TRATAMIENTOS TERMICOS

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

1. OBJETIVOS:- Determinar la diferencia de dureza entre los aceros al carbono y los aceros aleados.

- Determinar la influencia del % de carbono, los elementos aleantes, la temperatura de

calentamiento y el medio de enfriamiento en el proceso de templado.

- Establecer criterios de aplicación del procedimiento de templado.

- Comprobar la dureza superficial de los aceros templados a diferentes condiciones.

2. FUNDAMENTO TEORICO:

El tratamiento térmico es la operación de calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido a temperaturas y condiciones determinadas para cambiar sus propiedades mecánicas. Nunca alteran las propiedades químicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro - carbono. En este tipo de diagrama se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. El tiempo y la temperatura son los factores principales y hay que fijarlos de antemano de acuerdo con la composición del acero, la forma y el tamaño de las piezas y las características que se desean obtener.

2.1. Fases de un tratamiento térmico:1) Calentamiento hasta la temperatura adecuada.

2) Mantenimiento a esa temperatura hasta obtener uniformidad térmica.

3) Enfriamiento a la velocidad adecuada. De acuerdo con las variantes de estas fases se

obtienen los distintos tratamientos.

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Explicación de cada una de estas fases:

Fase 1ª

Si en esta fase se llega a la temperatura de transformación superior, toda la estructura se convierte en austenita. Si el calentamiento es suficientemente lento, la transformación se logra a las temperaturas que aparecen en la figura siguiente. Si el calentamiento se hace a distintas velocidades, la transformación empieza y termina tanta más tarde cuanto mayor es la velocidad, aún para el mismo acero.

Fase 2ª

Esta fase tiene por objeto lograr el equilibrio entre la temperatura del centro y la periferia y con ello la homogeneización de la estructura. Deberá ser tanto más larga cuanto más rápido haya sido el calentamiento.

Fase 3ª

Es la fase decisiva en la mayoría de los tratamientos. Para lograr el constituyente deseado hay que partir de la estructura austenítica, si queremos que haya transformación. Si el enfriamiento es lento, la temperatura de transformación y los constituyentes obtenidos son los que aparecen en la figura anterior, según la composición del acero. Si el enfriamiento se hace a distintas velocidades, el comienzo y el final de transformación es distinto, y las estructuras resultantes serán distintas aún para el mismo acero. Si esta tercera fase se hace escalonadamente, es decir, enfriando rápidamente hasta una cierta temperatura y luego se la mantiene a esa misma temperatura durante el tiempo suficiente, se comprueba que también se logra la transformación.

Medio de enfriamiento:

Agua: es el medio más usado. Es económico, conveniente, y provee un enfriamiento muy rápido.

Se utiliza principalmente para aceros de bajo carbono, que requieren cambios muy rápidos en la temperatura para obtener buena dureza y resistencia. El agua genera un enfriamiento muy rápido, drástico. Esto puede causar tensiones internas, distorsión, o ruptura.

Salmuera: se obtienen resultados muy similares a los del agua pura. La salmuera enfría ligeramente más rápido que el agua, entonces la acción es un poco menos drástica. La diferencia en ambos procesos es muy pequeña. Las soluciones típicas son de 5 o 10% de cloruro de sodio en agua. Las partículas de sal reducen el tiempo en la segunda etapa de enfriamiento.

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sales fundidas: las partes se sumergen en un baño de sales fundidas para producir una transferencia de calor muy rápida. Los distintos tipos de sales tienen zonas de temperaturas de uso recomendables. Las sales usadas son: NaCl, KCl, BaCl2, NaNO3, KNO3, CaCl2, NaCN, Na2CO3, KCN, etc.

Aceite: produce un enfriamiento más suave que el agua o la salmuera. Por lo tanto se utiliza para piezas más críticas, que tengan secciones delgadas afilos. Por ejemplo, el metal utilizado en las hojas de afeitar, los resortes y los cuchillos es templado en aceite.

Debido al enfriamiento menos violento, tiene menos probabilidad de producir tensiones internas, distorsiones o rupturas. Sin embargo, la dureza obtenida es mejor que la del tratamiento con agua. El enfriamiento con aceite es más efectivo si se lo calienta entre 40 y 65ºC.Esto puede parecer raro, porque como vimos anteriormente, es conveniente que el baño esté lo más frio posible. Sin embargo, el aceite es muy viscoso, y el calentamiento mejora su viscosidad lo que incrementa su circulación.

Aire: provoca un enfriamiento menos drástico que el aceite, el agua o la salmuera. La muestra calienta se localiza sobre una pantalla. El aire frio esforzado a pasar desde abajo a alta velocidad. Puede realizarse en una cámara luego de que el metal deje el horno.

3. EQUIPOS, MATERIALES Y HERRAMIENTAS:

3.1.EQUIPOS:

Horno eléctrico.

Durómetro portátil equipo tipo 3.

3.2.MATERIALES:

- Probeta de acero SAE 1045.

3.3.HERRAMIENTAS:

- Tenaza de acero.

- Deposito metálico.

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4. PLAN DE TRABAJO:- Preparar las probetas a las dimensiones requeridas, eliminar rebabas y lijar las caras de las

probetas que se ensayaran en el durómetro.

