Tratamientos térmicos
de los aceros
Tratamientos Termo-físicos:
Los tratamientos termofísicos modifican esa estructura cristalina sin alterar la composición
química, dando a los materiales unas características mecánicas
específicas, realizando procesos de calentamiento y enfriamientos
periódicos hasta obtener una estructura cristalina deseada
Los tratamientos termo-físicos más comunes son:
Temple
Recocido
Revenido
Normalizado
TEMPLE
Es un proceso de calentamiento seguido de un enfriamiento,
generalmente rápido con una velocidad mínima llamada "crítica".
Lo que se pretende conseguir con el ciclo del temple es aumentar la
dureza y resistencia mecánica, transformando toda la masa en austenita
con el calentamiento y después, por medio de un enfriamiento rápido la
austenita se convierte en martensita, que es el constituyente típico de los
aceros templados.ic
FACTORES
El tamaño de la pieza: cuanto más espesor tenga la pieza más hay que aumentar el ciclo de duración del proceso de calentamiento y de enfriamiento.
La composición química del acero: en general los elementos de aleación facilitan el temple.
El tamaño del grano: influye principalmente en la velocidad crítica del temple, tiene mayor templabilidad el de grano grueso.
El medio de enfriamiento: el más adecuado para templar un acero es aquel que consiga una velocidad de temple ligeramente superior a la crítica. Los medios más utilizados son: aire, aceite, agua, baño de Plomo, baño de Mercurio, baño de sales fundidas y polímeros hidrosolubles.
TIPOS DE TEMPLE
*Temple total o normal *Temple escalonado martensítico o "martempering" *Temple escalonado bainítico o
"austempering" *Temple interrumpido y tratamiento subcero.
Figura 1
Micro-estructura Acero antes del Temple
Micro estructura
compuesta de ferrita y
perlita, con baja
resistencia mecánica y
baja dureza acero 1045
AISI SAE ANTES del
temple
Figura 2
Acero Templado (enfriado en Aire)
En esta figura vemos un tamaño de grano muy pequeño con respecto al
acero antes del temple (figura1). Teniendo en cuenta que el medio de enfriamiento fue de aire, el choque térmico no fue bastante fuerte para alcanzar la fase martensítica. Pero se logra buenas propiedades mecánicas como: resistencia mecánica y dureza.
Figura 3
Acero Templado (enfriado en Agua + Hielo + Sal)
En esta grafica nos
podemos dar cuenta que
su micro estructura es
100% martensita ya que
es enfriado con un
medio muy severo, sus
propiedades mecánicas
son muy altas.
RECOCIDO:
Consiste en calentamientos a temperaturas adecuadas, seguidos generalmente de enfriamientos lentos.
Recocidos de austenización completa o de regeneración: en este caso el calentamiento se hace a una temperatura ligeramente más elevada que la critica superior y luego el material se enfría muy lentamente. Sirve para
ablandar el acero y regenerar su estructura.
Recocidos subcríticos: el calentamiento se hace por debajo de la
temperatura critica inferior, no teniendo tanta importancia la velocidad de enfriamiento, pudiendo incluso enfriarse el acero al aire sin que se endurezca. Por medio de este tratamiento se eliminan tensiones internas del material y se aumenta su ductilidad
Recocidos de austenización incompleta (globulares): consisten en
calentamientos prolongados a temperaturas intermedias entre la crítica superior y la inferior, seguidos siempre de un enfriamiento lento
Revenido: consiste en un calentamiento a una temperatura inferior la crítica, se disminuye la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas
en el temple y se mejora la tenacidad, quedando además el acero con la dureza o resistencia deseada.
Micro estructura del acero 1045 AISI SAE recocido
Figura 1
Acero (templado en Chorro de Agua)
Figura 2
Acero (templado en Aceite)
Figura 3
Acero (templado en Aire)
En estas imágenes podemos observar que hay presencia de perlita y ferrita, en algunas imágenes se nota una
descarburizacion. Propiedades mecanicas muy bajas ya que este tratamiento es para ablandar las piezas o alivianar
fracturas despues de haber realizado un temple.
Figura 4
Acero (templado en Agua + Hielo + Sal)
Normalizado:
Se realiza calentando el acero a una temperatura unos
100ºC superior a la crítica y una vez austenizado se deja enfriar al aire tranquilo. La velocidad de enfriamiento es más lenta que en el temple y más rápida que en recocido.
