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TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS GUIA PARA EL CURSO DE TROQUELADO.Tomo II HERNANDO VILLA ESCUDERO

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CONTENIDO

Diagrama hierro-carbono 3

TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS Recocido 4 Recocido completo o de homogeneizacin 5 Recocido de ablandamiento o recocido industrial 6 Recocidos de: globulizacin, recristalizacin 8 Recocido isotrmico 8

Normalizacin 9

Temple 10 Tratamiento isotrmico de temple 13 Tratamientos de endurecimiento superficial 13 Revenido 14 Revenido a baja temperatura o de eliminacin de tensiones 14 Revenido a alta temperatura o de bonificacin 17 Revenido de estabilizacin 18 Bonificacin 19 Patentizado 19

TRATAMIENTOS ISOTERMICOS DE LOS ACEROS Temple diferido 20 Temple revenido isotrmico 23 Bonificacin isotrmica 23 Recocido isotrmico 24

TRATAMIENTOS DE ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL I. Cementacin carburante 26 a) Cementacin en caja 27 b) Cementacin en bao de sales fundidas 30 c) Cementacin gaseosa 31 d) Carbonitruracin 33

Tratamiento trmico de las piezas cementadas 33

II. Nitruracin 35

III. Temple superficial 38 a) Temple superficial por induccin 39 b) Temple superficial oxiacetilnico 40

IV. Endurecimiento superficial por friccin y plasma 42

V. Reendurecimiento superficial por proyeccin de bolas de acero 42

VI. Otros tratamientos superficiales: Calorizacin, Cromizacin, Silicatacin, Sulfinizacin, Tenifer 44

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Pavonado, Fosfatizado (Parquerizado, Bonderizado) 45 Calentamiento para el recocido, temple y normalizado 46 Temperatura de austenizacin 49 Tiempo de sostenimiento a temperatura de tratamiento 49

Velocidad de calentamiento 51 Medios de enfriamiento 51 Caractersticas de los medios de enfriamiento Agua, 52 Salmuera, soluciones de soda, aceites 53 Soluciones polimricas, baos de sales fundidas 55 Metales fundidos, gases, mercurio 56 Tabla 1. Baos de sales ms utilizados 57

Figura 31. Ejemplos de enfriamientos correctos e incorrectos 59

Seleccin del medio templante 60

Evaluacin del poder de enfriamiento 63 Mtodos trmicos 63

Inercia de la transformacin de la austenita 66

Temperatura inicial de la formacin de martensita (Ms) 66 Temperatura final de formacin de martensita (Mf) 67

Templabilidad 67

Ensayo de templabilidad de Grossman 70

Histresis 71

Bandas de templabilidad 72

Envejecimiento o maduracin 73 Envejecimiento artificial: 73 Tratamiento de deformacin plstica a traccin 74 Tratamiento de deformacin plstica a compresin 74 Tratamiento trmico 74

Frecuentes errores en el tratamiento trmico 75 Problemas con los tratamientos trmicos 76

Aceites para temple 77 Cartas para mezcla de viscosidades de dos aceites 79 Nomograma para conversin de viscosidades 80

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TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS

Los tratamientos trmicos fundamentales que un acero puede recibir son los siguientes:

Recocido

Normalizado

Temple

Revenido

Bonificado

Patentizado

Otros tratamientos como los termoqumicos, superficiales y termomecnicos se tratan ms ade-lante.

RECOCIDO Con el nombre genrico de recocido, se conocen una serie de tratamientos trmicos, ms o menos distintos, que permiten alcanzar alguna de las siguientes finalidades.

Recocido completo o de homogeneizacin. Mejora las propiedades de las piezas tratadas, consiguiendo alcanzar una mejor distribucin en toda la masa, ya sea de los distintos constitu-yentes qumicos o de los distintos constituyentes estructurales.

Recocido de ablandamiento o recocido industrial. Mejora la maquinabilidad de las piezas tratadas, obteniendo un ablandamiento de ellas.

Recocido de recristalizacin. Regula el grupo cristalino deformado por operaciones anteriores de laminacin, forja, trefilado, etc.

