Tratamientos Termicos en Los Aceros

8/17/2019 Tratamientos Termicos en Los Aceros

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TRATAMIENTOS TERMICOS EN LOS ACEROS

En los materiales pueden ocurrir muchos tipos de transformaciones de estado sólido y pueden controlarse con los tratamientos térmicos adecuados. Estos tratamientostérmicos están diseñados para proporcionar una distribución óptima de dos o más fasesen la microestructura. El endurecimiento por dispersión resultante causado por las fasesnos permite obtener una gran variedad de estructuras y propiedades en los materiales.En la más común de estas transformaciones -excediendo el límite de solubilidadendurecimiento por enve!ecimiento control del eutectoide y la reacción martensítica- se

pretende producir una microestructura final "ue contenga una distribución uniforme demuchas partículas finas y duras de precipitado en una matri# más blanda y dúctil.$aciendo esto es posible obstaculi#ar de modo efectivo el movimiento de lasdislocaciones proporcionando así resistencia paro manteniendo aún una ductilidad ytenacidad convenientes. El control cuidadoso de las temperaturas en el tratamientotérmico así como sus tiempos es esencial para obtener la microestructura apropiada.

%os diagramas de fases sirven para seleccionar las temperaturas apropiadas pero senecesitan datos experimentales para lograr finalmente la combinación óptima detiempos temperaturas y composiciones. &inalmente puesto "ue se obtienen propiedadesoptimas a través del tratamiento térmico debemos tener presente "ue la estructura y las

propiedades pueden modificarse cuando el material se utili#a en altas temperaturas. Elsobreenve!ecimiento el sobrerrevenido y la perdida de coherencia pueden ocurrir comouna ampliación natural del fenómeno "ue rige estas transformaciones cuando el materiales puesto en servicio.

Tratamientos térmicos del acero

El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para "ue puedaalcan#ar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesosconsisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido paracambiar sus propiedades físicas. 'on el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuer#os internos el tamaño del grano incrementar la tenacidad o producir unasuperficie dura con un interior dúctil. %a clave de los tratamientos térmicos consiste enlas reacciones "ue se producen en el material tanto en los aceros como en las aleacionesno férreas y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las pie#ascon unas pautas o tiempos establecido.

(ara conocer a "ue temperatura debe elevarse el metal para "ue se reciba un tratamientotérmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el dehierro)hierro)carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las"ue suceden los cambios de fase *cambios de estructura cristalina+ dependiendo de losmateriales diluidos.

%os tratamientos térmicos han ad"uirido gran importancia en la industria en general ya"ue con las constantes innovaciones se van re"uiriendo metales con mayoresresistencias tanto al desgaste como a la tensión. %os principales tratamientos térmicosson,


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1.- Temple: u finalidad es aumentar la dure#a y la resistencia del acero. (ara ellose calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada "ue la crítica superior c*entre /00-/102'+ y se enfría luego más o menos rápidamente *según características dela pie#a+ en un medio como agua aceite etcétera.

El temple es un tratamiento térmico al "ue se somete al acero concretamente a pie#as omasas metálicas ya conformadas en el mecani#ado para aumentar su dure#a resistenciaa esfuer#os y tenacidad. El proceso se lleva a cabo calentando el acero a unatemperatura aproximada de /314' en el cual la ferrita se convierte en austenita despuésla masa metálica es enfriada rápidamente sumergiéndola o rociándola en agua en aceiteo en otros fluidos o sales. 5espués del temple siempre se suele hacer un revenido.

Tipos de temple

$ay dos tipos de temples uno de ellos es el "ue se templa la totalidad de la pie#a

incluyendo su núcleo y otro es el "ue solo se templa su superficie externa de!ando elnúcleo menos duro para "ue sea más flexible. este segundo temple se le llama6temple superficial6 y existen dos tipos de éste según la manera de calentar, 6a la llama6*en desuso+ y el temple por inducción.

7ambién la dure#a superficial se obtiene por medio del cementado sin endurecer elnúcleo aplicado en engrana!es y otros elementos "ue re"uieran similares características.

