Tratamientos de Los Materiales

TRATAMIENTOS DE LOS MATERIALESTRATAMIENTOS DE LOS MATERIALES

Tratamientos térmicos

Tratamientos termoquímicos

Tratamientos mecánicos

Profesor: César Malo Roldán

INDICEINDICE

• ¿Qué es un tratamiento térmico?• ¿Qué es un tratamiento termoquímico? • Referentes de temperaturas en los tratamientos• Fundamento de los tratamientos térmicos• Constituyentes metaestables de los aceros

• Martensita• Bainita• Troostita

• Resumen: velocidad de enfriamiento -transformación. (ºC/sg)

• Finalidad de los tratamientos térmicos• Factores comunes a los tratamientos térmicos.

• Calentamiento• Velocidad de calentamiento• Tiempo de permanencia

• TRATAMIENTOS TÉRMICOS• ¿QUE ES EL TEMPLE?

• Fundamento• Finalidad• Calentamiento• Temperaturas recomendadas• Tiempo de calent. y velocidad de enfriamiento• Medios de enfriamiento

• TIPOS DE TEMPLE• Temple continuo completo.• Temple continuo incompleto.• Temple martempering.• Temple austempering.• Temple superficial.

• REVENIDO• RECOCIDO• RECOCIDO: Tipos.

• Recocido de regeneración• Recocido globular• Recocido de ablandamiento• Recocido de homogenización• Recocido de recristalización • Recocido isotérmico

• NORMALIZADO

• TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS• CEMENTACIÓN

• Proceso de cementación

• NITRURACIÓN• Proceso de nitruración

• CIANURACIÓN• Proceso de cianuración

• CARBONITURACIÓN

• TRATAMIENTOS MECÁNICOS: FORJA

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¿Qué es un tratamiento térmico?¿Qué es un tratamiento térmico?

Son procesos técnicos que, mediante calentamientos y enfriamientos, producen cambios en las propiedades mecánicas de los materiales, es decir, aumentan la resistencia a la tracción y la dureza, sin alterar su composición química.


¿Qué es un tratamiento termoquímico? ¿Qué es un tratamiento termoquímico?

Son procesos técnicos que, mediante calentamientos, enfriamientos y cambios en la composición química de los materiales, provocan un aumento de la resistencia y la dureza de las superficie exterior de las piezas, manteniendo el núcleo de las mismas con las propiedades iniciales.


Referentes de temperaturas en los tratamientosReferentes de temperaturas en los tratamientos

Son las líneas de transformación de los constituyentes estables en el diagrama Fe-C (perlita, ferrita y cementita)– Ac3: ferrita– Acm: cementita – Ac1: perlita


Fundamento de los tratamientos térmicosFundamento de los tratamientos térmicos

El fundamento es obtener constituyentes metaestables, sometiendo a la austenita a un enfriamiento más rápido que el recogido en el diagrama Fe-C

La velocidad de los constituyentes estables del diagrama Fe-C es de 50ºC/seg.

Los constituyentes metaestables se obtienen por enfriamiento a velocidades superiores a 50ºC/seg.


Constituyentes metaestables de los acerosConstituyentes metaestables de los aceros

MARTENSITA:– Velocidad de

enfriamiento de la austenita > 600ºC/seg.

– Solución solida sobresaturada de hierro alfa y carbono.

– Constituyente básico de los aceros templados.


BAINITA:–Velocidad de

enfriamiento de la austenita entre 275 y 500ºC/seg.

–Formado por una mezcla difusa de ferrita y cementita.



TROOSTITA:– Velocidad de enfriamiento

de la austenita entre 50 y 200ºC/seg.

– También puede obtenerse por transformación isotérmica de la austenita a temperaturas de 500 y 600 ºC.

– Formado por una fina dispersión de cementita en hierro alfa.



Resumen: velocidad de enfriamiento -Resumen: velocidad de enfriamiento -transformación. (ºC/sg)transformación. (ºC/sg)

600 500 275 200 50


Finalidad de los tratamientos térmicosFinalidad de los tratamientos térmicos

Alcanzar máxima dureza y resistencia. Disminuir la acritud del trabajo en frío de

los materiales. Eliminar tensiones internas, debido a las

deformaciones de la red atómica.– Aumentan dureza y fragilidad.– Mejorar la maquinabilidad y resistencia a

agentes químicos.