El recocido permite en las piezas tratadas: eliminar ms o menos completamente la acritud y las tensiones internas; realizar el afinado del grano cristalino de su estructura; hacer desaparecer los efectos del temple que haya sido efectuado anteriormente.

Las piezas recocidas presentan valores de dureza relativamente bajos.

El tratamiento de recocido est esencialmente constituido por un calentamiento hasta una alta temperatura determinada, una permanencia prolongada a tal temperatura y a continuacin un enfriamiento conducido de manera lenta, con la finalidad de dar lugar a una transformacin de la estructura de manera gradual y completa.

La estructura que los materiales frreos toman con el recocido es, fundamentalmente, perltica.

La temperatura a alcanzar en el tratamiento de recocido y la permanencia a dicha temperatura, son distintas segn la finalidad que se quiera alcanzar, naturaleza del material que se somete a tratamiento y dimensiones de las piezas.

Si interesa solamente una disminucin de las tensiones internas del material, puede ser sufi-ciente un calentamiento a temperatura un poco inferior a la crtica de transformacin Ac1 (650

o a 700oC) -Recocido subcrtico-. En tal caso, el calentamiento debe ser tanto ms prolongado, cuanto ms baja sea la temperatura alcanzada.

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Si se desea una estructura uniforme en todos los puntos de la pieza, deber superarse algo la temperatura crtica Ac3. En tal caso el tiempo de permanencia a la temperatura mxima debe ser del orden de slo algunas horas. Algunas veces este perodo ser mayor, de algunas horas a algunas decenas de horas, si se desea alcanzar tambin una distribucin uniforme de los constituyentes qumicos en toda la masa.

Muy importante es la conduccin del enfriamiento de las piezas anteriormente calentadas. Es necesario que el enfriamiento se realice muy lentamente. Corrientemente se dejan las piezas en el mismo horno en el que han sido calentadas, dejndolas enfriar juntamente con ste despus de haber suspendido el calentamiento.

La lentitud del enfriamiento interesa hasta alcanzar una temperatura de aproximadamente 500 a 600oC. Cuando se ha alcanzado una temperatura inferior a la crtica de transformacin de la estructura (A1) y tal transformacin puede considerarse terminada; el enfriamiento puede ser hecho ms velozmente, por ejemplo al aire libre.

RECOCIDO COMPLETO O DE HOMOGENEIZACION

El recocido completo se realiza calentando el acero a una temperatura de 25 a 50oC por encima del punto crtico Ac3, de manera que se obtenga una estructura constituida exclusivamente por austenita -recocido de austenizacin-. Se mantiene el material a esta temperatura durante un tiempo suficiente para lograr una estructura homognea por difusin de los distintos constitu-yentes y la eliminacin de las tensiones internas existentes. Por ltimo se enfra muy lentamen-te hasta por debajo de la temperatura crtica A1, de manera que se obtenga la transformacin completa de la austenita en perlita. Figura 4

Figura 4. Diagrama esquemtico de la ejecucin del recocido completo

hipoeutectoide

hipereutectoide

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Este tratamiento de recocido se realiza, principalmente, sobre aceros para herramientas de ele-vado contenido en carbono o sobre piezas obtenidas por fusin, para eliminar las notables dife-rencias de estructura de un punto a otro del material, no eliminables por el tratamiento ms simple de recocido de ablandamiento que ser descrito seguidamente y que es ms corriente-mente empleado.

Generalmente para los aceros hipereutcticos, de contenido en carbono superior a 0.86%, se realiza el calentamiento slo ligeramente por encima de la temperatura crtica A1 (en lugar de por encima de la temperatura Acm, como sera necesario si se desease obtener un acero consti-tuido exclusivamente por estructura austentica), para evitar el excesivo crecimiento del grano cristalino que se produce al alcanzar temperaturas muy elevadas.

La duracin de la permanencia a la temperatura mxima se fija para cada caso particular segn el tipo de acero de que se trata, y corrientemente es aconsejada por la firma productora del material.

