Post on 02-Feb-2021
TRATAMIENTOS
TÉRMICOS
Elaborado por:
Prof. Roger Chirinos
Tratamientos térmicos
Los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y
enfriamiento a temperaturas y en condiciones determinadas, a que se
someten los aceros para conseguir las propiedades y características más
adecuadas a su empleo o transformación.
No modifican la composición química pero sí otros factores tales como los
constituyentes estructurales y como consecuencia las propiedades
mecánicas.
Tratamientos térmicos
Fases
Calentamiento hasta la
temperatura máxima
Transformación de toda la
masa del acero en austenita.
La temperatura máxima de
calentamiento depende del
contenido del carbono del
metal y del tipo de
tratamiento térmico a realizar.
Permanencia en la
temperatura máxima
Se considera el diámetro
de la pieza sometida a
tratamiento térmico.
Su objetivo principal es
permitir calentamiento hasta
el núcleo de la muestra.
El tiempo de permanencia
es contado a partir del
momento que culmina el
calentamiento.
.
Enfriamiento desde la
temperatura máxima hasta
la temperatura ambiente
Aquí se produce la
transformación de austenita
en martensita u otros
constituyentes.
Para el enfriamiento de la
pieza se pueden utilizar
varios medios, puede
hacerse al aire libre, con
agua, aceite o soluciones
especiales, dependiendo de
las condiciones requeridas.
Tratamientos térmicos
El hierro dulce, los aceros y los hierros colados (fundiciones) son
comúnmente utilizados como herramientas de corte, en las estructuras o
maquinarias (piezas de mecanismos, carcazas, entre otros). El diagrama
Fe-C muestra una solución sólida del tipo de parcial solubilidad en el
estado sólido y que servirá de ayuda para la aplicación de losTT.
El hierro presenta las siguientes formas alotrópicas
Alfa Beta Gamma
Hiero
Delta
Tratamientos térmicos
NOMBRE ESTRUCTURA RANGO CARACTERÍSTICA
Alfa (α) CC0.008% C máx a temp.
ambiente, y 0.025% C
a 727°C
Es magnético y
prácticamente
no admite templado
Beta (β) TCC0.025% C a 727°C.
0% a 910°C
Se le considera de
transición entre el
Fe “α” y el “”
Gamma () CCC
Solubilidad máx. a 2%C
y 1148°C, temp. máx
1495°C, con 0.18%C,
temp. Mín 727°C con
0.80%C
Admite temple, el hierro
permite la máxima
Solubilidad (2%)
No es magnetico
Delta () CCSolubilidad máx 0.10%C
a 1495°C, temp. mínima
1400°C
Se encuentra a temp.
elevada, se disuelve
muy poco carbono
Tratamientos térmicos
Fases
Tratamientos térmicos
Tipos
Tratamientos sin cambio de composición, es decir, aquellos en cuyo tratamiento no
varían los componentes.
• Temple
• Revenido
• Recocido
• Normalizado
Tratamientos con cambio de composición, los que añaden nuevos elementos a sus
propios componentes o cambian la proporción de los existentes. De aquí que se llamen con más
propiedad Tratamientos Termoquímicos.
• Cementación
• Nitruración
• Sulfinización
• Carbonitruración
Tratamientos térmicos
Temple
Proceso de calentamiento seguido de un enfriamiento, generalmente
rápido con una velocidad mínima llamada "crítica“, con el fin de 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.
El factor que caracteriza a la fase de enfriamiento es la velocidad del
mismo, que debe ser siempre superior a la crítica para obtener
martensita.
Los elementos de aleación disminuyen en general
la velocidad crítica de temple y en algunos tipos de
alta aleación es posible realizar el temple al aire. A
estos aceros se les denomina "autotemplantes".
Tratamientos térmicos
Revenido
Consiste en calentar al acero después de normalizado o templado, a una
temperatura inferior al punto crítico, seguido de un enfriamiento
controlado que puede ser rápido cuando se pretenden resultados altos en
tenacidad, o lento, para reducir al máximo las tensiones térmicas que
pueden generar deformaciones.
Cuando se pretenden los dos objetivos, se recurre al doble revenido, el
primero con enfriamiento rápido y el segundo con enfriamiento lento
hasta −300ºC.
Tratamientos térmicos
Revenido, fines
• Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un estado de
mínima fragilidad.
• Disminuir las tensiones internas de transformación, que se originan
en el temple.
• Modificar las características mecánicas, en las piezas templadas
produciendo los siguientes efectos:
a) Disminución de la resistencia a la rotura por tracción, el límite
elástico y la dureza.
b) Aumentar las características de ductilidad; alargamiento estricción
y las de tenacidad; resiliencia.