Crear estructuras internas homogéneas.

Estado en el que se encuentra un material cuando ha perdido su ductilidad y maleabilidad.


Factores comunes a los tratamientos térmicos.Factores comunes a los tratamientos térmicos.

Calentamiento:Desde la temperatura

ambiente hasta la deseada

En los aceros su punto de partida es el constituyente estructural austenítico.

En aceros desdeAc3 AcmAc1



Velocidad de calentamiento:Debe producirse de forma que

no se establezcan diferencias de temperatura entre la periferia y el núcleo.

Debe evitarse calentamientos rápidos.

La diferencia entre puntos equidistantes de una pieza transversalmente 25mm – 20ºC


Tiempo de permanencia:El necesario para la

homogenización de la austenita.

Es función de espesor, temperatura de calentamiento y composición del acero.

Tamaño de grano lo más fino posible. Las transformaciones son más rápidas y homogéneas.



TRATAMIENTOS TÉRMICOSTRATAMIENTOS TÉRMICOS

TempleRevenidoRecocidoNormalizado


¿¿QUE ES EL TEMPLE?QUE ES EL TEMPLE?

Tratamiento térmico que mediante calentamiento, mantenimiento y enfriamiento adecuado, transforma la austenita en martensita.

¿Es elevada la velocidad de enfriamiento?


TEMPLE: TEMPLE: FundamentoFundamento

Para templar una pieza se calienta hasta un temperatura superior a la crítica – manteniendo el tiempo suficiente hasta lograr la total transformación de la austenita- y enfriando rápidamente.


TEMPLE: TEMPLE: FinalidadFinalidad

Aumentar la resistencia a tracción, dureza y elasticidad de los aceros.

Disminuir plasticidad, tenacidad y alargamiento.

Modificar:–Propiedades físicas: aumento del

magnetismo y la resistencia eléctrica.–Propiedades químicas: aumento de

la resistencia a la corrosión.


TEMPLE: TEMPLE: CalentamientoCalentamiento

Hipoeutectoides y eutectoides: solo austenita, destruyendo la ferrita que es blando.

Hipereutectoides: austenita y cementita (es duro y aumenta la resistencia y dureza de la pieza).


TEMPLE: TTEMPLE: Temperaturas recomendadasemperaturas recomendadas

Hipoeutectoides:– Ac3 + 50ºC.

Eutectoides: –Ac1 + 50ºC

Hipereutectoides:–Ac1 + 50ºC


TEMPLE: TEMPLE: Tiempo de calentamiento y velocidad de enfriamientoTiempo de calentamiento y velocidad de enfriamiento

Tiempo de calentamiento: – depende del espesor de la

pieza.– Homogeneidad en la

austenita (hipoeutectoides y eutectoides)

– Homogeneidad en la austentita y cementita (hipereutectoides)

Velocidad de enfriamiento:– Muy elevada.– Depende de la composición

y tamaño de grano del acero.


TEMPLE:TEMPLE: Medios de enfriamiento Medios de enfriamiento

Agua:– Medio rápido y potente. Temple muy fuerte.– La temperatura del agua menor de 30 ºC– Las piezas deben agitarse dentro del agua para impedir

que el vapor producido haga de aislante retrasando el enfriamiento. Para enfriar aceros al carbono.

Aceite mineral:– Más lento que el agua. – Para temples suaves y uniformes.

Metales y sales fundidas:– Para enfriamientos isotérmicos. Los metales fundidos

más usados: Pb, Hg, Pb-Sn.


TIPOS DE TEMPLETIPOS DE TEMPLE

Vienen determinados por el proceso de ejecución y la estructura final de los constituyentes.– Temple continuo:• Completo• Incompleto

– Temple isotérmico:• Austempering• Martempering

– Temple superficial.


Temple continuo completo.Temple continuo completo.

Aceros hipoeutectoides.

Ac3 + 50º– Ferrita en Austenita

Se enfría a una temperatura superior a la crítica.

Se obtiene MARTENSITA COMO ÚNICO CONSTITUYENTE


Temple continuo incompleto.Temple continuo incompleto.

