Los Tratamientos Termicos Isotermicos y Termoquimicos (1)

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

TEMPLE A LA LLAMA

EFECTO DEL CALENTAMIENTO SOBRE EL TAMAÑO DE GRANO

Variaciones de volumen que experimenta un acero de 1% de carbono en el calentamiento y enfriamiento

TEMPLE Y REVENIDO

Diagrama Fe-Fe3C

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diagrama_Fe_C_zona_de_los_aceros.svg

Diagrama Hierro-carburo de hierro

Principales etapas y transformaciones que sufren los aceros en el Revenido

Transformación Martensita tetragonal en cúbica y precipitación del Carburo Épsilon

Transformación Martensita tetragonal en cúbica y precipitación del Carburo Épsilon

Austenita retenida ==> Bainita inferior

Transformación de la Austenita residual

Templado y revenido a 3000

Austenita retenida ==> Bainita inferior Templado y revenido a 3500





(aparecen partículas blancas de cementita)

• Tiempo duración Revenido:

½ a 03 horas

SAE 1020 400X SAE 1020 templado en agua. Austenizado a 780 (ºC). 400X

SAE 1020 Revenido a 400 (ºC)

SAE 1045 400X SAE 1045 templado en agua. Austenizado a 780 (ºC). 400X

SAE 1045 Revenido a 400 (ºC)

050

100150200250300350

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900Du

reza

Vic

ke

rs (

Hv)

Temperatura (°C)

T° C

Dureza (Hv)

200 208

400 210

600 198.6

720 218

760 547

780 572

800 552

850 464.4

Temple en agua de un acero SAE 1020, austenizado a 800 (ºC)

T° C Dureza (Hv)

200 160.6

400 163.2

600 171.4

720 186.8

760 254.2

780 324.2

800 296.6

850 317

0100200300400500600700

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Du

reza

Vic

kers

( H

v )

Temperatura ( °C )

Temple en agua de un acero SAE 1045, austenizado a 780 (ºC)

Resultados T.T. de Revenido

SAE 1020

Temperatura de temple (°C)

Dureza (Hv)

780 324.2

Temperatura de revenido (°C)

400 260.4

SAE 1045

Temperatura de temple (°C)

Dureza (Hv)

780 572

Temperatura de revenido (°C)

400 420.2

Influencia de la T° de Revenido sobre la dureza de

los aceros al carbono de herramientas templados. Influencia de la T° de Revenido sobre la dureza de un

acero rápido de 18 % de wolframio, 4 % de cromo y 1

% de vanadio, y sobre la de un acero indeformable de

13 % cromo.

Revenido a 650° . Temperatura demasiada elevada.

Revenido a 550°. Temperatura correcta

Revenido a 450°. Temperatura demasiada baja.

Influencia de la T° de Revenido en la microestructura de un acero

rápido,18-4-1 templado previamente a 1225° al aire.

Change in impact transition curves with increasing pearlite content in normalized carbon steels. Source: Ref 1

Typical normalizing temperatures for standard carbon and alloy steels

Grade Temperature °C 1015 915 1020 915 1022 915 1025 900 1030 900 1035 885 1040 860 1045 860 1050 860 1060 830 1080 830 1090 830 1095 845 1117 900 1137 885 1141 860 1144 860

Plain carbon steels

Grade Temperature °C 1330 900 1335 870 1340 870 3135 870 3140 870 3310 925 4027 900 4028 900 4032 900 4037 870 4042 870 4047 870 4063 870 4118 925 4130 900 4135 870 4137 870

Standard alloy steels

Grade Temperature °C

4140 870 4142 870 4145 870 4147 870 4150 870 4320 925 4337 870 4340 870 4520 925 4620 925 4621 925 4718 925

TRATAMIENTOS ISOTÉRMICOS

Excelentes resultados en aceros de 0,5 a 1,2 % C

MARTEMPERING

RECOCIDO CON ENFRIAMIENTO LENTO RECOCIDO ISOTÉRMICO

1.- Calentamiento a 780°C y mantenimiento 1.- Calentamiento a 780°C y mantenimiento

de 1 hora de 1 hora

2.- Enfriamiento lento con una velocidad 2.- Enfriamiento rápido hasta 700°C y mantenimiento

de enfriamiento de 15°C/Hora de 2 horas

3.- Enfriamiento al aire desde 625°C 3.- Enfriamiento al aire desde 700°C

Duración : 12 a 24 Horas Duración : 6 a 12 Horas

Comparación entre los tiempos entre cada recocido para un acero al carbono de 1% C de poco espesor

TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS

• CEMENTACIÓN

• NITRURACIÓN

• CARBONITRURACIÓN

• SULFINIZACIÓN

Aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz.

Aumentar la resistencia al desgaste. Aumentar la resistencia a la fatiga. Aumentar la resistencia a la corrosión.