Factores que influyen en el temple

• %a composición "uímica del acero a templar especialmente la concentración de

carbono. 7ambién es muy importante la presencia de aleantes ya "ue amplían lafran!a temporal de enfriamiento en la "ue se puede obtener martensita.

• %a temperatura de calentamiento y el tiempo de calentamiento de acuerdo conlas características de la pie#a.

• %a velocidad de enfriamiento y los lí"uidos donde se enfría la pie#a para evitar tensiones internas y agrietamiento.

• %as tensiones internas son producidas por las variaciones exageradas "ue se lehace sufrir al acero primero elevándola a una temperatura muy alta y luegoenfriándola. 8stas tensiones y grietas son consecuencia del cambio de volumen"ue se produce en el interior del acero debido a "ue el núcleo enfría a menor velocidad. las pie#as templadas hay "ue darles un tratamiento posterior llamado revenido para eliminar las tensiones internas

Características generales del temple

• Es el tratamiento térmico más importante "ue se reali#a• $ace el acero más duro y resistente pero más frágil• %a temperatura de calentamiento puede variar de acuerdo a las características de

la pie#a y resistencia "ue se desea obtener.• El enfriamiento es rápido• i el temple es muy enérgico las pie#as se pueden agrietar.

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• Es uno de los principales tratamientos térmicos "ue se reali#an y lo "ue hace esdisminuir y afinar el tamaño del grano de la alineación de acero correspondiente.e pretende la obtención de una estructura totalmente martensítica.

• e basa en calentar la pie#a a una temperatura comprendida ente 900 2' y 30002' para luego enfriarla rápidamente controlando el tiempo de calentamiento y

de enfriamiento.

:.- ;evenido, ólo se aplica a aceros previamente templados para disminuir ligeramente los efectos del temple conservando parte de la dure#a y aumentar latenacidad. El revenido consigue disminuir la dure#a y resistencia de los acerostemplados se eliminan las tensiones creadas en el temple y se me!ora la tenacidadde!ando al acero con la dure#a o resistencia deseada. e distingue básicamente deltemple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.

El revenido es un tratamiento térmico "ue sigue al de templado del acero. 7iene como

fin reducir las tensiones internas de la pie#a originadas por el temple o por deformaciónen frío.


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Enfriamiento

%a velocidad de enfriamiento del revenido no tiene influencia alguna sobre el materialtratado cuando las temperaturas alcan#adas no sobrepasan las "ue determinan la #ona defragilidad del materialA en este caso se enfrían las pie#as directamente en agua. i el

revenido se efectúa a temperaturas superiores a las de fragilidad es convenienteenfriarlas en baño de aceite caliente a unos 3104' y después al agua o simplemente alaire libre.

Revenido del acero rpido

e hace a la temperatura de 100 a @004' en baño de plomo fundido o de sales. Elcalentamiento debe ser lento el mantenimiento del caldeo será por lo menos de mediahoraA finalmente se de!a enfriar al aire.

5os revenidos sucesivos me!oran las características mecánicas y las de corte de losaceros rápidos.

!.- Recocido, 'onsiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura deausteniti#ación *B00-/:12'+ seguido de un enfriamiento lento. 'on este tratamiento selogra aumentar la elasticidad mientras "ue disminuye la dure#a. 7ambién facilita elmecani#ado de las pie#as al homogenei#ar la estructura afinar el grano y ablandar elmaterial eliminando la acritud "ue produce el traba!o en frío y las tensiones internas.

El recocido es el tratamiento térmico "ue en general tiene como finalidad principalablandar el acero regenerar la estructura de aceros sobrecalentados o simplementeeliminar las tensiones internas "ue siguen a un traba!o en frío. Cmplica un calentamientohasta una temperatura "ue permita obtener plenamente la fase estable a alta temperaturaseguido de un enfriamiento lo suficientemente lento como para "ue se desarrollen todaslas reacciones completas.

