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TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS. CONCEPTOS. Las propiedades de los aceros se pueden modificar por: Composición Química Trabajado mecánico Microestructura  TRATAMIENTOS TERMICOS. Resumen. AUSTENIZADO. RECOCIDO DE REGENERACIÓN . NORMALIZADO. RECOCIDO DE GLOBULIZACIÓN.

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TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS

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Tratamientos t rmicos de los aceros

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

DE LOS ACEROS


Tratamientos t rmicos de los aceros

CONCEPTOS

  • Las propiedades de los aceros se pueden modificar por:

  • Composición Química

  • Trabajado mecánico

  • Microestructura  TRATAMIENTOS TERMICOS


Tratamientos t rmicos de los aceros

Resumen

  • AUSTENIZADO

  • RECOCIDO DE REGENERACIÓN

  • NORMALIZADO

  • RECOCIDO DE GLOBULIZACIÓN

  • RECOCIDO DE RELEVAMIENTO DE TENSIONES

  • TEMPLE

  • REVENIDO


Tratamientos t rmicos de los aceros

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Definición general

Ciclo térmico aplicado a un metal con el objeto de obtener una cierta combinación de propiedades. La modificación de las propiedades tiene una profunda relación con las transformaciones de fase que ocurren en el metal a causa del ciclo térmico.

Ciclo térmico genérico

ACERO QUEMADO

Cuando se calienta el acero a temperaturascerca de 1350° se forma en los bordes de granoOxidoquehacenimposible la regeneración de la estructura


Tratamientos t rmicos de los aceros

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Alcance:

Se verán sólo los aspectos metalúrgicos de los tratamientos térmicos, especialmente la relación:

No serán tratados otros aspectos de los tratamientos térmicos como:

• Equipamientos (hornos, generadores de atmósferas, accesorios)

• Atmósferas protectoras

• Sistemas de medición y control

• Control de calidad


Tratamientos t rmicos de los aceros

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Clasificación según la máxima temperatura alcanzada en el ciclo térmico:


Tratamientos t rmicos de los aceros

AUSTENIZACIÓN

  • Se trata de una etapa y no de un tratamiento térmico. Es el primer paso en cualquier tratamiento hipercrítico y de ella depende el resultado del mismo.

  • Objetivo :

  • Obtener austenita químicamente homogénea, de tamaño de grano fino y homogéneo,

  • Minimizar cambios en la composición química de la superficie

  • Reducir la distorsión

  • Reducir el riesgo de fisuración

La T y el t son cruciales para la disolución de los carburos y la homogeneización de la austenita. Cuanto más gruesa es la distribución y los carburos de la estructura inicial, mayor es el tiempo necesario para lograr disolverlos y obtener austenita homogénea.

Tabla de temperaturas de austenización(ºC) para algunos aceros al C y de baja aleación para diferentes tratamientos


Tratamientos t rmicos de los aceros

RECOCIDO DE REGENERACIÓN

  • Calentamiento hasta una T de austenización.

  • Mantenimiento de la T un tiempo adecuado para asegurar la homogeneidad de la austenita.

  • Enfriamiento lento (en horno).

  • Debido a la baja velocidad de enfriamiento y los largos tiempos necesarios, es un

  • tratamiento caro.

  • OBJETIVOS

  • Reblandecer el acero  Producir una estructura favorable para el mecanizado y la deformación en frío (elevada ductilidad y tenacidad, baja tensión de fluencia).

  • Obtener propiedades finales específicas.

  • Eliminar tensiones

  • TEMPERATURAS

  • Usualmente unos 20 a 40°C por encima de Ac3 para aceros hipoeutectoides.

  • VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO

  • Es variable. Menor a 50°C/h. Puede ser tan baja como 5°C/h.

  • ACEROS HIPEREUTECTOIDES

  • El tratamiento es intercrítico para evitar la precipitación de láminas de Fe3C en bordes de grano de la austenita.


Tratamientos t rmicos de los aceros

RECOCIDO DE REGENERACIÓN

Aceros Hipoeutectoides

Estructura de un acero de 0,5%C recocido

Aceros hipereutectoides

Acero hipereutectoide recocido desde una T hipercrítica: malla de cementita en antiguos bordes de grano austeníticos.


