TRATAMIENTOS TERMICOS

CIENCIA DE MATERIALES II

ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS METALES.

De acuerdo a su naturaleza los cuerpos pueden ser amorfos o cristalinos. En los cuerpos amorfos el paso del estado de agregación líquido al sólido es gradual. Por ejemplo el vidrio sólido, si se calienta va ablandándose y pasa poco a poco al estado líquido.

La transición inversa será completamente suave, el vidrio líquido en la medida que baja la temperatura se va haciendo cada vez más espeso hasta que finalmente se “solidifica”. En el vidrio no existe una temperatura de transición del estado líquido al “sólido”, tampoco existen las temperaturas (puntos) de cambio brusco de propiedades.

CONTINUACIÓN …

Figura 1: Curvas de enfriamiento correspondientes a un sólido cristalino metálico y un sólido amorfo.

NOCIONES FUNDAMENTALES SOBRE LAS ALEACIONES.

Se entiende por aleación la sustancia obtenida por la fusión de dos o más elementos.

También son posibles otros procedimientos para preparar aleaciones, como la sinterización, la electrólisis y la sublimación (en este caso las sustancias se llaman seudoaleaciones) pero lo más corriente es la producción de aleaciones por fusión de diversas sutancias.

Una aleación puede constar de varios elementos metálicos, o de metales y no metales, en todo caso poseerá propiedades metálicas, por lo que se llama ALEACIÓN METÁLICA.

CONTINUACION … La estructura de una aleación metálica es más compleja que la de un metal puro y depende principalmente de las interacciones en que intervienen los componentes de la aleación.

En estado sólido puede no existir interacción química entre los componentes - sustancias simples- que forman la aleación. Entonces la estructura de la aleación es la de una mezcla mecánica. Las sustancias que forman una aleación pueden reaccionar químicamente y formar compuestos químicos, o disolverse una en otra originando soluciones. Además, de las soluciones y compuestos químicos pueden formarse fases tales, que es imposible incluírlas totalmente en las enumeradas y que son uan especie de intermedias.

MEZCLAS MECÁNICAS.

Las mezclas mecánicas de dos componentes se forman cuando estos son incapaces de disolverse mutuamente en estado sólido y no reaccionan químicamente formando compuestos. En estas condiciones las aleaciones estarían formadas por cristales de A y B claramente distinguibles en la microestructura.

CONTINUACION … El análisis metalográfico de esta aleación mostrará que existen dos fases de los componentes A y B y el análisis químico indicará que existen dos componentes. Si en esta aleación se analizan por separado las propiedades de los cristales A y de los cristales B estas serán idénticas a las de los metales puros A y B. Las propiedades mecánicas dependen de la relación cuantitativa entre los componentes y del tamaño y forma de los granos siendo sus valores intermedios entre los de las propiedades características de los componentes puros.

COMBINACIÓN QUÍMICA. Si se forma un compuesto químico. a) La relación entre el número de átomos de cada elemento coincide con la proporción estequiométrica la cual puede expresarse por medio de una fórmula sencilla (AnBm).

b) Se formará una red cristalina específica (distinta de los elementos que integran el compuestos químico) en la cual los átomos de los componentes están ordenados de manera regular.

La combinación química también se caracteriza por tener una determinada temperatura de fusión (disociación) y por variar a saltos las propiedades cuando varía la composición.

CONTINUACIÓN … En los compuestos de este tipo el enlace es rígido y

la composición química constante y corresponde exactamente a la relación estequiométrica, es decir, no puede haber exceso ni defecto de átomos de cualquiera de los elementos que forman el compuesto químico.

