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TRATAMIENTOS DE LOS MATERIALESTRATAMIENTOS DE LOS MATERIALES
Tratamientos térmicos
Tratamientos termoquímicosTratamientos mecánicos
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Profesor: César Malo Roldán
INDICEINDICE
•
¿Qué es un tratamiento térmico?• ¿Qué es un tratamiento termoquímico?• Referentes de temperaturas en los tratamientos• Fundamento de los tratamientos térmicos• Constituyentes metaestables de los aceros
• Martensita• Bainita
• Troostita• Resumen: velocidad de enfriamiento -transformación.
sg)• Finalidad de los tratamientos térmicos• Factores comunes a los tratamientos térmicos.
• Calentamiento• Velocidad de calentamiento• Tiempo de permanencia
• T RAT A M I E N T O S T É R MI C O S
• ¿QUE ES EL TEMPLE?• Fundamento
• Finalidad
• Calentamiento
• Temperaturas recomendadas
• Tiempo de calent. y velocidad de enfriamiento
• Medios de enfriamiento
• TIPOS DE TEMPLE• Temple continuo completo.
• Temple continuo incompleto.• Temple martempering.• Temple austempering.• Temple superficial.
• REVENIDO• RECOCIDO• RECOCIDO: Tipos.
• Recocido de regeneración• Recocido globular • Recocido de ablandamiento• Recocido de homogenización• Recocido de recristalización• Recocido isotérmico
• NORMALIZADO
• T RAT AMI ENT O S T E R MOQ UÍ M I C O
• CEMENTACIÓN
• Proceso de cementación
• NITRURACIÓN• Proceso de nitruración
• CIANURACIÓN• Proceso de cianuración
• CARBONITURACIÓN
• T RAT AMI ENT O S M E CÁNI COS : FOR
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¿Qué es un tratamiento térmico?¿Qué es un tratamiento térmico?
Son procesos técnicos que,mediante calentamientos yenfriamientos, producen cambios en
las propiedades mecánicas de losmateriales, es decir, aumentan laresistencia a la tracción y la dureza,
sin alterar su composición química.
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¿Qué es un tratamiento termoquímico?¿Qué es un tratamiento termoquímico?
Son procesos técnicos que,mediante calentamientos,enfriamientos y cambios en lacomposición química de losmateriales, provocan un aumento dela resistencia y la dureza de lassuperficie exterior de las piezas,
manteniendo el núcleo de lasmismas con las propiedadesiniciales.
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Referentes de temperaturas en los tratamientosReferentes de temperaturas en los tratamientos
Son las líneas detransformación delos constituyentes
estables en eldiagrama Fe-C(perlita, ferrita ycementita) – Ac3: ferrita – Acm: cementita
– Ac1: perlita
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Fundamento de los tratamientos térmicosFundamento de los tratamientos térmicos
El fundamento es obtener constituyentes metaestables,sometiendo a la austenita a unenfriamiento más rápido que el
recogido en el diagrama Fe-C La velocidad de los
constituyentes estables deldiagrama Fe-C es de 50ºC/seg.
Los constituyentesmetaestables se obtienen por enfriamiento a velocidadessuperiores a 50ºC/seg.
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Constituyentes metaestables de los acerosConstituyentes metaestables de los aceros
MARTENSITA: – Velocidad de
enfriamiento de la
austenita > 600ºC/seg. – Solución solida
sobresaturada dehierro alfa y carbono.
– Constituyente básicode los acerostemplados.
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BAINITA: –Velocidad de
enfriamiento de la
austenita entre 275y 500ºC/seg.
–Formado por una
mezcla difusa deferrita y cementita.
Constituyentes metaestables de los acerosConstituyentes metaestables de los aceros
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TROOSTITA: – Velocidad de enfriamiento
de la austenita entre 50 y200ºC/seg.
– También puede obtenersepor transformaciónisotérmica de la austenitaa temperaturas de 500 y
600 ºC. – Formado por una fina
dispersión de cementitaen hierro alfa.
Constituyentes metaestables de los acerosConstituyentes metaestables de los aceros
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Resumen: velocidad de enfriamientoResumen: velocidad de enfriamiento-transformación. (ºC/sg)-transformación. (ºC/sg)
600 500 275 200 50
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Finalidad de los tratamientos térmicosFinalidad de los tratamientos térmicos
Alcanzar máxima dureza y resistencia.Disminuir la acritud del trabajo en frío de
los materiales.