Características generales del recocido

• e emplea para ablandar metales y ganar tenacidad generalmente aceros.•

e obtienen aceros más mecani#ables.• Evita la acritud del material.• %a temperatura de calentamiento está entre @00 y 900 4'.• El enfriamiento es lento.

Tipos de recocido

• Recocido de regeneraci"n o total cuando se trata de ablandar el acero yregenerar su estructura. 'onsiste en calentar el acero a una temperatura entre=0 4' y 10 4' superior a la crítica mantener la temperatura durante un tiempo yde!arlo enfriar lentamente con ob!eto de conseguir un grano fino "ue facilite su

mecani#ado y una perlita con una configuración más dislocada. En general se

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de!a enfriar dentro del mismo horno y se consiguen estructuras con grandesmasas de perlitas rodeadas de ferrita o cementita.

• Recocido de glo#uli$aci"n se utili#a normalmente en aceros hipereutectoides para favorecer el mecani#ado. e calienta la pie#a unos 31 4' a 10 4' por encima del e"uilibrio y se de!a enfriar.

• Recocidos su#críticos es decir reali#ados a temperaturas inferiores a la crítica.%os principales recocidos subcríticos son,o Recocido de a#landamiento o glo#uli$aci"n. Es un tratamiento "ue se

da a los aceros después de la for!a o laminación en caliente para eliminar tensiones y dure#a en vista a un mecani#ado posterior. e calienta la

pie#a a una temperatura inferior a la crítica y después se de!a enfriar alaire libre.

o Recocido contra acritud. e hace en los materiales laminados o perfilados en frío para "uitarles la acritud y aumentar su tenacidad yfavorecer la formación de cristales. Es un tratamiento similar al anterior

pero reali#ado a temperatura inferior a a"uel.

%.- &ormali$ado, 7iene por ob!eto de!ar un material en estado normal es decirausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. e sueleemplear como tratamiento previo al temple y al revenido.

El normali$ado es un tratamiento térmico "ue se emplea para dar al acero unaestructura y unas características tecnológicas "ue se consideran el estado natural oinicial del material "ue fue sometido a traba!os de for!a laminación o tratamientos

defectuosos. e hace como preparación de la pie#a para el temple.

El procedimiento consiste en calentar la pie#a entre =0 y 10 grados centígrados por encima de la temperatura crítica superior tanto para aceros hipereutectoides como paraaceros hipoeutectoides y mantener esa temperatura el tiempo suficiente para conseguir la transformación completa en austenita. continuación se de!a enfriar en aire tran"uiloobteniéndose una estructura uniforme.

'on esto se consigue una estructura perlítica con el grano más fino y más uniforme "uela estructura previa al tratamiento consiguiendo un acero más tena#. Es lo "uellamamos perlita fina *observar un diagrama 777 de la fase austenita y posteriormente

reali#ar una isoterma a una temperatura determinada+.

Factores que influyen• %a temperatura de cristali#ación no debe sobrepasar mucho la temperatura

crítica.• El tiempo al "ue se debe tener la pie#a a esta temperatura deberá ser lo más corto

posible.• El calentamiento será lo más rápido posible.• %a clase y velocidad de enfriamiento deberán ser adecuados a las características

del material "ue se trate.

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TR'T'M(E&T)* TERM)+,M(C)* E/ 'CER)

%os tratamientos termo"uímicos son tratamientos térmicos en los "ue además de loscambios en la estructura del acero también se producen cambios en la composición"uímica de la capa superficial añadiendo diferentes productos "uímicos hasta una

profundidad determinada. Estos tratamientos re"uieren el uso de calentamiento yenfriamiento controlados en atmósferas especiales.

Entre los ob!etivos más comunes de estos tratamientos están aumentar la dure#asuperficial de las pie#as de!ando el núcleo más blando y tena# disminuir el ro#amientoaumentando el poder lubrificante aumentar la resistencia al desgaste aumentar laresistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión.