Aceros hipereutectoides.

Ac1 + 50º– Perlita en Austenita y

Cementita sin transformar Se enfría a una

temperatura superior a la crítica.

Se obtiene MARTENSITA MAS CEMENTITA COMO CONSTITUYENTES FINALES


Temple martempering.Temple martempering.

Se utiliza para aceros que por su forma irregular no aceptan el temple completo.

Ac3 + 50º: austenita Enfriamiento brusco poco

antes de Ms (antes de formarse la martensita).

Se introduce en baño de sales hasta que toda la pieza adquiere la misma temperatura.

Posteriormente se enfría rapidamente en agua hasta tª ambiente.


Temple austempering.Temple austempering.

Se utiliza para aceros que no aceptan el temple continuo.

Es más efectivo para evitar grietas y deformaciones (aceros muy tenaces).

Ac3 + 50º: austenita en hipereutectoides.

Enfriamiento brusco poco antes de Ms (antes de formarse la martensita) sobre 450ºC

Se introduce en baño de sales (isotérmica), transformando austenita en bainita (mucha tenacidad).

Posteriormente se enfría rápidamente.


Temple superficial.Temple superficial.

Para templar solo la superficie del acero.

Se obtienen piezas:– Superficie:

• Duras y resistentes

– Nucleo:• Tenaces.

Se calienta solo la zona superficial convirtiéndola en austenita y luego se enfría bruscamente (martensita)


REVENIDOREVENIDO

Mejora las características de las piezas templadas, eliminando tensiones y fragilidad producida en el temple.

Se calienta las piezas templadas a una tª menor que la crítica y se enfrían al aire hasta tª ambiente.

Realiza cambios en la martensita y austenita residual.

Según tiempo de permanencia y temperatura, se transforma en constituyentes estables.


RECOCIDORECOCIDO

Transforma los constituyentes metaestables de tratamientos y mecanizados en frío, en austenita, enfriando adecuadamente hasta convertirlo en constituyentes estables.

El objeto de este tratamiento es ablandar y eliminar tensiones internas, pretendiendo aumentar plasticidad y disminuyendo la resistencia y dureza de las piezas.


RECOCIDO: RECOCIDO: Tipos.Tipos.

Los tipos de recocidos vienen determinados por la temperatura máxima de calentamiento.– Recocido de regeneración– Recocido globular– Recocido de ablandamiento– Recocido de homogenización– Recocido de cristalización o contra acritud– Recocido isotérmico.


Recocido de regeneraciónRecocido de regeneración

Se utiliza para afinar los granos que se producen por aceros sobrecalentados y destruir los efectos producidos por un mal templado.

Ac3 + 50º = hipoeutectoides Acm + 50º = hipereutectoides Se enfrían en horno hasta

500º y continuando después al aire (estables).


Recocido globularRecocido globular

Se utiliza para alcanzar el máximo ablandamiento en acero muy carburados (hipereutectoides).

Temperatura entre Ac1 y Acm, transformándose en Austenita y Cementita.

Se enfrían en horno hasta 500º y continuando después al aire (estables).

El ablandamiento se produce cuando la perlita (globular) se une con partículas de cementita, formando esferas que se distribuyen entre la ferrita.


Recocido de ablandamientoRecocido de ablandamiento

Se utiliza para facilitar la mecanización en piezas, previamente templadas.

Se calientan a una temperatura algo inferior a Ac1 eutectoides, Ac3 hipoeutectoides ó Acm hipereutectoides.

Convierte los constituyentes del temple: martensita, bainita y perlita en austenita.

Enfriando lentamente al aire los convierten en ferrita, cementita y perlita.


Recocido de homogenizaciónRecocido de homogenización

Se utiliza para destruir las heterogeneidades químicas que se originan en la solidificación.

Se calientan a una temperatura Ac3 + 200º. Se favorece la difusión de todos los elementos presentes.

Enfriando lentamente en horno. Velocidad de enfriamiento más baja, mejor homogenización.


Recocido de recristalización Recocido de recristalización

Se utiliza para devolver a los aceros las características estables iniciales después de sometidos a deformaciones por trabajos en frío o caliente.

Se calientan a una temperatura 500º C ó Ac1-50ºC.