- Medir la dureza de las probetas a temperatura ambiente y anotar los resultados en la

tabla correspondiente.

- Encender el horno y llevarlo a la temperatura indicadas: 600,800 y 1000°c.

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- Colocar adecuadamente las probetas en el horno y esperar aproximadamente de 10 a 15

minutos para uniformizar la temperatura de las probetas.

- Extraer las probetas una por una, enfriándoles en el medio correspondiente.

- Una vez frías las probetas, limpiar una cara de la probeta y medir la dureza en el

durómetro y anotar en la tabla correspondiente.

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- Realizar la limpieza correspondiente.

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5. RESULTADOS:

TEMPERATURAPROBETA 01 PROBETA 02 PROBETA 03 MEDIO DE

ENFRIAMIENTOHRC BRINELL HRC BRINELL HRC BRINELL

T° Ambiente 23.6 207 23.7 240 22.6 228 AGUA

T° 600 24.1 252 AGUA

T° 800 25.4 257 AGUA

T° 1000 48.7 486 AGUA

6. OBSERVACIONES:

- La cara del material debe ser uniforme para medir la dureza puesto que si no lo es el durómetro no leerá correctamente la dureza del material a utilizar.

- No hubo muchas probetas para diferenciar el tratamiento térmico que es lo que sucede en otro material.

- Al enfriar en el agua se observó la corrosión en la placa de metal.

- A la hora de sacar el material del horno nunca se bebe poner uno al frente del horno porque podría ocurrir algunas quemaduras en la cara.

- Se debe cambiar el agua para cada temperatura.

- El material debe estar de una forma más regular posible para que así se pueda tomar las medidas correctas.

- A la hora que al material se le va a medir la dureza previo a eso se le debe dar una lijada para sacar el óxido y así poder obtener los valore correctos.

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7. CONCLUSIONES:

- Debido a la variedad de los tratamientos térmicos es importante saber y distinguir las diferencias y características que se obtienen con cada uno de los diferentes tipos de tratamientos térmicos , ya que podemos obtener mejor resultado sabiendo aplicar cada uno de ellos y entender los procedimientos básicos que este encierra para un mejor trabajo; hoy, mañana y siempre estos tratamientos estarán presentes porque este campo va a hacer infinito, el acero es una materia prima, podría existir diversas aleaciones pero acero estará presente y las características de este no se encajan del todo a nuestras necesidades y por eso es necesario el manipularlo hasta llevarlo a lo más extremo en lo que queremos obtener , mayor ductilidad, mayor dureza, entre otras propiedades presentes en los aceros.

- Al finalizar esta investigación se puede concluir que los tratamientos térmicos son una herramienta muy difundida en la industria, debido a que los procesos modernos exigen que los materiales tengan ciertas cualidades mecánicas, en especial de dureza y tenacidad, es ahí cuando los tratamientos térmicos encuentran su papel. Aunque la mayoría de estos tratamientos son para mejorar las cualidades mecánicas, así también existen unos pocos que ablandan los metales, esto para eliminar los esfuerzos residuales generados por los diversos procesos de manufactura.

- En el experimento realizado se comprobó que un material como el acero, si le mete a altas temperaturas su dureza va incrementar notablemente, con respecto a la dureza que tenía en temperatura ambiente.

- Si bien al acero se le mete a altas temperaturas y aumenta su dureza, también baja su tenacidad y se vuelve un material frágil.

- A un material que se ponga a temperaturas de 600º no va a tener la dureza que un material que lo metan a 1000º. Esto significa que a mayor temperatura más dureza y menor temperatura menos dureza.

- A la hora que un material se mete a altas temperaturas en un horno la dureza y la fragilidad son directamente proporcionales

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TES DE COMPROBACIÓN

1. ¿Cuáles son las fases de un tratamiento térmico?Un tratamiento térmico consta de tres etapas que se presentan a continuación:

1° Calentamiento hasta la temperatura fijada: La elevación de temperatura debe ser uniforme en la pieza.2° Permanencia a la temperatura fijada: Su fin es la completa transformación del constituyente estructural de partida. Puede considerarse suficiente una permanencia de unos 2 minutos por milímetro de espesor.3° Enfriamiento: Este enfriamiento tiene que ser rigurosamente controlado en función del tipo de tratamiento que se realice.

2. ¿Qué medio de enfriamiento permite que el material adquiera mayor dureza? El medio de enfriamiento que permite la mayor dureza es el medio ambiente.

3. ¿Qué aspectos influyen en la mayor dureza a obtener por un tratamiento térmico? El desarrollo de los tratamientos térmicos se desarrolla preferiblemente en tres fases (calentamiento a temperatura máxima, permanencia a la temperatura máxima, enfriamiento desde la temperatura máxima a la temperatura ambiente).

4. ¿Cuándo se dice que un material es adecuado para ser templado?Cuando pueden ser manipulables a alta temperaturas o a baja para fabricar herramientas o repuestos.

5. ¿Qué temperatura es la más adecuada para realizar el tratamiento térmico de un acero?

Tratamiento Temperatura °C Medio de Enfriamiento

Forja 900/1200 Arena seca / Aire

Normalizado 870/930 Aire

Recocido 860/890 Horno / Aire

Cementación 900/925 Horno / Aceite

Temple 840/870 Aceite

capa

cementada 150/200 Aire

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