Generalmente la duracin del tratamiento viene fijada de la forma siguiente:

a) Una hora ms 15 minutos por cada 25 mm de espesor de la pieza, para aceros de bajo porcentaje en carbono (menos de 0.50%).

b) De 2 a 6 horas segn las dimensiones de la pieza para aceros al carbono de herramien-tas.

c) De 4 a 8 horas, segn las dimensiones de la pieza para aceros rpidos.

El enfriamiento se realiza muy lentamente en el horno, con velocidad de enfriamiento de aproximadamente 20 a 30oC por hora, hasta aproximadamente los 500 a 600oC, despus de lo cual se enfra ms rpidamente en aire libre.

La temperatura a la cual debe llegarse con enfriamiento en horno depende principalmente de la naturaleza del material. De hecho, mientras que para los aceros al carbono la transformacin de la austenita en perlita se ha completado totalmente a 600oC, para los aceros aleados la tempe-ratura de la transformacin indicada puede ser desplazada a veces hasta aproximadamente 300oC; en tal caso, sacando las piezas del horno a una temperatura superior a sta, se puede tener una estructura de temple en lugar de una estructura de recocido.

Puesto que el enfriamiento de las piezas en el horno utiliza ste demasiado tiempo, haciendo demasiado costoso el proceso de recocido, el enfriamiento se realiza, a veces, introduciendo las piezas recin sacadas del horno en un material aislante, por ejemplo, cal, ceniza, arena se-ca, que hace que el calor se pierda muy lentamente.

RECOCIDO DE ABLANDAMIENTO O RECOCIDO INDUSTRIAL

Es el tratamiento de recocido ms corrientemente empleado, y tiene la finalidad de mejorar la maquinabilidad del acero, ablandndolo y eliminando las tensiones de distintos orgenes que en l pueda haber.

Se realiza calentando las piezas a temperatura algo inferior a la crtica de transformacin AC1 -recocido subcrtico- mantenindolas durante un tiempo suficiente a tal temperatura y enfrin-dolas seguidamente en forma lenta. Figura 5

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Figura 5. Diagrama esquemtico de la ejecucin del recocido de ablandamiento

La temperatura a que normalmente se opera es de 650 a 700oC. Se mantienen las piezas a es-ta temperatura, durante un perodo de 4 a 8 horas, segn el tipo de material y el grado de ablandamiento que se desee alcanzar, enfriando despus en aire tranquilo.

En el caso de que se desee tambin eliminar las irregularidades de estructura debidas a trata-mientos anteriores de laminacin o forja, es conveniente efectuar antes del recocido un trata-miento de normalizacin.

Dado que se trabaja a una temperatura muy cercana a la de transformacin y se desea que tal transformacin no se efecte, es necesario controlar que la temperatura a la cual se realiza el tratamiento sea exacta y que la distribucin de la temperatura en todos los puntos de la carga del horno sea uniforme.

El recocido de ablandamiento del acero puede realizarse tambin de una manera especial, ob-teniendo una estructura perltica que contiene la cementita no en forma de laminillas como en el proceso normal de recocido, sino distribuida en la masa en forma de glbulos. De esto procede el nombre de perlita globular dado a la estructura y el de recocido de globulizacin, o de coa-lescencia, que se da a este tratamiento.

A igualdad de composicin qumica del acero, la estructura perltica globular resulta menos dura que la perlita laminar, por cuya razn el material sometido a un recocido de globalizacin tiene una mayor maquinabilidad. Generalmente este tratamiento de recocido se realiza mediante un calentamiento hecho con marcha variable, llevando el material sucesivamente varias veces por encima y por debajo de la temperatura de transformacin A1. De tal forma la cementita, se di-suelve en el hierro y se precipita varias veces sucesivas, favorecindose su contraccin en es-

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ferillas uniformemente distribuidas en toda la masa. El enfriamiento final se realiza corriente-mente en el aire. Figura 6

Figura 6. Diagrama esquemtico de la ejecucin del recocido de globulizacin

RECOCIDO DE RECRISTALIZACION

Este se realiza sobre materiales que han sufrido anteriormente un trabajo de laminacin, forja o trefilado, que haya producido una deformacin de los granos cristalinos, obligndolos a alargar-se en sentido de la deformacin y creando as en ellos tensiones internas. La finalidad de este tratamiento es la de llevar el material a su estructura cristalina primitiva, eliminando las tensio-nes internas que hacen frgiles las piezas y haciendo a stas capaces de poder ser posterior-mente sometidas a esfuerzos sin peligro de rotura. La temperatura a la cual debe operarse y la duracin de la permanencia a tal temperatura se escoge en cada caso segn la naturaleza del material a tratar y segn el grado de acritud del mismo, a fin de evitar la formacin de un grano demasiado grueso.