1.- Cementaci"n 0C: aumenta la dure#a superficial de una pie#a de acero dulceaumentando la concentración de carbono en la superficie. e consigue teniendo en

cuenta el medio o atmósfera "ue envuelve el metal durante el calentamiento yenfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la #ona

periférica obteniéndose después por medio de temples y revenidos una gran dure#asuperficial resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.

%a cementaci"n es un tratamiento termo"uímico en el "ue se aporta carbono a lasuperficie de una pie#a de acero mediante difusión modificando su composiciónimpregnado la superficie y sometiéndola a continuación a un tratamiento térmico.

)#2etivo de la cementaci"n

El templado proporciona dure#a a la pie#a pero también fragilidad. (or el contrario sino se templa el material no tendrá la dure#a suficiente y se desgastará. (ara conservar las me!ores cualidades de los dos casos se utili#a la cementación.

%a cementación tiene por ob!eto endurecer la superficie de una pie#a sin modificacióndel núcleo dando lugar así a una pie#a formada por dos materiales la del núcleo deacero con ba!o índice de carbono tena# y resistente a la fatiga y la parte de lasuperficie de acero con mayor concentración de carbono más dura resistente aldesgaste y a las deformaciones siendo todo ello una única pie#a compacta.

%a cementación consiste en recubrir las partes a cementar de una materia rica encarbono llamada cementante y someterla durante varias horas a altas temperatura*30004'+. En estas condiciones el carbono irá penetrando en la superficie "ue recubre ara#ón de 03 a 0: mm por hora de tratamiento.

%a pie#a así obtenida se le da el tratamiento térmico correspondiente temple y revenidoy cada una de las dos #onas de la pie#a ad"uirirá las cualidades "ue corresponden a su

porcenta!e de carbono. En ocasiones se dan dos temples uno homogéneo a toda la pie#ay un segundo temple "ue endurece la parte exterior.

%a cementación encuentra aplicación en todas a"uellas pie#as "ue tengan "ue poseer

gran resistencia al cho"ue y tenacidad !unto con una gran resistencia al desgaste comoes el caso de los piñones levas e!es etc.

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Características de la cementaci"n

• Endurece la superficie• >o le afecta al cora#ón de la pie#a• umenta el carbono de la superficie• u temperatura de calentamiento es alrededor de los /00 2'• e rocía la superficie con polvos de cementar * (roductos cementantes+• El enfriamiento es lento y se hace necesario un tratamiento térmico posterior• %os engrana!es suelen ser pie#as "ue se cementan

'ceros de cementaci"n

on apropiados para cementación los aceros de ba!a contenido de carbono "ueconserven la tenacidad en el núcleo. El cromo acelera la velocidad de penetración delcarbono. %os aceros al cromo ní"uel tienen buenas cualidades mecánicas y responden

muy bien a este proceso. Dna concentración de ní"uel por encima del 1 retarda el proceso de cementación.

egún sean los re"uisitos de dure#a y resistencia mecánica existen varios tipos de acerosadecuados para recibir el tratamiento de cementación y posterior tratamiento térmico.

Tipos de aceros para cementación

• 'ceros para cementaci"n al car#ono, 'ementación /002-/102 primer templeBB02-/302 en agua o aceite segundo temple 9?02-9902 en agua. ;evenido :002máx.

plicaciones, (ie#as poco cargadas y de espesor reducido de poca responsabilidad yescasa tenacidad en el núcleo.

• 'ceros para cementaci"n al Cr-&i de 1345gf6mm3, 7iene en su composiciónun 3 de 'r y un ?31 de >i. 'ementación B102-/002 primer temple /002-B=02 en aceite segundo temple 9?02-9B02 en aceite. ;evenido :002 máx.

plicaciones, (ie#as de gran resistencia en el núcleo y buena tenacidad. Elementos demá"uinas y motores. Engrana!es levas etc.

•

'ceros para cementaci"n al Cr-Mo de 74 5gf6mm

3

, 7iene en su composiciónun 331 de 'r y un 0:0 de


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3.- &itruraci"n 0&: al igual "ue la cementación aumenta la dure#a superficialaun"ue lo hace en mayor medida incorporando nitrógeno en la composición de lasuperficie de la pie#a. e logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre?00 y 1:1 2' dentro de una corriente de gas amoniaco más nitrógeno.