SOLUCIÓN SOLIDA. En estado líquido la mayoría de las aleaciones metálicas que se utilizan en la técnica son líquidos homogéneos, es decir, soluciones líquidas. Al pasar al estado sólido, en muchas de estas aleaciones se conserva la homogeneidad y, por consiguiente la solubilidad. La fase sólida que se forma como resultado de la cristalización de una aleación de este tipo se llama Solución Solida. El análisis químico, demuestra que en las soluciones sólidas hay dos o más elementos, mientras que según el análisis metalográfico esta solución, lo mismo que el metal puro, tiene granos homogéneos, es decir, existe un solo tipo de red.

CONTINUACIÓN … La solución sólida tiene una sola fase, está constituida por un tipo de cristales y posee una sola red cristalina, además, no existe una relación rigurosamente determinada de sus componentes sino en un intervalo de concentraciones.

CONTINUACIÓN … En la solución sólida, uno de los componentes conserva su propia red cristalina –disolvente- y el otro componente en forma de átomos separados se distribuye en la red cristalina del primer componente –soluto-. Las soluciones sólidas pueden ser por sustitución e intersticiales (por inserción). Independientemente del tipo las soluciones sólidas son monofásicas.

DIAGRAMAS DE ESTADO (O DE EQUILIBRIO).

Para poder entender a cabalidad los procesos de cristalización y transformaciones de fase, los especialistas en Tratamientos Térmicos se auxilian en los diagramas de equilibrio. Estos describen los procesos que transcurren durante los enfriamientos y calentamientos de un sistema aleante dado. Es decir que si se quiere pronosticar las estructuras que se obtendrán durante un tratamiento térmico dado usando el diagrama de estado de la aleación se podrá realizar este pronóstico. Esto será posible siempre y cuando el enfriamiento o el calentamiento sean de equilibrio.

CONTINUACIÓN … Un Diagrama de Estado es la representación gráfica del estado de una aleación, si varía la composición de una aleación, su temperatura o presión, el estado de la composición de la aleación, su temperatura o presión, el estado de la aleación también cambia, esto se refleja gráficamente en el diagrama de estado.

El diagrama de estado muestra los estados estables, es decir, los estados que en esas condiciones poseen el mínimo de energía libre. Por esto el diagrama de estado también puede llamarse diagrama de equilibrio, ya que indica las fases en equilibrio que existen en unas condiciones dadas.

CONTINUACIÓN … De acuerdo con esto los cambios de estado reflejados en el diagrama también se refieren a las condiciones de equilibrio, es decir, en ausencia de sobrecalentamiento ó subenfriamiento. Sin embargo, para adentrarse en el estudio de un diagrama de estado es indispensable dominar algunos conceptos relacionados con los mismos como aleación metálica, componente, fase, constituyente estructural, etc. Una Aleación metálica es la sustancia obtenida por fusión de dos o más elementos uno de los cuales al menos debe ser un elemento metálico. Como es natural la estructura de una aleación metálica será más compleja que la de un metal puro y depende principalmente de las interacciones en que intervienen los componentes de la aleación.

CONTINUACIÓN … A continuación se pasará a definir los conceptos de fase, constituyente estructural y componente. Se llaman componentes a las sustancias simples que componen la aleación. Por lo tanto un metal puro será un sistema de un componente, una aleación de dos metales un sistema binario. El componente principal de una aleación metálica será siempre un elemento metálico. Los compuestos químicos se consideran como componentes si no se disocian en las partes que las componen en el intervalo de temperatura que se analizan.

FASE. Una FASE se define como una porción de materia que es química y estructuralmente homogenea. No puede subdividirse por medios mecánicos o distinguirse en partes más pequeñas con un microscopio óptico ordinario, que esta separada de las demás partes del mismo (fases) por una superficie de separación, al pasar la cual la composición química, la estructura de la sustancia o el estado cambia bruscamente.

CONSTITUYENTE ESTRUCTURAL son los elementos constitutivos de diferentes estructuras cristalinas que pueden estar formadas por una o más fases. Ej: Perlita, Austenita, Ferrita, Ledeburita, Cementita. Las diferentes formas de combinación de los elementos componentes que se encuentran en la práctica en las aleaciones metálicas pueden ser clasificadas como mezclas mecánicas, soluciones sólidas, compuestos químicos.