Este tratamiento es típico de los aceros al carbono de construcción de 0.15% a 0.60% de carbono
Micro estructura del acero 1045 AISIS SAE normalizado
En esta grafica
hay presencia de
perlita y ferrita,
como podemos
observar la micro
estructura esta
fina y
homogenizada
Tratamientos Termo-químicos:
estos tratamientos además de los cambios en la estructura del material, también se producen cambios en su composición química sobre su capa superficial, la difusión en estado sólido es el principio básico físico en el que se basan los tratamientos termo-químicos, también hay que tener en cuenta el medio o atmosfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento.
Cementación:
Consiste en el endurecimiento de la superficie externa del
acero al bajo carbono, quedando el núcleo blando y dúctil. Como el carbono es el que genera la dureza en los aceros en el método de cementado se tiene la posibilidad de aumentar la cantidad de carbono en los aceros de bajo contenido de carbono antes de ser endurecido
Características de la cementación
Endurece la superficie
No afecta al corazón de la pieza
Aumenta el carbono de la superficie
Tratamientos Térmicos y Termoquímicos
Se coloca la superficie en contacto con polvos de cementar
(Productos cementantes)
El enfriamiento es lento y se hace necesario un tratamiento térmico posterior
Los engranajes suelen ser piezas que se cementan
Equipos para Cementación
Cajas: se cementa con mezcla cementante que rodea a la pieza en un recipiente cerrado, el cual se calienta a la temperatura adecuada durante el tiempo requerido y luego se enfría con lentitud.
Gas: es más eficiente que el anterior, los ciclos son más controlados, el calentamiento más uniforme, es más limpio y requiere de menos espacio. La pieza se calienta en contacto con CO o con un hidrocarburo, por ejemplo alguna mezcla de gases que contengo butano, propano o metano, que fácilmente se descompone a la temperatura de cementación
Cianuración:
Consiste en endurecer la superficie exterior de las piezas
introduciendo carbono y nitrógeno. Posteriormente hay que templar las piezas. Se cementa colocando las piezas en baños de mezclas de sales fundidas, (cianuro, HCN), de modo que el carbono difunde desde el baño hacia el interior del metal. Produce una capa más profunda, más rica en C y menos N.
ventajas son: eliminación de oxidación, profundidad de la superficie dura y contenido de C uniformes y gran rapidez de penetración.
Desventaja de Cianuración:
Lavado de las piezas posterior al tratamiento para prevenir la
herrumbre, revisión de la composición del baño en forma periódica y alta peligrosidad de las sales de cianuro, dado que éstas son venenosas
Nitruración:
Consiste en enriquecer la superficie de la pieza en nitrógeno
calentándola en una atmósfera especifica a temperatura comprendida entre 500 y 580 ºC, formándose una capa de muy poca profundidad pero de dureza muy superior a la capa de cementado.
Realización de la nitruración
Si en un recinto, un horno de tratamiento térmico, se somete al amoníaco (NH3) a temperaturas de500° C, se descompone en nitrógeno e hidrógeno. El hidrógeno, más ligero, se separa del nitrógeno por diferencia de densidad. El nitrógeno liberado por la descomposición del amoníaco forma la atmósfera en el interior del horno que, en contacto con la superficie de hierro y a esa temperatura, forma nitruro de hierro, un compuesto de gran dureza pero frágil.
Características generales de la nitruración
Endurece la superficie de la pieza
Aumenta el volumen de la pieza
Se emplean vapores de amoniaco
Es un tratamiento muy lento
Las piezas no requieren ningún otro tratamiento
Aceros de nitruración
No todos los aceros son aptos para nitrurar. Resulta conveniente que en la composición de la aleación haya una cierta cantidad de aluminio 1%. También es aplicable a los aceros inoxidables, aceros al cromo níquel y ciertas fundiciones al aluminio o al cromo. No es aconsejable en aceros al carbono no aleados, el nitrógeno penetra rápidamente en la superficie de la pieza y la capa nitrurada puede desprenderse.
TRATAMIENTOS ISOTERMICOS
Martempering y Austempering:
Ambos procesos buscan obtener unas
mejores propiedades en el acero.
Martempering
consiste en llevar el
acero hasta temperatura de austenización
y enfriarlo en un medio bien sea sales a
temperatura por encima de la temperatura
de transformación martensitica,
inmediatamente la pieza ya haya
homogenizado su temperatura se enfría en
un medio de menor velocidad de
enfriamiento que el primero
Austempering
consiste en llevar el
acero hasta la temperatura de
austenización, enfriarlo en un medio a
temperatura por encima de la temperatura
de transformación martensitica del acero,
dejarlo allí por un largo tiempo con el fin de
alcanzar la transformación bainitica