Eliminar tensiones internas, debido a lasdeformaciones de la red atómica. – Aumentan dureza y fragilidad. – Mejorar la maquinabilidad y resistencia a
agentes químicos.Crear estructuras internas homogéneas.
Estado en el que se encuentra
un material cuando ha perdido
su ductilidad y maleabilidad .
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Factores comunes a los tratamientos térmicos.Factores comunes a los tratamientos térmicos.
Calentamiento:Desde la temperatura
ambiente hasta ladeseada
En los aceros su puntode partida es elconstituyenteestructuralaustenítico.
En aceros desdeAc3AcmAc1
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Factores comunes a los tratamientos térmicos.Factores comunes a los tratamientos térmicos.
Velocidad decalentamiento:Debe producirse de forma que
no se establezcan
diferencias de temperaturaentre la periferia y el núcleo.Debe evitarse calentamientos
rápidos.La diferencia entre puntos
equidistantes de una piezatransversalmente 25mm –20ºC
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Tiempo de permanencia:El necesario para la
homogenización de laaustenita.
Es función de espesor,temperatura decalentamiento ycomposición del acero.
Tamaño de grano lo más fino
posible. Lastransformaciones son másrápidas y homogéneas.
Factores comunes a los tratamientos térmicos.Factores comunes a los tratamientos térmicos.
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TRATAMIENTOS TÉRMICOSTRATAMIENTOS TÉRMICOS
Temple
Revenido
RecocidoNormalizado
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¿¿QUE ES EL TEMPLE?QUE ES EL TEMPLE?
Tratamiento térmicoque mediantecalentamiento,mantenimiento y
enfriamientoadecuado, transformala austenita enmartensita.
¿Es elevada lavelocidad deenfriamiento?
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TEMPLE:TEMPLE: Fundamento Fundamento
Para templar una piezase calienta hasta untemperatura superior a
la crítica – manteniendo
el tiempo suficientehasta lograr la totaltransformación de laaustenita- y enfriandorápidamente.
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TEMPLE:TEMPLE: Finalidad Finalidad
Aumentar la resistencia a tracción,dureza y elasticidad de los aceros.Disminuir plasticidad, tenacidad y
alargamiento.Modificar : –Propiedades físicas: aumento del
magnetismo y la resistenciaeléctrica.
–Propiedades químicas: aumentode la resistencia a la corrosión.
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TEMPLE:TEMPLE: CalentamientoCalentamiento
Hipoeutectoides y eutectoides: soloaustenita,
destruyendo la ferritaque es blando.Hipereutectoides:
austenita y cementita(es duro y aumenta laresistencia y durezade la pieza).
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TEMPLE: TTEMPLE: Temperaturas recomendadasemperaturas recomendadas
Hipoeutectoides:
– Ac3 + 50ºC.
Eutectoides: –Ac1 + 50ºC
Hipereutectoides:
–Ac1 + 50ºC
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TEMPLE:TEMPLE:Tiempo de calentamiento y velocidad de enfriamientoTiempo de calentamiento y velocidad de enfriamiento
Tiempo de calentamiento: – depende del espesor de la
pieza. – Homogeneidad en la
austenita (hipoeutectoides y
eutectoides) – Homogeneidad en la
austentita y cementita(hipereutectoides)
Velocidad de enfriamiento: – Muy elevada. – Depende de la composición
y tamaño de grano del acero.
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TEMPLE:TEMPLE: Medios de enfriamientoMedios de enfriamiento
Agua: – Medio rápido y potente. Temple muy fuerte. – La temperatura del agua menor de 30 ºC – Las piezas deben agitarse dentro del agua para impedir
que el vapor producido haga de aislante retrasando elenfriamiento. Para enfriar aceros al carbono.Aceite mineral:
– Más lento que el agua.
– Para temples suaves y uniformes.Metales y sales fundidas:
– Para enfriamientos isotérmicos. Los metales fundidosmás usados: Pb, Hg, Pb-Sn.
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TIPOS DE TEMPLETIPOS DE TEMPLE
Vienen determinados por el procesode ejecución y la estructura final delos constituyentes. – Temple continuo:
• Completo• Incompleto
– Temple isotérmico:•
Austempering• Martempering
– Temple superficial .
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Temple continuo completo.Temple continuo completo.
Aceroshipoeutectoides.
Ac3 + 50º – Ferrita en Austenita
Se enfría a unatemperatura superior ala crítica.