CONSTRUCCION DE DIAGRAMAS DE FASE. Para construir un diagrama de estado se debe partir de las curvas de enfriamiento correspondientes, para ello, se debe recordar que la mayoría de las sustancias pueden existir como gases, líquidos y sólidos, dependiendo de su temperatura. El agua es una de esas sustancias que pueden existir como vapor, cuando tiene la temperatura suficiente; como líquido y como sólido (hielo), cuando llega a estar suficientemente fría.

CONTINUACIÓN … Si se eleva la temperatura del agua hasta el punto de ebullición, y se le permite que enfríe lentamente, el cambio a la temperatura en función del tiempo puede representarse en la forma mostrada en la figura, dicha gráfica se denomina CURVA DE ENFRIAMIENTO.

CONTINUACIÓN … Se observa que cuando se produce un cambio de estado (tal como el de agua líquida a hielo sólido), se produce una pausa en el proceso de enfriamiento. Esta pausa se debe a que la sustancia absorbe o entrega Calor Latente. El calor latente es la energía térmica necesaria para producir un cambio de estado en una sustancia a temperatura constante. Los estados gaseoso, líquido y sólido de una sustancia se mencionan frecuentemente con el nombre de fases, y se dice que una sustancia se encuentra en su fase gaseosa, en su fase líquida, o en su fase sólida. Más adelante se verá que dentro del estado sólido se producen también cambios de fase.

CONTINUACIÓN … La aleación utilizada como ejemplo, es la formada por

sal común (cloruro de sodio) y el agua. Para efecto de comparación en la figura, se presentan las curvas de enfriamiento del agua pura y de la solución de sal en agua, dentro de intervalos de temperaturas que abarcan las fases líquidas y sólidas.

INTERPRETACION DE UN DIAGRAMA DE EQUILIBRIO

Un diagrama de equilibrio, pueden interpretarse con facilidad, siendo unas reglas simples, para cualquier temperatura y composición total de la aleación.  Regla 1. Para determinar la fase o fases presentes, se debe encontrar la intersección de la abscisa (composición) con la ordenada (temperatura). El punto encontrado, indica la zona del diagrama que puede ser monofásica o tener varias fases. (Esto es, líquido, sólido o líquido y sólido).

Regla 2. Si la zona en la que se encuentra el punto tiene una sola fase, su composición será la misma que la de la aleación total.

CONTINUACIÓN … Regla 3. Si el Estado se localiza en una zona donde se encuentran presentes dos fases, los porcentajes de cada fase se determinan, trazando perpendiculares al eje de composición desde la intersección de la ordenada (temperatura) con los límites de la región bifásica. 

Las intersecciones de las perpendiculares con eje de composición, indican las composiciones de las fases presentes. La línea que interseca a la línea líquidus con la de temperatura, indica la composición de la fase sólida.  

La composición de la fase líquida se determina mediante la perpendicular trazada desde la intersección de la línea sólidus con la temperatura.

REGLA DE LA PALANCA INVERSA.

Diagrama de fases aplicando la regla de la palanca inversa.

CONTINUACIÓN … I = 79 G = 70 H = 57  GH = 70 - 57 = 13 IH = 79 - 57 = 22 IG = 79 - 70 = 9    

REGLA 4. Las composiciones de las fases deben ser tales que su composición sea la misma que la total. Esta es la base para determinar el porcentaje de los componentes en cada fase presente. El diagrama de estado, permite determinar la composición de cada fase, así la fase sólida, contendrá a % del componente A y (1 – a) % del componente B.

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO HIERRO – CARBONO.

Las aleaciones de hierro y carbono (aceros y fundiciones de hierro) son las aleaciones metálicas más importantes de la técnica moderna. Por su volumen, la producción de fundiciones de hierro y aceros supera en más de diez veces la producción de todos los demás metales juntos.