Tratamientos térmicos
Recocido
Consiste primordialmente en un calentamiento hasta la temperatura
de austenización (800 a 925°C) seguido de un enfriamiento lento. Con este
tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras disminuye la
dureza.
Los fines que se consiguen con este tratamiento son los siguientes:
1. Facilitar el mecanizado de piezas al homogenizar la estructura.
2. Afinar el grano.
3. Ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en
frío y las tensiones internas.
Tipos:
• Recocido de regeneración
• Recocido de ablandamiento
• Recocidos contra acritud
• Recocido globular
Tratamientos térmicos
Normalizado
Tratamiento térmico que se lleva a cabo al calentar aproximadamente a
20°C por encima de la línea de temperatura crítica superior (Ac3) seguida
de un enfriamiento al aíre hasta la temperatura ambiente. Con esto se
consigue un acero más duro y resistente al obtenido con un enfriamiento
más lento, en un horno después de un recocido.
Este tratamiento se utiliza tanto para piezas fundidas, forjadas o
mecanizadas. Sirve para afinar la estructura y eliminar las tensiones que
suelen aparecer en la solidificación, forja, entre otras.
Entre los beneficios se tienen:
• Afinar y homogenizar la estructura (aumenta
resistencia y dureza)
• Disminuir la formación del componente
proeutectoide (cementita o ferrita) aumentando la
formación de perlita.
Tratamientos térmicos
Resultados
Temple Revenido Recocido Normalizado
• Hace al acero mas duro
• Afinar el tamaño
del grano
• Aumenta la
fragilidad
•Disminuye la
elasticidad
• Reduce la
maleabilidad de la
pieza
• Incrementa la
resistencia eléctrica
• Generar un acero
mucho menos frágil
• Disminuir
ligeramente la
dureza
• Aumentar la
tenacidad
• Hacer al acero
mas elástico y dúctil
• Minimizar
notoriamente las
tensiones internas
producidas por el
temple
• Ablanda el metal
para trabajarlo mejor
• Regenera la
estructura del acero
• Elimina tensiones
internas
• Aumenta la
Elasticidad
• Mejora las
propiedades
eléctricas y
magnéticas del
acero
• Facilita el
maquinado
• Se obtiene un
acero con una
estructura
arbitrariamente
normal
• Se aumenta la
Dureza y
Maquinabilidad del
material
• Se refina el grano
• Se homogeniza la
microestructura
• Se eliminan
tensiones internas
Tratamientos térmicos
superficiales
Son procesos particularmente útil para mejorar la resistencia a la
identación superficial, la fatiga y al desgaste.
Las aplicaciones típicas para el endurecimiento superficial son los
dientes de engranajes, levas, flechas, cojinetes, sujetadores, espigas, placas
de embrague automotriz, herramientas y dados. Sin embargo el
endurecimiento en el volumen de estas piezas no sería deseable, puesto
que una pieza dura carece de la tenacidad necesaria para estas
aplicaciones
Una pequeña grieta superficial se propagaría con rapidez a través de
este tipo de pieza, causando una falla total.
Están disponibles varios métodos; entre ellos el carburizado, nitrurado,
sulfunizado, el temple por inducción, entre otros.
Tratamientos térmicos
superficiales. Cementado
Consiste en el calentamiento de las piezas a unos 900 ºC en un medio u
atmósfera (durante el calentamiento y enfriamiento) en el que el carbono
penetre en la superficie del acero en función del tiempo o sólidos que
contengan carbono (Cementado en caja) originando cambios en la
composición química del acero.
Entre los fines de este tratamiento se tiene:
Aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose
después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial,
resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.
Empacado
para carburaciónBaño líquido Gas
Métodos
Tratamientos térmicos
superficiales. Cementado
SÓLIDOS LÍQUIDOS GASEOSA
• Son todas a base de carbono
vegetal, se suele usar cementantes
preparados (carbón vegetal +
Carbonato Alcalino ó Carbonato
Alcalinoterreo).
• No se usa nunca líquido ni
turba (contienen Azufre que
proporciona fragilidad).
• El carbono que absorbe, proviene
del carbón naciente. El poder de
penetración de estos cementantes
sólidos es de 0.5-1.5 mm/h.
• Se emplean en piezas grandes. Es
económico, barato y el menos
peligroso.
• Se realiza en piezas de gran
precisión, son tóxicos y peligrosos.
• Se usan cianuros y cloruros,
con cloruso potásico se obtiene la
mayor penetración. A mayor Tª y
menor proporción de cianuro
sódico mayor es el poder de
penetración.
• Los cementantes líquidos
penetran menos que los
cementantes sólidos.