Se obtieneMARTENSITA COMOÚNICOCONSTITUYENTE
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Temple continuo incompleto.Temple continuo incompleto.
Aceroshipereutectoides.Ac1 + 50º
– Perlita en Austenita y
Cementita sin transformar Se enfría a una
temperatura superior ala crítica.
Se obtieneMARTENSITA MASCEMENTITA COMOCONSTITUYENTES
FINALES
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Temple martempering.Temple martempering.
Se utiliza para aceros quepor su forma irregular noaceptan el temple completo.
Ac3 + 50º: austenita Enfriamiento brusco poco
antes de Ms (antes deformarse la martensita).
Se introduce en baño desales hasta que toda la piezaadquiere la mismatemperatura.
Posteriormente se enfríarapidamente en agua hastatª ambiente.
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Temple austempering.Temple austempering.
Se utiliza para aceros que noaceptan el temple continuo.
Es más efectivo para evitar grietasy deformaciones (aceros muytenaces).
Ac3 + 50º: austenita en
hipereutectoides. Enfriamiento brusco poco antes
de Ms (antes de formarse lamartensita) sobre 450ºC
Se introduce en baño de sales
(isotérmica), transformandoaustenita en bainita (muchatenacidad).
Posteriormente se enfríarápidamente.
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Temple superficial.Temple superficial.
Para templar solo lasuperficie del acero.Se obtienen piezas:
– Superficie:
• Duras y resistentes – Nucleo:
• Tenaces.
Se calienta solo la
zona superficialconvirtiéndola enaustenita y luego seenfría bruscamente
(martensita)
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REVENIDOREVENIDO
Mejora las características delas piezas templadas,eliminando tensiones yfragilidad producida en eltemple.
Se calienta las piezastempladas a una tª menor quela crítica y se enfrían al airehasta tª ambiente.
Realiza cambios en lamartensita y austenita residual. Según tiempo de permanencia
y temperatura, se transforma enconstituyentes estables.
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RECOCIDORECOCIDO
Transforma los constituyentesmetaestables de tratamientos ymecanizados en frío, en austenita,enfriando adecuadamente hastaconvertirlo en constituyentes estables.
El objeto de este tratamiento es ablandar y eliminar tensiones internas,
pretendiendo aumentar plasticidad ydisminuyendo la resistencia y dureza delas piezas.
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RECOCIDO:RECOCIDO: Tipos.Tipos.
Los tipos de recocidos vienendeterminados por la temperatura máximade calentamiento.
– Recocido de regeneración – Recocido globular
– Recocido de ablandamiento
–Recocido de homogenización
– Recocido de cristalización o contra acritud
– Recocido isotérmico.
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Recocido de regeneraciónRecocido de regeneración
Se utiliza para afinar losgranos que se producen por aceros sobrecalentados ydestruir los efectos
producidos por un mal
templado. Ac3 + 50º = hipoeutectoides Acm + 50º = hipereutectoides
Se enfrían en horno hasta500º y continuando despuésal aire (estables).
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Recocido globular Recocido globular
Se utiliza para alcanzar elmáximo ablandamiento enacero muy carburados (hipereutectoides).
Temperatura entre Ac1 y Acm,transformándose en Austenita
y Cementita. Se enfrían en horno hasta 500º
y continuando después al aire(estables).
El ablandamiento se produce
cuando la perlita (globular) seune con partículas decementita, formando esferasque se distribuyen entre laferrita.
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Recocido de ablandamientoRecocido de ablandamiento
Se utiliza para facilitar lamecanización en piezas,previamente templadas.
Se calientan a unatemperatura algo inferior a
Ac1 eutectoides, Ac3hipoeutectoides ó Acmhipereutectoides.
Convierte los constituyentesdel temple: martensita, bainitay perlita en austenita.
Enfriando lentamente al airelos convierten en ferrita,cementita y perlita.
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Recocido de homogenizaciónRecocido de homogenización
Se utiliza para destruir lasheterogeneidades químicas que se originan
en la solidificación.
Se calientan a una temperatura Ac3 + 200º.Se favorece la difusión de todos loselementos presentes.
Enfriando lentamente en horno. Velocidadde enfriamiento más baja, mejor homogenización.
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Recocido de recristalizaciónRecocido de recristalización
Se utiliza para devolver a los aceros lascaracterísticas estables iniciales despuésde sometidos a deformaciones por trabajosen frío o caliente.
Se calientan a una temperatura 500º C óAc1-50ºC.