En el caso de las aleaciones ferrosas el diagrama de estado que se toma como punto de partida para el estudio del comportamiento metalúrgico de dichas aleaciones es el diagrama de estado.

CARACTERIZACIÓN DEL FE Y EL C.

 Características del Hierro. Metal de color gris plateado. Temperatura de fusión 1539°C. Dureza 80 HB y elongación relativa = 50%.

Presenta dos formas alotrópicas Feα y Feγ.

CURVA DE ENFRIAMIENTO DEL HIERRO PURO.

CONTINUACIÓN … Estos índices pueden variar dentro de ciertos límites, porque en las propiedades del hierro influyen una serie de factores p.e. el aumento del tamaño de grano hace que disminuya la dureza.

El hierro forma soluciones con muchos elementos. Con los metales, soluciones por sustitución; con el carbono, nitrógeno, hidrógeno, soluciones por inserción.

Que el hierro exista en dos formas alotrópicas o redes cristalinas amplía las posibilidades de transformaciones de fases, lo que es aprovechado por el tratamiento térmico de las aleaciones de hierro con otros componentes y fundamentalmente con el carbono.

CARACTERIZACIÓN DEL CARBONO (C) Es el otro componente en la aleación Hierro Carbono.

Es un elemento no metálico. En estado libre se denomina grafito. Dureza 3 HRC.

Es muy interesante el hecho de que el carbono en su forma natural (grafito) puede servir para la fabricación de lápices y al combinarse con el hierro puede formar compuestos químicos de características totalmente diferentes como la cementita.

DIAGRAMA DE ESTADO FE – C. (DIAGRAMA METAESTABLE).

REACCIÓN PERITÉCTICA Ocurre a 1499ºC ocurre a 1499ºC., cuando L + α → γ;

Como resultado de esta reacción se formará austenita. Ocurre para aleaciones con el 0,5% de Carbono.

REACCIÓN EUTÉCTICA L → γ + Fe3C (Ledeburita); esto ocurre (a 1147ºC) y 4,3% de C.

Zona del Diagrama Fe – C correspondiente a la reacción eutéctica.

CONTINUACIÓN …. Como resultado de la reacción se formará la mezcla eutéctica. La mezcla eutéctica de Austenita y Fe3C se llama ledeburita.

L ═> Austenita + Fe3C Ocurre esta reacción para todas las aleaciones con más de 2,14%C. En esta zona se observa además la línea de pérdida de solubilidad de la austenita.

A la cementita segregada de la austenita se le llama secundaria, siendo denominada cementita primaria, la que solidifica desde el líquido (ambas estructuras son idénticas).

REACCIÓN EUTECTOIDE Austenita → Ferrita + Fe3C (Perlita); a 723ºC.

Zona del Diagrama Fe – C correspondiente a la reacción eutectoide. El producto de la transformación es una mezcla eutectoide. La mezcla

de Ferrita y Fe3C se llama perlita. Ocurre para aleaciones con 0,8% de C.

CONSTITUYENTES MONOFÁSICOS DEL DIAGRAMA FE-C.

LA FERRITA: Es una solución sólida de carbono en el hierro alfa Fe (C). La solubilidad máxima de carbono en la ferrita es aproximadamente de 0,008% de C a 20°C y 0,03% de C a 723°C. Su red cristalina es cúbica de cuerpo centrada. La ferrita es una solución sólida intersticial, los átomos de carbono se disponen en los intersticios de la red de Fe. La ferrita es magnética y muy plástica.

La dureza es HB 80 – 100. Rt = 32Kgf/mm2.