OBJETIVOS

CEMENTACIÓN

Se aumenta el contenido en carbono de la superficie de las piezas de acero, rodeándolas con un medio carburante, y manteniendo todo el conjunto, durante un cierto tiempo, a elevada temperatura. Luego se templan las piezas y quedan con gran dureza superficial

CEMENTACIÓN

Se emplean aceros aleados y sin aleación, de bajo contenido en carbono, generalmente de 0,08 a 0,25% de C y excepcionalmente aceros de hasta de 0,4% de C. Temperatura de operación: 900 (0C) aprox. Etapas: 1ª. Absorción del CARBONO por el acero. 2ª. Mejoramiento características mediante

Temple + Revenido

• La cantidad y distribución del Carbono absorbido por las piezas depende:

• 10. De la composición del acero

• 20. De la naturaleza de la substancia cementante

• 30. De la T0 y de la duración de la cementación

CEMENTACIÓN

cementantes

sólido

Cementación de 6 a 10 horas

líquido

Cementación de 1 a 6 horas

gaseoso

Cementación de 1 hora a varios

días

Cementación con materiales sólidos

El carbón sólo no se emplea, porque con él no se suele conseguir concentración de carbono en la periferia del acero superior a 0.65%; mezclándolo con carbonatos alcalinos o alcalino-térreos, se alcanza hasta 1.20% de carbono.

Proceso de cementación por carbón vegetal

Carbón coque

• El carbón a elevada temperatura, en contacto con el oxígeno del aire, genera óxido de carbono (CO):

2C+O2=2CO • El óxido de carbono formado se descompone a elevada

temperatura en carbono naciente y

dióxido de carbono:

2CO=C+CO2

Fases de la cementación

1. Producción de carbono naciente en las proximidades de la superficie de acero.

2. Absorción del carbono en la zona periférica del acero;

3. Difusión del carbono hacia la zona central.

Penetración y distribución del carbono

Efecto de la temperatura y del tiempo de permanencia sobre la profundidad de cementación con carburante sólido (carbón + 40 % de BaCO3).

Cementación a 925(0C) con 60% de carbón de madera y 40% de Carbonato bárico, durante 10 horas, de un acero de 0,12 %C.

Factores a considerar:

MARTEMPERING

NITRURACIÓN

NH3 3H + N TO: 500 A 600 (oC)

Duración: 10 veces mayor que la de la cementación, necesitando unas 20-50 horas para alcanzar una profundidad de 0.2-0.4 (mm)

Aceros para nitrurar

0.30-0.38 % de carbono 1.35-1.65 % de cromo 0.4-0.6 % de molibdeno 0.75-1.1 % de aluminio

La dureza de la capa superficial se obtiene sin temple; por lo tanto sirve para el trabajo a temperaturas relativamente altas (400-500°C).

HORNO PARA NITRURACIÓN

CARBONITRURACIÓN

• Tratamiento intermedio entre la cementación y la

nitruración, con el que se consigue aumentar la dureza

de los aceros tratados mediante la inserción superficial

simultánea de carbono y nitrógeno.

• Se realiza introduciendo la pieza a una atmósfera de

composición básica de amoníaco (NH3, con el que se

aporta el nitrógeno) e hidrocarburos (agentes

carburantes, con los que se aporta carbono).

• Temperaturas: 750-800 ºC (inferior a la

de cementación y superior a la de

nitruración).

CARBONITRURACIÓN

Tiene las ventajas que los riesgos de sobrecalentamiento se reducen y que el nitrógeno aumenta considerablemente la templabilidad del acero, lo que hace posible el temple en aceite desde la temperatura de carbonitruración.

Las piezas tratadas son aceros similares a los que se emplean en la cementación, de bajo contenido en carbono (0,1 - 0,2%) y de gran espesor.

No se necesitan elementos formadores de nitruros (aluminio, aluminio, cromo, vanadio...), pues el endurecimiento se consigue en este caso mediante la incorporación de carbono y nitrógeno en solución sólida. Así se obtienen piezas con superficies de una elevada dureza y resistencia al desgaste, pero que a su vez conservan un núcleo tenaz

SULFINIZACIÓN

• Se incorpora superficialmente nitrógeno, carbono y sobre todo azufre, mediante un baño de sales que ceden dichos elementos (C, N, y S) a una temperatura cercana a 565ºC.

• Esto genera Sulfuro de hierro (S2Fe) como inclusión no metálica y se aloja en los bordes de grano, lo que aporta dureza. En sólo 3 horas de tratamiento es capaz de generarse una capa de unos 0,3mm de espesor en su superficie. Las sales en las que se baña el acero para este proceso son de dos tipos:

Una de bajo punto de fusión, considerada una sal típica de cianuración, que está constituida por cianuro de sodio (NaCN) y cloruro de potasio (KCl), carbonato de sodio (Na2CO3).

• Otra sal portadora de azufre compuesta por cianuro de sodio (NaCN), cloruro de potasio (KCl) y sulfito de sodio (Na2SO3).

• Este tratamiento aumenta considerablemente la resistencia al desgaste de los metales al disminuir su coeficiente de rozamiento (μ), lo cual viene principalmente causado por dos factores:

El aumento de la dureza

La amplitud de la capa sulfinizada, que soporta el rozamiento, que actúa como un metal antifricción.

• Este proceso alarga la vida útil de las herramientas hasta 5 veces más.

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