El tiempode permanencia debera ser el mnimo (para evitar procesos de oxidacin y formacin dexidos en las fronteras de grano), basado en la evaluacin microestructural y, para evitar

formacin de cascarilla innecesaria se puede usar horno de atmsfera controlada.

Despus de la descomposicin de carburos, la forma de enfriar depender de lamicroestructura que se desee. Si se desea una estructura ferrtica, se recomienda unenfriamiento en horno a puerta cerrada. Pero si se desea una fundicin de matriz perltica,se recomienda un enfriamiento al aire.



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La experimentacin puede ser necesaria para compensar los efectos de geometra ycomposicin de la fundicin.

3.3 La normalizacin o perlitizacin.

La normalizacin es el calentamiento de la fundicin hasta 850 950 C con un

enfriamiento posterior al aire sereno. Se emplea normalizacin para aumentar la dureza,tenacidad y resistencia al desgaste de la fundicin. Esto se logra gracias a la totaltransformacin de la base estructural ferrtica o ferrito-perltica, en la de perlita de lafundicin gris (perlitizacin). La fundicin ferrtica maleable despus de la normalizacina 800 850 C se transforma en la fundicin perltica maleable.

3.4 Temple y revenido.

La posibilidad de mejorar por temple ciertas propiedades en las fundiciones es debida,como en los aceros, a que estas aleaciones, al ser calentadas a elevadas temperaturas, 750 a900 C se transforman, una parte en austenita. Este constituyente al ser enfriado luego, mso menos rpidamente, se convierte en martensita o en otros constituyentes intermedios. La

martensita, o los otros constituyentes intermedios, obtenidos despus del temple y losconstituyentes que se obtienen despus de su revenido, tienen propiedades de gran inters y

para numerosas aplicaciones. Dichas propiedades son mucho mejores que las quecorresponden a las estructuras de bruto en colada. En general, las leyes que rigen el templey revenido de las fundiciones son muy parecidas a las de los aceros.

En ocasiones se puede endurecer y aumentar la resistencia a la traccin de las fundicionesgrises por tratamiento trmico. De esta forma se consigue un gran aumento de dureza ytambin un aumento, aunque mucho menos sensible, de la resistencia a la traccin y de laresistencia al desgaste.

En forma general se somete a las fundiciones primero a un temple y luego a un revenido.Los resultados que se obtienen dependen siempre, como es natural, de la clase detratamiento, de la microestructura y de la composicin qumica de la fundicin. Lasfundiciones con gran cantidad de ferrita y grafito, no son las ms recomendables para serendurecidas por tratamiento trmico. En cambio, con las fundiciones de matriz perltica se

puede conseguir mejoras muy importantes de dureza y de resistencia al desgaste portemple y revenido.

Con el temple aumenta la dureza y luego con el revenido disminuye; esta disminucin estanto ms sensible cuanto ms elevada sea la temperatura (figura 3.3). En cambio, el efectodel temple sobre la resistencia a la traccin es diferente. En la misma figura 3.3 se observacmo con el temple disminuye la resistencia y luego, en cambio, con el revenido, aumenta.

Se observa que con revenidos a temperaturas inferiores a los 500 C, aumenta la resistenciaa medida que aumenta la temperatura de revenido. En cambio, a partir de ese punto, lasfundiciones se comportan igual que los aceros y la resistencia disminuye al aumentar latemperatura de revenido.


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Figura 3.3. Influencia del temple y revenido en la resistencia a la traccin

y en la dureza de las fundiciones grises23.

En los resultados influye mucho la templabilidad de cada fundicin. sta depende en granparte de los elementos de aleacin, debiendo considerarse tambin el espesor de las piezasy el medio de enfriamiento. En general, es ms fcil que se produzcan grietas o roturas enel temple de las piezas de fundicin que en las del acero, puesto que las fundiciones estnconstituidas por una materia ms dbil que la de los aceros, debido principalmente a laexistencia de lminas de grafito. Las grietas se producen como consecuencia de lastensiones que se derivan del rpido y desigual enfriamiento que experimentan las distintas

partes de las piezas al ser introducidas en el lquido de temple.

Suele ser ms conveniente enfriar en aceite que en agua, porque en este ltimo caso lavelocidad de enfriamiento es muy grande, y son muy importantes las diferencias detemperatura entre diversas zonas de la pieza durante el enfriamiento. Estas diferencias danlugar a fuertes tensiones que pueden ocasionar deformaciones y roturas. Pero al templar las

fundiciones ordinarias en aceite, se observa que no se alcanzan altas durezas y el temple esimperfecto y por ello es necesario emplear en ocasiones elementos de aleacin quemejoren la templabilidad. Los elementos usados con ese fin son el cromo, cobre, nquel ymolibdeno.

3.5 Endurecimiento superficial de las fundiciones por flameado.

En muchos casos se puede mejorar la resistencia al desgaste de las fundiciones grisesendureciendo nicamente su zona perifrica. El mtodo ms empleado para ello es elflameado o calentamiento superficial con llama. En ocasiones tambin, pero con menosfrecuencia, se emplea el calentamiento por induccin.

En este proceso la capa exterior de la pieza es calentada a temperaturas superiores a lacrtica de transformacin por medio de una llama oxi- acetilnica o de gas y oxgeno, yluego se enfra rpidamente el material casi siempre con agua para conseguir la formacinde martensita.

Las piezas de fundicin despus de este tratamiento estn constituidas por una capaexterior perifrica dura y resistente al desgaste con un corazn blando de fundicin gris.


Resistencia

k /mm2


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Hay adems una capa intermedia situada inmediatamente debajo de la capa dura, la cualexperimenta un cierto calentamiento pero no llega a alcanzar la temperatura de temple.Puede considerarse que esa zona sufre un recocido de ablandamiento.

El flameado es un tratamiento muy interesante para las fundiciones, emplendolo se puedeobtener fcilmente una superficie dura, muy resistente al desgaste. Este tratamiento en

ocasiones tiene grandes ventajas debido a que las tensiones producidas por el flameado sonmenores que las producidas por el temple total, las tensiones producidas en el enfriamientosern mayores.

Para este tratamiento se recomienda emplear fundiciones perlticas con contenidos desilicio inferiores a 2 % y porcentajes de manganeso variables de 0,8 a 1 %, ya que esteelemento favorece el endurecimiento.

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