LA AUSTENITA Es una solución sólida de carbono en el hierro gama que se designa por Fe (C). La solubilidad máxima de carbono en la austenita es 2,14% a 1147°C y 0,8 de C a 723°C. La red cristalina es CCC. La austenita es una solución sólida intersticial no magnética. Esta fase se encuentra sólo a altas temperaturas y la temperatura 723°C. es el límite inferior de la existencia estable de la austenita en las aleaciones hierro – carbono. La dureza es HB 180- 200; Rt = 68 kgf/mm2.

LA CEMENTITA Es un compuesto químico de hierro en carbono (Fe3C). La cementita tiene una red cristalina compleja (rómbica) y una dureza muy alta, HB 650 – 800, es bastante frágil. Su temperatura de fusión es 1600°C. La cementita no es estable y en condiciones determinadas (mediante una rápida transformación martencítica en el temple) se desintegra desprendiendo carbono libre en forma de grafito: Fe3C – 3Fe + C.

EL GRAFITO Es el carbono libre, blando (HB 3) y posee una baja resistencia. En las fundiciones de hierro y el acero grafitizado se halla en inclusiones de diversas formas (laminar, globular, nodular, etc.). Al variar la forma de las inclusiones de grafito, cambian las propiedades mecánicas y tecnológicas.

ESTRUCTURAS BIFÁSICAS

LA PERLITA Es una mezcla mecánica (Eutectoide, es decir, semejante a la eutéctica, pero formada desde una fase sólida) de la ferrita y cementita, conteniendo el 0,8% de C. La perlita puede ser laminar HB 300, Rt=105 Kgf/mm, o también globular HB 140, Rt=114 Kgf/mm2, lo que depende de la forma de la cementita (laminar o globular).

LA LEDEBURITA Es una mezcla mecánica (Eutéctica) de austenita y cementita, a temperatura superior a 723°C, que contiene un 4,3% de C. la ledeburita se forma durante la solidificación de la masa fundida a 1147°C. Bajo los 723°C la austenita se transformar en perlita y entonces la estructura de la ledeburita será: perlita más cementita (una mezcla mecánica). La dureza de la ledeburita es: HB 600-700 y es muy frágil.

CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES HIERRO – CARBONO.

Según el contenido de carbono las aleaciones hierro – carbono se dividen en aceros y fundiciones de hierro.

Llámense aceros a las aleaciones hierro – carbono en las que el contenido de carbono no supera el 2,14% de C. Los aceros que contienen menos de 0,8% de C se denominan hipoeutectoides; con 0,8% de C, eutectoides, y más de 0,8% de C, hipereutectoides.

Llámense fundiciones de hiero las aleaciones de hierro – carbono cuyo contenido en carbono es superior a 2,14% de C e inferior a 6,67% de C. las fundiciones de hierro que contienen menos de 4,3% de C, reciben el nombre de hipoeutécticas; con 4,3% de C, es la aleación Eutéctica, y con más de 4,3% y menos de 6,67% de C, hipereutécticas.

CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES HIERRO – CARBONO.

ACERO AL CARBONO El acero al carbono de producción industrial, es una aleación de composición química compleja. Además de la base - hierro entre 97,0% al 99,5% - hay muchos elementos cuya presencia se debe a las peculiaridades tecnológicas de su producción (magnesio, silicio, aluminio); o a la imposibilidad de excluirlos totalmente del metal (azufre, fósforo, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno) o a circunstancias casuales (cromo, níquel, cobre y otros).

CONTINUACIÓN … En dependencia del procedimiento de fundición, los aceros se diferencian principalmente por las impurezas que contienen. Sin embargo, un elemento, el carbono, se introduce especialmente en el acero al carbono ordinario. El carbono influye mucho en las propiedades del acero, incluso cuando su contenido varía de un modo insignificante. Por esto, cuando el contenido de todas las impurezas es muy pequeño, el elemento principal, por medio del cual puede hacerse variar las propiedades de una aleación ferrosa, es el carbono. Las propiedades del acero al carbono son muy sensibles al contenido de este último elemento.