RECOCIDO ISOTERMICO

Es un tratamiento especial que tiene la finalidad de realizar en el material los efectos normales del recocido; pero siendo realizado por un mtodo particular de enfriamiento, que ser ms ade-lante explicado en el captulo de tratamientos isotrmicos.

Tiene la ventaja de resultar ms econmico que los tratamientos normales de recocido por su menor duracin y por el menor tiempo de empleo de los hornos.

+ 50C A1 - 50C

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NORMALIZACION

El tratamiento de normalizacin consiste en un calentamiento de las piezas de acero a una temperatura de 25 a 50oC por encima de la crtica de transformacin AC3 en los aceros hipoeu-tectoides (con menos de 0.86% de carbono) o por encima de la crtica de transformacin Ac1 (a veces Acm) para los aceros hipereutectoides (con ms de 0.86%C) seguido por un manteni-miento a temperatura de duracin adecuada y por un enfriamiento en aire.

Es un tratamiento anlogo al de recocido completo, del cual nicamente difiere por el modo en que se efecta el enfriamiento final: en aire en vez de en el horno. Figura 7

Figura 7. Diagrama esquemtico de la ejecucin del normalizado

La finalidad que se desea alcanzar con la normalizacin es la de obtener una estructura homognea, un afinado del grano cristalino, la eliminacin de las irregularidades estructurales provocadas por anteriores tratamientos mecnicos en caliente y la eliminacin de las tensiones internas.

La normalizacin puede efectuarse antes de los tratamientos trmicos de recocido y bonifica-cin, con el fin de poner previamente el material en condiciones de poder beneficiarse de la me-jor manera posible de los tratamientos trmicos siguientes, por eliminacin de la acritud debida a tratamientos mecnicos anteriores.

Tambin, en las piezas muy grandes, la normalizacin sustituye el recocido para evitar en ellas que el enfriamiento demasiado lento en el horno provocase la formacin de un grano muy grue-so.

hipereutectoide

hipoeutectoide

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La estructura que normalmente se obtiene con la normalizacin est constituida por perlita, no en forma de lminas grandes, como en el caso del recocido, sino bastante finas y con granos ms regulares.

Realizando el tratamiento de normalizacin como se ha descrito anteriormente, en algunos ace-ros aleados llamados de autotemple se obtiene una estructura de temple muy dura. En tales casos el enfriamiento en aire no es suficientemente lento para impedir la formacin de la estruc-tura de temple. Para tales aceros el efecto de la normalizacin corriente se podr obtener me-diante un enfriamiento ms lento con un tratamiento de recocido.

TEMPLE

Con el nombre genrico de temple se denominan una serie de tratamientos trmicos, ms o menos diferentes, que tienen como finalidad fundamental obtener sobre las piezas tratadas una dureza elevada (temple de endurecimiento).

El temple de endurecimiento o temple directo se obtiene calentando el acero a temperatura algo superior (20 a 50oC) a la crtica Ac3 para los aceros hipoeutectoides (con menos de 0.86% de carbono), a la Ac1 (a veces a la Acm) para los aceros hipereutectoides (con ms de 0.86% de carbono). Mantenindolos a tal temperatura durante un cierto tiempo, suficiente para realizar en el seno de ellos la formacin de una estructura austentica homognea y enfrindolos finalmen-te con una velocidad ms o menos grande, segn el tipo de material que se trate, con el fin de fijar una estructura caracterizada por su elevada dureza -martensita-. Figura 8

Figura 8. Diagrama esquemtico de la ejecucin del temple

En definitiva el tratamiento de temple es el que permite obtener en las piezas de acero la mxi-ma dureza que pueden alcanzar en relacin con el material de que estn constituidas y de sus dimensiones.