Tratamientos t rmicos de los aceros

RECOCIDO DE REGENERACIÓN


Tratamientos t rmicos de los aceros

NORMALIZADO

Calentamiento hasta la T de austenización(no menos de 50°C arriba de Ac3).

Mantenimiento para asegurar austenitahomogénea.

Enfriamiento en aire calmo.

La estructura resultante depende del tipo de acero y del tamaño de la pieza.

En los casos donde la finalidad sea la de obtener martensita, el mismo ciclo térmico de denomina temple al aire

  • OBJETIVOS

  • Homogeneización química y estructural (piezas coladas, piezas trabajadas en caliente).

  • Refinamiento de la estructura.

  • Preparar mejor al acero para un tratamiento posterior (por ejemplo el temple).

  • Mejorar la maquinabilidad en aceros de bajo C.

  • Lograr propiedades mecánicas específicas para el servicio.

TEMPERATURAS: 50°C a 70°C arriba de Ac3 para aceros hipoeutectoides.

VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO: la que resulte del enfriamiento en aire.

Dependiendo del tamaño de la pieza está entre 10 y 100°C/min.

ACEROS HIPEREUTECTOIDES: el normalizado puede ser intercrítico o hipercrítico.


Tratamientos t rmicos de los aceros

NORMALIZADO

Aceros hipoeutectoides


Tratamientos t rmicos de los aceros

Estructura de recocido

Acero de 0,4%C

Estructura de normalizado


Tratamientos t rmicos de los aceros

Influencia de la temperatura

en el normalizado.

Estructura resultante del

normalizado a una

temperatura correcta (900ºC)

y a una temperatura muy

alta (1150ºC). Se nota la

diferencia de morfología

de la ferrita además de una

estructura mucho más gruesa

en el caso de la temperatura

alta.


Tratamientos t rmicos de los aceros

Efecto de la velocidad de enfriamiento sobre el tamaño de grano ferrítico

en un acero de 0,15 %C austenizado a 950 ºC.


Tratamientos t rmicos de los aceros

PROPIEDADES MECÁNICAS DE ALGUNOS ACEROS AL C Y DE BAJA

ALEACIÓN. ESTADOS LAMINADO, RECOCIDO Y NORMALIZADO.

En todos los casos se trataron redondos de 25 mm de diámetro, las probetas fueron de 13 mm de diámetro.

El alargamiento porcentual A se midió en 50 mm.


Tratamientos t rmicos de los aceros

RECOCIDO DE RELEVAMIENTO DE TENSIONES

  • Calentamiento hasta una T<Ac1.

  • Mantenimiento por un tiempo adecuado

  • Enfriamiento lento.

  • OBJETIVO:

  • Disminuir las tensiones residuales previamente producidas por procesos de conformado en frío, mecanizado, soldadura, colado, o algún tratamiento térmico previo.

  • El propósito final puede incluir:

  • Disminuir las tensiones en servicio.

  • Evitar fenómenos de rotura diferida por H o corrosión bajo tensión ya sea en servicio o durante el posterior procesamiento del metal.

  • Lograr mayor estabilidad dimensional.

  • Este tratamiento puede generar la recristalización del acero.

  • RANGO DE T: para aceros al C y de baja aleación es de 550 a 680°C, para algunos

  • aceros de alta aleación puede ser mayor.

  • VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO: dependiendo del tipo de acero y de la complejidad geométrica de la pieza pueden ser tan bajas como 5 ó 10°C/h.


Tratamientos t rmicos de los aceros

RECOCIDO DE GLOBULIZACIÓN

  • Calentar hasta una T cercana a Ac1 (mayor o menor),

  • Mantener por un tiempo adecuado o bien oscilar por encima y por debajo de Ac1

  • Enfrieamiento muy lento.

  • OBJETIVO

  • Microestructuralmente el objeto es globulizar los carburos laminares de la perlita.

  • Reblandecer el acero y aumentar su plasticidad de modo que sea apto para el mecanizado y conformado en frío.

  • La dureza que se obtiene es aún menor que la del recocido de regeneración.

  • CLASIFICACIÓN

  • Subcrítico: T» Ac1-50°C, se requiere mucho tiempo.

  • Intercrítico: T» Ac1+50°C, es más corto pero requiere control de la T y la vel. de enf.

  • Oscilante: T oscila varias veces entre Ac1- 50°C y Ac1+ 40°C. Posee las mismas

  • ventajas e inconvenientes que el tratamiento intercrítico.

  • VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO: en general no supera 10°C/h.

  • APLICACIONES:

  • Se usa solo en aceros de más de 0,4%C. La aplicación principal se da en aceros de medio y alto C que deban ser sometidos a operaciones de conformado muy severas como recalcado, extrusión en frío, laminado de roscas, o bien a operaciones de mecanizado intensivo.


Tratamientos t rmicos de los aceros

RECOCIDO DE GLOBULIZACIÓN


Tratamientos t rmicos de los aceros

Esferoidización de un acero de 0,8%C a 650ºC: (1) 0h, (2) 4h, (3) 16h, (4) 64h.


Tratamientos t rmicos de los aceros

TEMPLE

Austenizaral acero total o parcialmente

Enfriamiento a una velocidad suficientemente alta como para obtener una fracción significativa de martensita (en general no menos del 50%).


Tratamientos t rmicos de los aceros

TEMPLE

  • TEMPERATURAS DE AUSTENIZACIÓN

  • En el caso de los aceros hipoeutectoides varía entre 40 y 60°C por sobre Ac3.

  • MEDIOS DE TEMPLE

  • Agua (usado en inmersión, aspersión o neblina)

  • Aceites (usado en inmersión, aspersión o neblina)

  • Gases (aire y otros)

  • Soluciones acuosas de sales o de hidróxidos

  • Sales fundidas (nitritos o nitratos de Na y K)

  • Metales fundidos (plomo)

  • Solución de polímeros (alcohol polivinílico, glicol polialkileno)

Perlita gruesa : Velocidad de enfriamiento lenta

Perlita laminar fina: algo mas rápida

Sorbita: Constituyente oscuro y difuso , algo duro

Troostita: Rosetas nodulares mas duro

Bainita: Complicada estructura

Martensitita: Estructura acicular muy dura y frágil


Tratamientos t rmicos de los aceros

TEMPLE

VELOCIDAD CRÍTICA DE TEMPLE

Mínima velocidad de enfriamiento que asegure obtener de 100% de martensita. Es una propiedad característica del acero que depende fuertemente de la composición química y del tamaño del grano austenítico.

EFECTO DE MASA

Variación de la velocidad de enfriamiento entre distintos puntos de una pieza a

causa de su inercia térmica. A igualdad de propiedades térmicas (difusividad

térmica), el efecto es mayor a medida que aumenta el tamaño de la pieza.

SEVERIDAD DE TEMPLE

Propiedad del medio de temple que indica su capacidad para extraer el calor desde

la superficie de la pieza. Una severidad infinita baja instantáneamente la T de la

pieza hasta la del baño de temple. Se mide experimentalmente y depende

fuertemente de la composición (que determina sus propiedades térmicas),

temperatura y grado de agitación del medio de temple.

  • FACTORES QUE INFLUYEN EN EL TEMPLE

    • COMPOSICION QUIMICA.

    • TAMAÑO DE GRANO

    • TAMANO DE LA PIEZA

    • MEDIO DE ENFRIAMIENTO


Tratamientos t rmicos de los aceros

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL TEMPLE

INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE GRANO

El tamaño de grano modifica la situación y forma de la curva de la “S” y por lo tanto se modifica la velocidad critica de temple. Para igual composición que sea tamaño de grano grueso o fino condiciona.

En situaciones en por distintas razones un mismo material fue calentado a diferentes temperaturas (p/e, a 850° y 1200° unotendrágranofino y el otrogranogrueso)

INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE LAS PIEZAS:

El volumen de laspiezastienegranimportancia en el temple de los aceros

Unapiezagrande se enfriaprimero la periferia ,luegounasegundacapa y mastarde la tercera y asisiguehastallegar al centro.ylasdurezastambienvarian en esaforma.Laconductibilidaddentro del material esbastantelimitada.

Cuando los espesores son pequeños la templabilidadmejora y toda la piezaquedatempladamasuniformemente

INFLUNCIA DEL MEDIO DE ENFRIAMIENTO

Con el enfriamiento en agua salada se obtiene las mayores velocidades y dentro del horno las menores


Tratamientos t rmicos de los aceros

TEMPLE


Tratamientos termicos

TRATAMIENTOS TERMICOS

TEMPLE SUPERFICIAL

OCURRE CUANDO LO QUE QUEREMOS OBTENER ES DUREZA EN LA PERIFERIA.