• Hay que estar continuamente
observando los baños, pues llega un
momento en que en vez de
cementar, se nitrura, por lo que
se van agotando.
Hay dos tipos de Gases:
a) Gas Activo. Hidrocarburos
(metano)
b) Gases Portadores. Aquellos
que llevan algo de Carbono
(CO2, CO...), nunca van solos
(H2, O2, H2O), se obtienen por
combustión incompleta de
combustibles sólidos, se deben
pasar por catalizadores.
• Se realiza metiendo primero el
gas portador, se eliminan las
impurezas del horno, se cierra y
se mete gas activo. Hay una
mezcla, se introduce la pieza.
• El poder de penetración de los
gases es parecido al de los
sólidos: 8 h/1.5 mm
Tratamientos térmicos
superficiales. Cementado
Sólidos Líquidos Gaseosa
• Los cementantes sólidosson fáciles de utilizar, pero
resultan caros de aplicar,
por el consumo de
combustible y costo de
preparación de las piezas
en la caja.
•Las temperaturas son muy
desiguales en las cajas
grandes.
•Se emplean en piezas
grandes.
• Son de acción más
rápida y de sencilla
aplicación, con respecto a
los sólidos.
•Se aplica mucho para
piezas pequeñas de
fabricación en serie.
•Tienen el inconveniente
que las sales usadas son
todas muy venenosas.
• Son los mejores y más
económicos para cementar
muchas piezas rápidamente,
pudiendo cementarse
grandes espesores.
•Su inconveniente principal,
casi el único, es la carencia
de las instalaciones
especiales que necesitan, lo
que impide su utilización en
talleres pequeños.
Tratamientos térmicos
superficiales. Nitruración
Tratamiento que tiene por objeto aportar nitrógeno a la capa
superficial de los aceros, con lo que se consigue endurecerla
extraordinariamente.
La operación se realiza calentando las piezas a unos 500 °C en una
corriente de Amoniaco durante uno a cuatro días.
La dureza se atribuye a la formación de Nitruros de los elementos de
aleación del acero, principalmente Al, Cr, Mo.
Los espesores de la capa nitrurada más empleados varían entre 0.20 a
0.70 mm, según la duración de la operación, consiguiéndose
aproximadamente un espesor de 0.3 mm por día
Tratamientos térmicos
superficiales. Nitruración
Opera
a bajas temperatura
No hay aumento
de tamaño de grano
No se someten
A tratamiento
posterior las piezas
Ligero rectificado
Durezas elevadas,
superiores a
78 HRC
VENTAJAS
La profundidad de la capa nitrurada varía desde 0.1 a 0.6 mm
Tratamientos térmicos
superficiales. Sulfinización
Tratamiento térmico con cambio de composición, donde se absorbe C,
N2, y S. No aumenta para nada la dureza, pero se emplea para aumentar
la resistencia al desgaste.
Se ejecuta a Tª exacta, es decir entre 560 y 570 °C . Si sobrepasa de 570
°C se rompe y no se produce la sulfinización
Se realiza en un baño de sales de tipo. activos + reductores + de soporte,
y el proceso dura entre 30 minutos a 3 horas, obteniéndose como máximo
una penetración de 0.3 mm.
Como resultado de la operación se advierten dos acciones principales:
a) Una corrosión superficial, que origina microcavidades. “Piel de
Gallina”.
b) Polidifusión C, S, N2 . Es un efecto autopropagante, es decir, a medida
que se desgastando va penetrando, por lo que siempre tendrá la misma
dureza al desgaste.
Tratamientos térmicos
superficiales. Carbonitruración
Tratamiento con el que se consigue endurecer una capa superficial de los aceros
por la absorción simultánea de carbono y nitrógeno .
El proceso se realiza a temperaturas cercanas a los 900°C, es decir con el acero
en estado Austenítico, obteniéndose capas duras de espesores hasta 0.6mm en
cuatro a cinco horas
• Una de las características más sobresaliente de la carbonitruración es la
disminución de la velocidad crítica de temple, que produce en los aceros
carbonitrurados, la aportación de nitrógeno en la austenita, puesto que puede
realizarse el tratamiento a temperaturas inferiores a la de cementación, con lo que
resulta una disminución del crecimiento de grano.
• Las piezas carbonitruradas de aceros al carbono tienen una velocidad de temple
suficientemente baja para enfriarlas en aceite, obteniendo por consiguiente, una
disminución de deformaciones y grietas.
• Menor empleo de aceros aleados para piezas carbonitruradas, puesto que con
aceros al carbono se obtienen buenas características.
• Las piezas carbonitruradas se suelen templar y revenir obteniéndose durezas
hasta de 65 HRC.