hipoeutectoide hipereutectoide

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Normalmente en el calentamiento para el temple de acero hipereutectoide (con ms de 0.86% de carbono) se llega slo a 750 y 780oC; esto es un poco por encima de la temperatura crtica Ac1 (en lugar de llegar por encima de la temperatura Acm) para evitar que a causa de la tempe-ratura demasiado alta se produzca la formacin de un grano cristalino excesivamente grueso, a lo cual son bastante susceptibles tales aceros, que les dara una gran fragilidad. En tales casos, an cuando la austenita contiene disuelto menos carbono del que contendra si fuese llevada por encima de la temperatura Acm, no se obtiene una diferencia notable de dureza en las piezas templadas, dado que el carbono no disuelto se encuentra bajo la forma de cementita y la ce-mentita es de por s un constituyente duro y cuya dureza no es inferior a la de la martensita.

Un acero templado est esencialmente constituido por martensita, que es la estructura ms dura que se puede lograr en el acero. Para obtener martensita es necesario un enfria-miento ms o menos enrgico, en relacin con la velocidad crtica de temple caracterstica de los distintos materiales sometidos a este tratamiento.

Se llama velocidad crtica de temple a la velocidad mnima con la cual puede ser enfriado el material con el fin de lograr el temple sobre ste. Tal velocidad es tanto menor cuanto ms rico en carbono es el acero, y cuanto mayor es el porcentaje de elementos de alea-cin en los aceros especiales. As, mientras en los aceros no muy ricos en carbono es nece-sario un enfriamiento enrgico en agua fra, en los aceros ms ricos en carbono se pude reali-zar tambin el temple enfrindolos en aceite y en los aceros muy aleados, por ejemplo en los aceros llamados de autotemple, el temple se produce simplemente por enfriamiento al aire.

El valor de la velocidad crtica de temple tambin est influenciado por el tamao de gra-no cristalino. Los aceros de grano muy grueso, a igualdad de composicin qumica, se tem-plan con velocidades ms bajas de enfriamiento.

Los distintos aceros se clasifican tambin en relacin con su templabilidad; esto es, en rela-cin con la propiedad de alcanzar temple en profundidad.

Una pieza de acero sometida a temple alcanza valores de dureza ms elevados en la zona ex-terior, los cuales van decreciendo a medida que se aproximan al ncleo. Esto es debido al hecho de que las partes ms internas disminuyen su temperatura ms lentamente que las par-tes exteriores, enfrindose con una velocidad que es inferior a la crtica de temple y en conse-cuencia no alcanzan durezas elevadas.

Evidentemente, desde este punto de vista, los aceros ricos en carbono y los aceros aleados son capaces de alcanzar el temple en profundidad mejor que los aceros menos ricos en carbono. Tal es el motivo del empleo de tales aceros en el campo de la tcnica.

La dureza mxima que un acero puede alcanzar con el temple depende principalmente de su porcentaje en carbono. Prcticamente los aceros con menos de 0.20% de carbono se con-sideran no templables, adquiriendo con un temple slo un mnimo de dureza. Valores cercanos al mximo de dureza se obtienen ya con el 0.60% de carbono (cerca de los 65 HRc). Figura 9. Porcentajes mayores de carbono en el acero solamente producen pequeos aumentos de du-reza, y desde 0.80% de carbono en adelante la dureza se mantiene prcticamente constante.

La presencia de elementos de aleacin en los aceros especiales en proporciones no muy elevadas, no influyen sobre el valor de la dureza alcanzable con el tratamiento trmico, slo reducen la velocidad crtica de temple, permitiendo alcanzar una buena dureza en profundidad en la pieza con enfriamiento menos enrgico.

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Figura 9. Influencia del porcentaje de carbono sobre la dureza mxima alcanzable en el temple

Siempre que sea posible, es conveniente realizar el tratamiento trmico con un enfriamiento menos enrgico. De tal manera se obtienen sobre las piezas tratadas deformaciones menores y tensiones internas menores, y, en consecuencia, menos peligros de agrietamiento y rotura.