Enfriando lentamente en horno o al aire. Se
obtienen estructuras cristalinas nodeformadas, evitando acritud y aumentandoelasticidad y tenacidad.
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Recocido isotérmicoRecocido isotérmico
Se utiliza para ablandar piezas que han sidoforjadas en caliente y herramientas de alta
aleación.
Se calientan a una temperatura Ac1+50ºC.Se enfrían hasta una temperatura de 700 º C
y manteniéndola hasta que toda la austenita
se transforma en perlita.Posteriormente se enfrían a aire.
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NORMALIZADONORMALIZADO
Su finalidad es afinar laestructura y eliminar tensionesinternas por tratamientosdefectuosos, por mecanizado o
forjado en frío o en caliente.Mediante calentamiento a
temperatura superior a Ac3 ymanteniendo hasta
austenización total se enfría alaire.Produce estructura
homogénea, blanda y dúctil.
N O R M
A L I Z A
D O
S I N N O R M
A L I Z
A R
ÍÍ
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TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOSTRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
Cementación
NitruraciónCianuración
Carbonitruración
ÓÓ
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CEMENTACIÓNCEMENTACIÓN
Su finalidad es aumentar la cantidad de carbonoen las capas mássuperficiales.
Se aumenta laresistencia del materialen la superficie,manteniendo la
tenacidad del núcleo.Engranajes, ruedas,chapas de blindaje, etc.
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Proceso de cementaciónProceso de cementación
1. Las piezas a cementar se introducen en unacaja cubierta con la sustancia cementante(sólida, liquida o gaseosa).
2. Se introduce al horno.
3. Se calienta hasta 850-900 º C.4. Se convierte en austenita y por difusión el
carbono es absorbido por el hierro gamma.5. Se deja enfriar lentamente.6. Y finalmente se somete a temple.
– Proporciones de carbono: 0.5 a 0.9
– Espesores de capa cementada: 0.5 a 1.5 mm.
ÓÓ
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NITRURACIÓN NITRURACIÓN
Su finalidad es crear nitruros dehierro de elevada dureza en las
capas más superficiales de las
piezas.Los nitruros se encuentran en los
espacios intercristalinos del acero
(extraordinaria dureza).Se utiliza para piezas sometidas adesgaste, a corrosión o fatiga.
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Proceso de nitruraciónProceso de nitruración
1. Se introducen en hornos especiales,exponiéndolas a corrientes de amoniaco (500–520ºC) durante 40 a 90 horas según espesor.
2. El amoniaco se descompone formando nitrógenoatómico que es absorbido por el acero.
3. No necesita tratamiento posterior de templado,aunque si al inicio del proceso.
4. Frente a la cementación se consigue mejorescaracterísticas mecánicas.
– Espesores de capa nitrurada: 0.2 a 0.8 mm.
ÓÓ
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CIANURACIÓNCIANURACIÓN
Su finalidad es crear aumentarala cantidad de carbono y
nitrogeno en las capas
superficiales de las piezas.Se consigue aumento de
resistencia y dureza al desgaste.Se utiliza para pequeñas piezas
de bajo contenido en carbono.
d i ió
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Proceso de cianuraciónProceso de cianuración
1. Se introducen en un baño salino decianatos y carbonato sódico, atemperatura de 850 ºC y durante 1 hora depermanencia.
2. Durante el proceso, el cianuro sedescompone en nitrógeno atómico y delos sales el carbono.
3. Después de la cianuración se enfría alagua o al aire.4. Posteriormente se realiza un revenido.
ÓCARBONITURACIÓN
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CARBONITURACIÓNCARBONITURACIÓN
Tratamiento que combina lacementación y nitruración.A 700 º con atmósfera de
amoniaco, hidrocarburo y óxidode nitrógeno, durante variashoras.Para piezas de aceros ordinarios
de poco espesor.
i á iT i á i O AFORJA
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Tratamientos mecánicos:Tratamientos mecánicos: FORJAFORJA
Calentada una piezasometerla a esfuerzos
continuados de compresión.
Enfriamiento al aire siendo
mejor con calor residual. Mejora propiedadesmecánicas por: – Afino del grano – Eliminación de defectos
interiores – Formación de fibras por cambio
de orientación por deformación.
FIN DEL TEMAFIN DEL TEMA
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FIN DEL TEMAFIN DEL TEMA
Todo este estudio delos tratamientos nospermitirá unconocimiento
exhaustivo de lascaracterísticasmecánicas de losmateriales al utilizar uniones por soldadura (calor).