Tema 4. Tratamiento de metales
1. TRATAMIENTOS DE LOS METALES
Los metales se pueden someter a una serie de tratamientos para
potenciar sus propiedades: Dureza, resistencia mecnica, plasticidad
para facilitar su conformado,... Existen cuatro clases de
tratamientos: Tratamientos trmicos. El metal es sometido a procesos
trmicos en los que no vara su composicin qumica, aunque s su
estructura.
Tratamientos termoqumicos. Los metales se someten a
enfriamientos y calentamientos, pero adems se modifica la
composicin qumica de su superficie exterior.
Tratamientos mecnicos. Se mejoran las caractersticas de los
metales mediante deformacin mecnica, con o sin calor.
Tratamientos superficiales. Se mejora la superficie de los
metales sin variar su composicin qumica msica.
2. Tratamientos trmicos del acero
Los tratamientos trmicos son procesos donde se varia la
temperatura para modificar la microestructura y constitucin de los
metales y aleaciones.
El objetivo de estos tratamientos es mejorar las propiedades
mecnicas, de forma que a veces interesa mejorar la dureza y
resistencia, y otras la ductilidad o plasticidad para facilitar su
conformacin
2.1Curvas TTT
Las curvas TTT (transformacin-tiempo-temperatura) o curvas S de
Bain relacionan el tiempo y la temperatura requeridos para una
transformacin isotrmica. Se basan en calentar las probetas e
introducirlas despus en hornos isotrmicos, mantenidos a diferentes
temperaturas, con lo cual sufriran un enfriamiento instantneo.
Despus se anotan los tiempos necesarios ( aparicin del primer
nucleo de perlita y la desapacin de todo rasgo de austenita) y se
llevan a un diagrama en cuyo eje de ordenadas se representan las
temperaturas de los hornos isotrmicos, y el de abcisas los tiempos
de transformacin (generalmente en escala logartmica).
Acero Eutectoide
Velocidad cltica de templado
2.2 La importancia de la velocidad de enfriamiento
Para conseguir que un acero eutectoide se quede como perlita es
necesario que transcurran muchas horas para que se desplacen los
tomos de las redes y la cementita y la ferrita acaben formando las
consabidas capas alternadas.
Cuando la austenita se enfra ms rpidamente se obtiene un
material similar a la perlita pero con una microestructura menos
definida, que se llama bainita. Cuando el enfriamiento de la
austenita es muy rpido, el carbono disuelto no tiene tiempo de
salir de la red y la estructura se queda "congelada"; al material
resultante se le denomina martensita, que tiene una gran
resistencia mecnica y una elevada tenacidad. Este proceso de
congelacin se llama temple o templado.
2.2 La importancia de la velocidad de enfriamiento
Para conseguir que un acero eutectoide se quede como perlita es
necesario que transcurran muchas horas para que se desplacen los
tomos de las redes y la cementita y la ferrita acaben formando las
consabidas capas alternadas.
Cuando la austenita se enfra ms rpidamente se obtiene un
material similar a la perlita pero con una microestructura menos
definida, que se llama bainita. Cuando el enfriamiento de la
austenita es muy rpido, el carbono disuelto no tiene tiempo de
salir de la red y la estructura se queda "congelada"; al material
resultante se le denomina martensita, que tiene una gran
resistencia mecnica y una elevada tenacidad, peromenor que la
perlita y la bainita. Este proceso de congelacin se llama temple o
templado.
2.3 Perlita, Bainita y Martensita
Perlita y Martensita ( estudiar en el tema anterior).
Bainita: Se produce por una transformacin isotrmica de la
austenita . Esta constitudo por ferrita y cementita , como la
perlita , pero con una microestructura diferente
La transformacin baintica tambin depende del tiempo y de la
temperatura y se puede representar en un diagrama de transformacin
isotrmica , a temperaturas inferiores a las de formacin de la
perlita. En los tratamientos isotrmicos realizados entre 540-727 C,
se forma perlita y entre 215-540 C, el producto de transicin es la
bainita. Las transformaciones perltica y baintica compiten entre s
y slo una parte de una aleacin se puede transformar en perlita o en
bainita. La transformacin en otro microconstituyente slo es posible
volviendo a calentar hasta formar austenita.
2.4 El temple
El temple es un tratamiento trmico al que se somete al acero,
concretamente a piezas o masas metlicas ya conformadas en el
mecanizado, para aumentar su dureza y resistencia (aumenta
fragilidad y disminuye tenacidad). Se usa para la obtencin de
aceros martensticos.
La martensita es, tras la cementita, el constituyente ms duro de
los aceros.
El proceso se lleva a cabo calentando el acero a una temperatura
aproximada de 915C (ente 725C y 1000 C), en el cual la ferrita se
convierte en austenita, despus la masa metlica es Enfriado
rpidamente, sumergindola o rocindola en agua, en aceite o en otros
fluidos o sales.
Los tipos de temples se veran ms adelante.
2.5 Recocido
Recocido del acero: El recocido es el tratamiento trmico que, en
general, tiene como finalidad principal el ablandar el acero,
aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad.Suele emplearse
para eliminar les tensiones del temple o eliminar las tensiones
internas que siguen a un trabajo en fro
Consiste en calentar un material por encima de las temperaturas
de transformacin a la fase austentica , mantenerlo durante un
tiempo previsto y luego enfriar lentamento. (perlita)
2.6 Normalizado
Se realiza calentando el acero a una temperatura unos 50C 80C
por encima de la temperatura de austenizacin y una vez austenizado
(la ferrita se convierte en austerita) se deja enfriar al aire. La
velocidad de enfriamiento es ms lenta que en el temple y ms rpida
que en recocido. (perlita de grano fino)Con este tratamiento se
consigue afinar y homogeneizar la estructura. Se obtienen
estructuras ms resistentes y duras que con el recocido. Este
tratamiento es tpico de los aceros al carbono de construccin de
0.15% a 0.60% de carbono.