Los medios de enfriamiento normalmente utilizados para el temple son: el agua, el aceite y el aire. El aceite es generalmente empleado cuando no se puede recurrir al enfriamiento en agua, por resultar ste demasiado enrgico y causar defectos en las piezas. El enfriamiento en aceite es siempre ms costoso, porque debe tenerse en cuenta el consumo de ste, que resulta como consecuencia del hecho de que con la inmersin de las piezas al rojo se quema parcialmente.

Por otra parte es necesario proveerlo de un dispositivo de enfriamiento para mantenerlo a tem-peratura constante, a pesar del calor cedido por las piezas. Tal dispositivo de enfriamiento no es necesario para el agua, ya que el depsito de sta est unido, normalmente, con la red de distribucin de agua corriente.

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Para el enfriamiento en agua debe tenerse presente que la temperatura del agua corriente pue-de variar en las distintas estaciones del ao, alcanzando en la estacin invernal temperaturas muy bajas que pueden dar al bao una energa de enfriamiento mucho mayor, que influye sobre los efectos del temple. Es conveniente que la temperatura del agua de enfriamiento se mantenga entre los 20 y 30oC. Si la temperatura del agua sube por encima de los 40oC, sta pierde rpidamente su propio poder refrigerante.

En casos particulares se pueden emplear medios de enfriamiento ms enrgicos constituidos por los mismos lquidos (agua o aceite) mantenidos a temperatura ms baja o mantenidos con-venientemente agitados.

Se puede aumentar tambin la velocidad de enfriamiento del agua en la cual se sumergen las piezas calientes, disolviendo en sta porcentajes adecuados de sal (ClNa). La sal disuelta acti-va la velocidad de enfriamiento, por cuanto al entrar en contacto con la pieza al rojo, da lu-gar a estallidos capaces de romper el cojn de vapor que, debido a la evaporizacin del agua, se forma entre la pieza y el agua y obstaculiza la eliminacin rpida del calor.

Medios de enfriamiento menos enrgicos se pueden lograr tambin aumentando la temperatura del bao de enfriamiento, o utilizando como bao de enfriamiento sales fundidas a distintas temperaturas o tambin metales como por ejemplo plomo fundido.

Al escoger el material para emplear en la fabricacin de una pieza destinada a ser endurecida por temple, es necesario tambin considerar las dimensiones de tal pieza; si se desea que des-pus del temple quede endurecida hasta el corazn a pesar de su elevado espesor, es necesa-rio fabricarla con un acero muy templable.

TRATAMIENTO ISOTERMICO DE TEMPLE

Resultados semejantes a los obtenidos con el temple de endurecimiento clsico, anteriormente descrito, se pueden lograr con tratamientos realizados de forma distinta, basndose principal-mente en la adopcin de diferentes sistemas de enfriamiento.

Tales tratamientos, que toman distintos nombres: temple isotrmico, temple diferido, sern es-tudiados ms adelante en el captulo de tratamientos isotrmicos. Estos tratamientos realizables slo en determinadas condiciones, presentan ventajas notables con respecto al tratamiento de temple tradicional por cuanto permiten obtener piezas endurecidas con un mnimo de tensiones internas o deformaciones y con una tenacidad ms elevada.

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TRATAMIENTOS DE ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL

En algunos casos particulares, para determinadas aplicaciones, es necesario construir piezas que sean muy duras en la superficie, principalmente para ser resistentes al desgaste y estn dotadas en el interior de escasa dureza y en consecuencia de elevada tenacidad, para ser re-sistentes a los choques.

Tales resultados se pueden obtener con tratamientos trmicos llamados de endurecimiento su-perficial; los principales son los de: cementacin carburante, cementacin nitrurante, temple por induccin y temple a la llama, que sern tratados posteriormente en un captulo dedicado a los tratamientos de endurecimiento superficial.

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REVENIDO

El revenido es un tratamiento trmico que se realiza despus del temple y consiste en:

Un calentamiento del material, anteriormente templado, a una temperatura inferior siempre a la crtica Ac1.

La permanencia por un cierto tiempo a tal temperatura.

El enfriamiento posterior realizado de manera ms o menos lenta.