CONTINUACIÓN … Los aceros pueden tener diferente contenido de carbono, por ello se tiene: Los aceros de bajo contenido de carbono, que tienen hasta un 0,25% aproximadamente, de este elemento y son los más dúctiles y blandos de los aceros; no responden de manera apreciable al calentamiento y al enfriamiento por inmersión y; por lo común, no se endurecen por medio de estos métodos. Las secciones ligeras, incluyendo las barras y los lingotes, se fortalecen con frecuencia por medio de los trabajos en frío. Las aplicaciones típicas del acero de bajo contenido de carbono son las piezas de carrocerías, el chasis de los automóviles, que requieren gran ductilidad y facilidad para ser soldadas; asimismo, se usa en grandes cantidades para la producción de recipientes, para estructuras metálicas y para piezas labradas a máquina.

CONTINUACIÓN … Los aceros de contenido medio de carbono, tienen, aproximadamente, de 0,30 a 0,50% de carbono. Ese contenido de carbono es suficiente para permitir el endurecimiento, por lo tanto, esas composiciones se pueden someter a tratamientos térmicos, para mejorar sus propiedades. Los aceros de este tipo se utilizan para las vías y ruedas de ferrocarril, varillas de conexión, cigüeñales y otras aplicaciones similares.

CONTINUACIÓN … Los aceros de alto contenido de carbono, tienen más del 0,55% de carbono (hasta aproximadamente 0,95%), son los aceros al carbono más duros, fuertes y menos dúctiles, y los que mejor responden al tratamiento térmico. Por esta razón no pueden soldarse con facilidad. Casi siempre se utilizan en el estado templado, con el fin de que desarrollen su mejor combinación de dureza, resistencia, tenacidad y ductilidad. Se utilizan para herramientas agrícolas de corte, alambre de alta resistencia a la tensión, resortes, herramientas y dados.

EL TRATAMIENTO TÉRMICO Y EL DIAGRAMA DE ESTADO.

Durante el tratamiento térmico se produce una transformación que transcurre en un tiempo, y es imposible establecer el cambio que introduce el tiempo, si se desconoce cuál es el estado de la aleación.

El diagrama de estado muestra a qué tipos de tratamientos térmicos puede someterse una aleación y en que intervalos de temperatura debe hacerse el tratamiento.

Al realizar los tratamientos en la aleación deben ocurrir transformaciones de fase en estado sólido, es decir, al calentarla deben producirse variaciones considerables de la solubilidad o transformaciones alotrópicas.

TRANSFORMACIONES DEL ACERO DURANTE EL CALENTAMIENTO.

Para el análisis de las transformaciones durante el calentamiento de los aceros, se tomará la parte del diagrama Fe-C correspondiente a las aleaciones por debajo de 1147ºC de temperatura y por debajo de 2,14% de Carbono. A las curvas de transformaciones de fase se le asignarán las siguientes nomenclaturas: A1 (Ac1 ó Ar1): Línea de la reacción eutectoide. A3 (Ac3 o Ar3): Línea de transformación alotrópica de austenita en ferrita.

Am (Acm o Arm): Curva de pérdida de solubilidad de la austenita.

CONTINUACIÓN …

Zona del Diagrama Fe – C correspondiente a la reacción eutectoide con las curvas de transformación de fases empleadas en el tratamiento térmico del acero.

CONTINUACIÓN … Para el estudio de las transformaciones de fase del acero se utilizará el acero eutectoide es decir, aquel que tiene 0,8%C y 100% de perlita. Durante las transformaciones de fase del resto de los aceros, habrá que tener en cuenta la presencia de otros constituyentes estructurales como lo son la ferrita y la cementita.

El comienzo de la transformación de Perlita en Austenita solo puede efectuarse, si el calentamiento es muy lento. En las condiciones normales de calentamiento la transformación se retrasa y se obtiene un sobrecalentamiento.