Se trata entonces de calentar la superficie y luego enfriarla rápidamente, de esa manera se obtiene una importante dureza superficial, conservando un núcleo tenaz.

Temple a la llama: se trata de calentar una pieza mediante uno o varios sopletes, hasta que se alcance la temperatura prevista, luego se enfria en agua o cualquier otro medio adecuado.

Se utiliza para aceros con C = 0,30 % a 0,60 %

TEMPLE A LA LLAMA

La pieza permanece quieta y gira la llama

La llama permanece quieta y gira la pieza

Dispositivos en los que la llama y el enfriamiento se mueven

hacia un lado y la pieza hacia el otro.

Dispositivo semiautomático: calienta la pieza, se desplaza

y el enfriador enfría la pieza, luego la sumerge.


Tratamientos termicos1

TRATAMIENTOS TERMICOS

Se hace pasar una corriente eléctrica de alta frecuencia que calienta las piezas a elevadas temperatura. Luego se enfrían rápidamente con una ducha de agua fría.

TEMPLE POR INDUCCION


Tratamientos t rmicos de los aceros

TEMPLABILIDAD

Es la capacidad de una aleación ferrosa de obtener martensita a partir de la

austenita cuando esta se enfría en condiciones definidas.

Determina el perfil o gradiente de durezas que se obtiene en una pieza templada pero no la dureza máxima.

Se define como una propiedad intrínseca de la aleación y por lo tanto no depende de variables externas.


Tratamientos t rmicos de los aceros

  • Transformación Martensítica

  • Se considera una aleación con dos estados alotrópicos a distintas temperaturas.

  • Punto de partida, la aleación en equilibrio en la fase de alta temperatura (austenita).

  • Dos caminos posibles:

  • Enfriamiento lento: se permite una recristalización normal. Los átomos solutos tienen el tiempo suficiente para difundir y tomar la configuración de equilibrio estable correspondiente a la temperatura ambiente. La aleación habrá recristalizado, eliminándose estructuras anteriores y se encontrará en equilibrio estable. El tratamiento térmico se llama recocido.

  • Enfriamiento brusco (temple, por ejemplo en una batea con agua), se produce la transformación cristalográfica pero no la difusión, se obtendrá como resultado la estructura cristalográfica estable a temperatura ambiente pero con una cantidad de soluto que corresponde a otra estructura. Como consecuencia, la red estará muy distorsionada y la estructura será inestable. Se produce la llamadatransformación martensítica y el producto de la reacción martensita.

La transformación martensítica es una transformación sin difusión.


Tratamientos t rmicos de los aceros

  • Transformación Martensítica

Martensita tipo listón de un acero con menos de 0.6%C,

Martensita tipo placa de un acero con más de 1%C

Los productos obtenidos de la tranformaciónmartensítica son duros, frágiles y de gran resistencia a la abrasión. Generalmente deben recibir un tratamiento térmico adicional de calentamiento a baja temperatura (revenido) para disminuir su fragilidad.


Tratamientos t rmicos de los aceros

  • REVENIDO DE LA MARTENSITA

  • Tratamiento subcrítico que se aplica luego del temple con el objeto de:

  • Aumentar la ductilidad y tenacidad de la martensita

  • Lograr las propiedades finales del acero eligiendo adecuadamente la T y t del tratamiento

  • Disminuir las tensiones residuales ocasionadas por el temple.

  • CICLOTÉRMICO

  • Calentamiento hasta la T de revenido: puede existir un precalentamiento en el caso

  • de aceros de alto C y alta aleación susceptibles al choque térmico.

  • T de revenido: varía de acuerdo a las propiedades deseadas. Desde 150 °C hasta una T cercana a la crítica inferior.

  • Tiempo de revenido: varía de acuerdo a las propiedades deseadas. Su influencia es mucho menor que la de la T. Desde 30 min hasta 4 h.

  • Enfriamiento: normalmente al aire calmo.


Tratamientos t rmicos de los aceros

REVENIDO DE LA MARTENSITA


Tratamientos t rmicos de los aceros

Resumen de microestructuras y propiedades mecánicas de aleaciones Fe C

Esferoidita

Perlita Gruesa

Perlita Fina

Bainita

Martensita Revenida

Martensita


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