Al variar la temperatura a la cual se lleva el material sometido a revenido varan los resultados que se obtienen y por tanto las finalidades del tratamiento en s.

Se pueden distinguir los siguientes tratamientos de revenido:

a) Revenido a baja temperatura o tratamiento de eliminacin de tensiones.

b) Revenido a temperatura elevada o revenido de bonificacin.

c) Revenido de estabilizacin

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REVENIDO A BAJA TEMPERATURA O DE ELIMINACION DE TENSIONES

Tiene la finalidad de reducir notablemente las tensiones internas presentes en el material tem-plado, mejorando su tenacidad sin reducir la dureza de manera sensible.

Se realiza generalmente en los aceros para herramientas, los cuales, debiendo ser capaces de arrancar virutas en la mecanizacin de otros materiales, deben poseer una dureza muy eleva-da, como la que puede darles el temple. Sin embargo, se utiliza este tipo de tratamiento, ya que el temple solamente dara lugar a herramientas que, si bien seran muy duras, seran tambin muy frgiles y por ello de difcil empleo.

Otro campo de aplicacin de tal tratamiento, es el de los aceros sometidos a cementacin car-burante y despus templados.

Para los aceros al carbono, el revenido a baja temperatura se realiza normalmente llevando las piezas templadas a temperaturas de 200 a 300oC, hacindolas permanecer a tal temperatura, durante un tiempo ms o menos largo (cerca de 2 horas), y enfrindolas a continuacin.

En el caso de aceros rpidos y super rpidos, se alcanzan en el revenido temperaturas de 550 a 650oC con permanencias de 2 horas a esta temperatura.

La dureza que toma el material, despus del revenido, es ms baja cuanto ms elevada ha sido la temperatura de revenido, en el campo de variaciones indicado para cada uno de los tipos de acero. En la figura 10, para los aceros al carbono, y figura 11, para los aceros rpidos, se pre-sentan las variaciones de la dureza del material al variar la temperatura a la cual se ha realiza-do el revenido.

Para algunos aceros aleados, como por ejemplo en los aceros rpidos, se produce el fenmeno de la dureza secundaria. Se tiene en ste, despus del revenido, un aumento de dureza con respecto al valor obtenido con el temple solo. Ello es debido al hecho de que tratndose de ace-ros de velocidad de temple muy baja, el enfriamiento de temple, an conducido de forma muy

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lenta, no ha podido permitir la transformacin de toda la austenita en martensita, sino que ha dejado una cierta cantidad de austenita sin transformar -austenita retenida-. Con el revenido posterior, se produce y se completa la transformacin de la austenita residual en martensita; y esto, teniendo presente el hecho de que la martensita es mucho ms dura que la austenita, provoca el aumento de dureza. En general, para tales aceros, la mxima dureza (63 a 68HRc) se obtiene realizando el revenido a temperatura de 550 a 560oC. Figura 11

Figura 10. Influencia de la temperatura de revenido de eliminacin de tensiones sobre la dureza de un acero al carbono

El revenido de herramientas puede tambin efectuarse de otra manera, utilizando para ello par-te del mismo calor suministrado a las piezas en el calentamiento de temple. En tal caso, des-pus del calentamiento de temple, las herramientas se sumergen en el medio de enfriamiento y se tienen en l durante un cierto tiempo, insuficiente sin embargo para que se enfren comple-tamente.

Puesto que las partes interiores se enfran ms lentamente que las exteriores, sacando las pie-zas no an completamente enfriadas del medio refrigerante, se producir una difusin de calor del interior hacia el exterior, que provocar un aumento de temperatura en el exterior.

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Figura 11. Influencia de la temperatura de revenido de eliminacin de tensiones sobre la dureza de un acero rpido

Dosificando en el punto justo la permanencia de las piezas al rojo en el bao de enfriamiento, se puede efectuar sobre las herramientas el grado exacto de revenido. Evidentemente slo la experiencia puede indicar las condiciones ms adecuadas para tal procedimiento. La tempera-tura alcanzada en el curso del calentamiento de revenido, se puede precisar observando la co-loracin alcanzada por la pieza.