La perlita sobrecalentada por encima del punto crítico se transforma, a velocidad distinta en dependencia del grado de sobrecalentamiento en austenita.

TRATAMIENTO TÉRMICO.

La tecnología de los metales tiene tres aspectos fundamentales:

La metalurgia u obtención de un metal de composición dada.

La tecnología mecánica u obtención, partiendo del metal, de las piezas con la forma exterior necesaria.

El tratamiento térmico u obtención de las propiedades que debe tener las piezas.

“El tratamiento térmico es un conjunto de operaciones que consisten en el calentamiento, mantenimiento a la temperatura dada y enfriamiento de las piezas metálicas, con el fin de cambiar la estructura y las propiedades de las aleaciones que las compone”.

CONTINUACIÓN … Cualquier proceso de tratamiento térmico puede ser representado gráficamente en las coordenadas de temperatura – tiempo.

TEMPERATURA Y TIEMPO.

El objetivo de todo proceso de tratamiento térmico consiste en conseguir que, calentando el metal hasta una temperatura determinada enfriándolo después, se produce el cambio deseado en su estructura.

Los factores fundamentales que influyen en el tratamiento térmico son la temperatura y el tiempo.

El régimen del tratamiento térmico se caracteriza por los siguientes parámetros principales: La temperatura de calentamiento Tmax, es decir, la máxima temperatura hasta la cual se calienta la aleación durante el tratamiento térmico; el tiempo que se mantiene la aleación a la temperatura de calentamiento Tm; la velocidad de calentamiento Vcal. La velocidad de enfriamiento Venf.

TEMPERATURA Y TIEMPO.

El régimen del tratamiento térmico se representa en la fig.

CONTINUACIÓN … Si el calentamiento (o enfriamiento) se efectúa a velocidad constante, este se representa en las coordenadas T – t por una línea recta con determinado ángulo de inclinación.

Si la velocidad de calentamiento (o enfriamiento) no es uniforme, la velocidad verdadera

dT Vverd = ------ dt En la práctica lo más frecuente es determinar el valor de la velocidad media de calentamiento (o enfriamiento).

Tmäx T mäx.

Vcal = ------ Venf = -------- t Cal. tenf.

CONTINUACIÓN … Por lo tanto, por medio de la gráfica T – t puede representarse cualquier proceso de tratamiento térmico.

CLASIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE TRATAMIENTO TÉRMICO.

Las variaciones de las propiedades de una aleación que se crean como el resultado de un tratamiento térmico deben ser permanentes, caso contrario el tratamiento térmico no tendría ningún sentido.

Para que cambien las propiedades de una aleación es necesario que como resultado del tratamiento térmico se produzcan en ella variaciones estables, debidas a las transformaciones de fase.

RECOCIDO.

En función de las propiedades que se quieran obtener en el acero, se emplean distintos tipos de recocido:

1.- Difusivo (de homogenización); 2.- Completo; 3.- Incompleto; 4.- Isotérmico; 5.- Esferoidizante; 6.- de Recristalización; 7.- De relajación (Alivio de tensiones).

Este proceso de tratamiento térmico consiste en el calentamiento del acero hasta una temperatura determinada, el mantenimiento a esta temperatura y luego el enfriamiento lento con el propósito de obtener una estructura de equilibrio.

RECOCIDO DIFUSIVO (PARA HOMOGENIZACIÓN)

Se utiliza para reducir la heterogeneidad química de los grandes lingotes de acero, eliminar las segregaciones dendríticas y para reducir o eliminar las tensiones internas.

RECOCIDO COMPLETO.

Se emplea para aceros hipoeutectoides después de ser trabajados en caliente de piezas forjadas, estampadas, moldeadas, su propósito es afinar el grano quitar las tensiones internas.

RECOCIDO INCOMPLETO. Se emplea para piezas de acero hipereutectoide.