%a nitruraci"n es un tratamiento termo"uímico en el "ue se modifica la composicióndel acero incorporando nitrógeno durante el proceso de tratamiento térmico mediante elcalentamiento en una atmósfera rica en nitrógeno

u ob!etivo principal es el de aumentar la dure#a superficial del las pie#as además deaumentar su resistencia a la corrosión y a la fatiga.

8rocedimiento

Existen : procedimientos para la nitruración, la nitruración en horno y la nitruración

iónica. (ara la nitruración en horno se coloca la pie#a dentro del horno dentro del cualse hace circular amoníaco y posteriormente se calienta a temperaturas deaproximadamente 1004' lo "ue provoca "ue el amoníaco se descomponga ennitrógeno e hidrógenoA el hidrógeno se separa del nitrógeno por diferencia de densidady el nitrógeno al entrar en contacto con la superficie de la pie#a forma unrecubrimiento de nitruro de hierro.

(ara la nitruración iónica las moléculas de amoníaco se separan mediante la aplicaciónde un campo eléctrico esto se logra sometiendo al amoníaco a una diferencia de

potencial de entre =00 y 3000 F. %os iones de nitrógeno se dirigen hacia el cátodo *"ueconsiste en la pie#a a tratar+ y reaccionan para formar el nitruro de hierro.

i bien este tratamiento da gran dure#a superficial a la pie#a la velocidad de penetración es muy lenta aproximadamente 3 mm en 300 horas de tratamiento pero nonecesita de temple posterior %as partes de la pie#a "ue no se deseen nitrurar se deben decubrir con un baño de estaño-plomo al 10.

'plicaciones de la nitruraci"n

%a nitruración se aplica principalmente a pie#as "ue son sometidas regularmente agrandes fuer#as de ro#amiento y de carga tales como pistas de rodamientos camisas decilindros etc. Estas aplicaciones re"uieren "ue la pie#as tengan un núcleo con cierta

plasticidad "ue absorba golpes y vibraciones y una superficie de gran dure#a "ueresista la fricción y el desgaste.

%as pie#as "ue se hayan pasado por un proceso de nitruración se pueden usar en traba!oscon temperaturas de hasta 100 4' *temperatura de nitruración+ temperatura a la cual elnitrógeno comien#a a escaparse de la pie#a eliminando los efectos de la nitruración ydisminuyendo la dure#a de la pie#a.

'ceros para nitruraci"n

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>o todos los aceros son aptos para nitrurar ya "ue en ocasiones el procedimiento puederesultar contraproducente tales como los aceros al cardón en los "ue el nitrógeno

penetra demasiado rápido en la estructura y la capa nitrurada tiende a desprenderse.

(aar este proceso resulta conveniente "ue en la composición de la aleación haya una

cierta cantidad de aluminio *3 aproximadamente+. lgunos e!emplos de aceros aptos para la nitruración son,

• 'cero para nitruraci"n al Cr-Mo-9 de alta resistencia, %a composición extrade este acero es la siguiente, 0=: ' =:1 'r 0?0


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cianuro de sodio con cloruro de sodio y carbonato de sodio el enfriamiento se dadirectamente por inmersión al salir del baño de cianuro con esto se obtiene una

profundidad de superficie templada uniforme de unos 0.:1 mm en un tiempo de unahora.

%.- Car#onitruraci"n 0C&: al igual "ue la cianuración introduce carbonoy nitrógeno en una capa superficial pero con hidrocarburos como metano etano o

propanoA amoniaco *>$=+ y monóxido de carbono *'I+. En el proceso se re"uierentemperaturas de @10 a B10 2' y es necesario reali#ar un temple y un revenido posterior.

4.- *ulfini$aci"n 0*&C: aumenta la resistencia al desgaste por acción del

a#ufre. El a#ufre se incorporó al metal por calentamiento a ba!a temperatura *1@1 2'+ enun baño de sales.
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