2.7 Revenido
Es un tratamiento que sigue al temple para evitar las tensiones
ocasionales y la fragilidad .Consiste en calentar por debajo de
723C (sin llegar a austerita) para que la martensita se transforme
en una estructura ms estable. Se hace luego un enfriamiento al aire
(relativamente rpido)
Se suele llamar acero bonificado, a aquel que a sufrido de forma
inmediata , despus del temple el revenido.
2.8 Tipos de temple
Hay varios tipos per nos vamos a centrar en dos de ellos.
Temple (Martempering): consiste en calentar el acero a
temperatura de austenizacin y mantenerlo el tiempo necesario para
que se transforme completamente en austenita. Posteriormente se
enfra en un bao de sales bruscamente hasta una temperatura prxima
pero superior a Ms, con el fin de homogeneizar la temperatura en
toda la masa y se acaba reduciendo la temperatura p ara que toda la
pieza se transforme en martensita.
Temple (Austempering) :consiste en calentar el acero a
temperatura de austenizacin y mantenerlo el tiempo necesario para
obtener austenita. Posteriormente se enfra bruscamente en un bao de
sales hasta una temperatura determinada, para igualar la
temperatura en toda la masa y luego se vuelve a disminuir la
temperatura para que toda la pieza se transforme en bainita.
2.9 El temple superficial
Temple superficial.- el ncleo de la pieza permanece inalterable,
blando y con buena tenacidad, y la superficie se transforma en dura
y resistente al rozamiento. Con el temple superficial se consigue
que solamente la zona ms exterior se transforme en martensita.Se
calienta la superficie con la llama de un soplete, hasta llegar a
la temperatura de austenizacin y luego se enfra rapidamente.
3.Tratamientos termoqumicos
Son tratamientos que varan la composicin qumica superficial de
los aceros mediante la adicin de otros elementos y con aporte de
calor, con objeto de mejorar sus propiedades superficiales.
Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y
enfriamiento controlados en atmsferas especiales. Los objetivos que
se persiguen mediante estos procesos son variados, pero entre ellos
podemos destacar: Mejorar la dureza superficial de las piezas, sin
disminuir la tenacidad del ncleo.
Aumentar la resistencia al desgaste aumentando el poder
lubrificante.
Aumentar la resistencia a la fatiga y/o la corrosin, sin
modificar otras propiedades esenciales tales como ductilidad.
Aplicaciones:- Cementacin: en aceros con bajo contenido en
carbono para obtener piezas resistentes al desgaste y los golpes
(gran dureza superficial pero que conserven gran tenacidad)-por
ejemplo ejes y levas.- Nitruracin: en piezas sometidas a gran
desgaste y resistente a la fatiga y la corrosin-por ejemplo
pistones, cigeales,....- Cianuracin: tambin para aceros con medio y
alto contenido en carbono, para mejorar su resistencia y dureza
superficial.- Sulfinizacin: para mejorar la resistencia la desgaste
al favorecer la lubricacin y reducir el rozamiento. (Partes de
herramientas sometidas a rozamiento).
4.Tratamientos mecnicos
Se trata de modificar la forma de un elemento metlico por
deformacin plstica, aplicando al material una fuerza externa
superior al lmite elstico del material. El conformado se puede
realizar en fro o en caliente.
CONFORMADO EN CALIENTECONFORMADO EN FRO
Se generan grandes deformaciones con menor aporte energtico.Mal
acabado superficial (suelen sufrir oxidacin)
Mejora de las propiedades mecnicas (aumenta resistencia y reduce
ductilidad).Mejor acabado superficial
Las tcnicas de conformado ms comunes son:Forja: conformado de
una pieza golpendola fuertemente. La forja contribuye a la
eliminacin de irregularidades en la pieza y al afino del grano.
Laminacin: consiste en pasar una preforma metlica entre dos
rodillos, reduciendo el espesor de la pieza.
Extrusin: empleado para fabricar elementos tubulares que deben
pasar por un orificio ms estrecho aplicando una fuerza de compresin
mediante un mbolo.
Trefilado: empleado para fabricar alambres o piezas de pequeo
dimetro, aplicando una fuerza de traccin a una pieza sujeta con
mordazas.
5.TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
Los utilizados para mejorar la resistencia a la oxidacin y
corrosin de los aceros.Orgnicos: mediante la aplicacin de pinturas,
lacas y otras sustancias polmeras.
Metlicos: realizados mediante diferentes
procedimientos:Electrolisis: la pieza que se pretende recubrir se
coloca como ctodo, como nodo el metal a recubrir y de electrolito
una disolucin de sus iones. Se utiliza para el aluminio, magnesio y
titanio, principalmente.
Mediante inmersin de la pieza a tratar en un bao del metal a
recubrir fundido. Los ms empleados son el estao, el cinc, el
aluminio y el plomo.
Metalizacin: proyeccin del metal fundido pulverizndolo sobre la
superficie del otro.
Algunos de los recubrimientos ms empleados son:- Cromado:
recubrimiento de la superficie del acero con cromo mediante
electrolisis o por difusin.- Galvanizado: acero recubierto de una
pequea capa de cinc, mediante un bao de cinc fundido o por
electrolisis.- Estaado u hojalata, sustituido actualmente por la
aluminizacin: acero recubierto de una capa de estao (o aluminio),
normalmente mediante inmersin en un bao de estao fundido.
5.1Tratamientos metlicos superficiales del acero
Galvanizado
Cromado