CONTINUACIÓN … Se calienta el acero a temperaturas superiores en 30° a 50° C a la temperatura crítica T A1.

Pero inferiores a T Am. La permanencia y enfriamiento igual que en el recocido completo.

En los aceros hipereutectoides este recocido se puede utilizar para eliminar las tensiones internas reducir la dureza, elevar la plasticidad y mejora la maquinabilidad.

En los aceros hipereutectoides de produce una recristalización total.

Son sometidos al recocido incompleto los aceros hipereutectoides altos en carbono, los aceros para herramientas, para cojinetes, de bolas, etc.

RECOCIDO ISOTÉRMICO.

Se diferencia de los anteriores en el hecho de que la desintegración de la austenita en la Ferrita y Cementita, se produce a una temperatura constante.

CONTINUACIÓN … Después de haber realizado la descomposición de la austenita, la velocidad de enfriamiento no tiene ya mayor importancia, por ello después de la transformación isotérmica se puede terminar el enfriamiento al aire.

La temperatura de calentamiento debe ser igual que en el recocido completo (acero hipoeutectoide) o que el recocido incompleto (acero hipereutectoide).

RECOCIDO ESFEROIDIZANTE.

Permite la transformación de la perlita laminar en granular, esferoidizada. Esto mejora la maquinabilidad del acero.

El régimen de recocido para obtener la perlita granular es como sigue: El calentamiento del acero se efectúa hasta una temperatura algo mayor que TAC1 el posterior enfriamiento inicialmente hasta 780° C, luego hasta 550° - 600°C. Y en adelante en el aire.

RECOCIDO DE RECRISTALIZACIÓN.

Se emplea para eliminar el endurecimiento por deformación en frío, debido a la deformación plástica del metal producido durante el laminado en frío, estampado, embutido, etc. Al efectuar la deformación plástica del metal en frío, los granos se deforman y fragmenta ello aumenta la dureza del metal, reduce la plasticidad y provoca su fragilidad. En esto consiste la esencia del endurecimiento por deformación en frío, llamado también Acritud.

RECOCIDO DE RELAJACIÓN.

Sirve para disminuir las tensiones internas aparecidas por operaciones anteriores como; fundición forja, soldadura, mecanizado. Para ello se calienta las piezas hasta temperaturas tales como 550° a 600°C. Permanecía durante 1 a 2 horas y a continuación se enfría muy lentamente con lo cual se consigue eliminar o disminuir las tensiones internas.

RESUMIENDO, SE TIENE EN EL DIAGRAMA HIERRO – CARBONO, TODOS LOS TIPOS DE RECOCIDOS TRATADOS.

NORMALIZADO.

Es la operación de tratamiento térmico en la cual el acero es calentado hasta temperaturas superiores en 30° a 50° C a TAc3 o TAcm, y luego permanecía a esa temperatura y el posterior enfriamiento al aire.

NORMALIZADO Durante el normalizado se reducen las tensiones internas, tiene lugar la recristalización del acero que afina la estructura de grano basto del metal, las uniones soldadas, piezas formadas o fundidas.

La normalización del acero en comparación con el recocido es un tratamiento térmico más corto, y como consecuencia de mayor rendimiento.

Por ello los aceros al carbono son sometidos a la normalización y no al recocido.

TEMPLADO.

Es el tratamiento térmico que consiste en el calentamiento del acero hasta la temperatura óptima, manteniéndolo así cierto tiempo y el subsiguiente enfriamiento rápido a una velocidad mayor que la crítica (Vcrit. es la mínima velocidad de enfriamiento, a la cual la austenita se transforma en martensita sin aparecer estructuras del tipo perlítico).

CONTINUACIÓN … Resultado del temple - Aumenta la resistencia

mecánica y la dureza. - Disminuye la ductilidad del acero. Parámetros fundamentales - Temperatura de

calentamiento - Velocidad de calentamiento - Tiempo de permanencia - Velocidad de enfriamiento