Enfriando lentamente en horno o al aire. Se obtienen estructuras cristalinas no deformadas, evitando acritud y aumentando elasticidad y tenacidad.


Recocido isotérmico Recocido isotérmico

Se utiliza para ablandar piezas que han sido forjadas en caliente y herramientas de alta aleación.

Se calientan a una temperatura Ac1+50ºC.Se enfrían hasta una temperatura de 700 º C

y manteniéndola hasta que toda la austenita se transforma en perlita.

Posteriormente se enfrían a aire.


NORMALIZADONORMALIZADO

Su finalidad es afinar la estructura y eliminar tensiones internas por tratamientos defectuosos, por mecanizado o forjado en frío o en caliente.

Mediante calentamiento a temperatura superior a Ac3 y manteniendo hasta austenización total se enfría al aire.

Produce estructura homogénea, blanda y dúctil.

NO

RM

AL

IZA

DO

SIN

NO

RM

AL

IZA

R


TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOSTRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS

CementaciónNitruraciónCianuraciónCarbonitruración


CEMENTACIÓNCEMENTACIÓN

Su finalidad es aumentar la cantidad de carbono en las capas más superficiales.

Se aumenta la resistencia del material en la superficie, manteniendo la tenacidad del núcleo.

Engranajes, ruedas, chapas de blindaje, etc.


Proceso de cementaciónProceso de cementación

1. Las piezas a cementar se introducen en una caja cubierta con la sustancia cementante (sólida, liquida o gaseosa).

2. Se introduce al horno.3. Se calienta hasta 850-900 º C.4. Se convierte en austenita y por difusión el

carbono es absorbido por el hierro gamma.5. Se deja enfriar lentamente.6. Y finalmente se somete a temple.– Proporciones de carbono: 0.5 a 0.9– Espesores de capa cementada: 0.5 a 1.5 mm.


NITRURACIÓNNITRURACIÓN

Su finalidad es crear nitruros de hierro de elevada dureza en las capas más superficiales de las piezas.

Los nitruros se encuentran en los espacios intercristalinos del acero (extraordinaria dureza).

Se utiliza para piezas sometidas a desgaste, a corrosión o fatiga.


Proceso de nitruraciónProceso de nitruración

1. Se introducen en hornos especiales, exponiéndolas a corrientes de amoniaco (500–520ºC) durante 40 a 90 horas según espesor.

2. El amoniaco se descompone formando nitrógeno atómico que es absorbido por el acero.

3. No necesita tratamiento posterior de templado, aunque si al inicio del proceso.

4. Frente a la cementación se consigue mejores características mecánicas.– Espesores de capa nitrurada: 0.2 a 0.8 mm.


CIANURACIÓNCIANURACIÓN

Su finalidad es crear aumentara la cantidad de carbono y nitrogeno en las capas superficiales de las piezas.

Se consigue aumento de resistencia y dureza al desgaste.

Se utiliza para pequeñas piezas de bajo contenido en carbono.


Proceso de cianuraciónProceso de cianuración

1. Se introducen en un baño salino de cianatos y carbonato sódico, a temperatura de 850 ºC y durante 1 hora de permanencia.

2. Durante el proceso, el cianuro se descompone en nitrógeno atómico y de los sales el carbono.

3. Después de la cianuración se enfría al agua o al aire.

4. Posteriormente se realiza un revenido.


CARBONITURACIÓNCARBONITURACIÓN

Tratamiento que combina la cementación y nitruración.

A 700 º con atmósfera de amoniaco, hidrocarburo y óxido de nitrógeno, durante varias horas.

Para piezas de aceros ordinarios de poco espesor.


Tratamientos mecánicos: Tratamientos mecánicos: FORJAFORJA

Calentada una pieza someterla a esfuerzos continuados de compresión.

Enfriamiento al aire siendo mejor con calor residual.

Mejora propiedades mecánicas por:– Afino del grano– Eliminación de defectos

interiores– Formación de fibras por cambio

de orientación por deformación.


FIN DEL TEMAFIN DEL TEMA

Todo este estudio de los tratamientos nos permitirá un conocimiento exhaustivo de las características mecánicas de los materiales al utilizar uniones por soldadura (calor).

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