Para ello, en los aceros al carbono, existen las siguientes correspondencias:

220oC amarillo claro 280oC violeta 240oC amarillo pajizo 290oC azul claro 250oC amarillo marrn 300oC azul oscuro 260oC marrn prpura 320oC gris 270oC prpura

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Para los aceros rpidos se tienen:

250oC amarillo claro 380oC prpura claro 280oC amarillo pajizo 400oC prpura oscuro 300oC amarillo oscuro 420oC violeta 340oC amarillo marrn 450oC azul 360oC marrn prpura 500oC gris

Tales coloraciones, que evidentemente se manifiestan sobre superficies pulidas, son debidas a la formacin de una capa ms o menos gruesa de xido sobre la superficie de las piezas.

Para establecer exactamente la temperatura alcanzada por las piezas, es ms conveniente ser-virse de pirmetros, dado que los elementos especiales presentes en el acero pueden despla-zar en mayor o menor cuanta la correspondencia indicada anteriormente, entre la temperatura y la coloracin.

REVENIDO A ALTA TEMPERATURA O DE BONIFICACION

Tiene la finalidad de aumentar notablemente la tenacidad de los aceros que habiendo anterior-mente sido sometidos a temple de endurecimiento, haban tomado fragilidad muy elevada.

Se realiza sobre los llamados aceros de bonificacin (0.25 a 0.75%C) tanto en los aceros al carbono como en los aleados con elementos especiales. El calentamiento de revenido se reali-za llevando el material templado a temperatura de 580 a 630oC, mantenindolo a esta tempera-tura durante 1 a 3 horas y enfrindolo a continuacin. Como consecuencia de este tratamiento se tiene, ya sea una notable reduccin de las tensiones producidas por el temple, y una notable reduccin de la dureza del material.

Con el calentamiento de revenido se da al material, que tiene una estructura martenstica, esto es una estructura inestable, una cantidad de energa trmica suficiente para dar movilidad a los tomos de carbono y permitirles salir de las posiciones inestables que ocupan en la red cristali-na y disponerse en sistemas menos inestables.

En efecto, con el revenido de alta temperatura, la martensita se transforma en sorbita.

Naturalmente, la resistencia mecnica y la dureza a que queda el acero tratado depende de la temperatura a la cual se hace el revenido y son tanto ms bajas cuanto ms elevada es tal temperatura. Figura 12

El enfriamiento que completa el revenido puede realizarse en aire, en aceite o en agua.

Es necesario el enfriamiento no muy lento, para un grupo de aceros que presentan la llamada fragilidad de revenido, que son aceros conteniendo cromo y manganeso, los cuales presentan tal fenmeno an ms acentuado si estn en presencia de nquel, fsforo y silicio y menos acentuado si estn en presencia de tungsteno y molibdeno. En ellos se obtiene al final del tra-tamiento, una notable fragilidad si el paso a travs del campo de temperaturas de 600 a 400oC, se realiza lentamente. La fragilidad de revenido parece ser debida a fenmenos de precipitacin del cromo y del manganeso que no se disuelven en la ferrita y en consecuencia permanecen dispersos en el retculo cristalino, creando tensiones internas.

En los aceros aleados, que con el temple dan lugar a estructuras parcialmente austenticas, se produce tambin con este revenido el fenmeno de la dureza secundaria, citado a propsito del revenido de algunos aceros especiales.

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REVENIDO DE ESTABILIZACION

Tiene la finalidad de reducir al mximo, y si es posible eliminar completamente, las tensiones internas de un material, para obtener la llamada estabilidad dimensional y de forma, de la pieza en cuestin.

Interesa especialmente en la fabricacin de piezas de instrumentos de medida o de control, galgas patrn, calibres, etc., para los cuales es de suma importancia que los materiales no su-fran, con el tiempo deformaciones o variaciones de dimensiones.

Se realiza manteniendo el material a temperatura de aproximadamente 150oC, por un espacio de tiempo de hasta algunos centenares de horas de duracin.

Figura 12. Influencia de la temperatura de revenido de bonificacin sobre la dureza de un acero templado en aceite

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BONIFICACION

Se llama bonificacin, el conjunto de los dos tratamientos trmicos anteriormente descri-tos: temple de dureza seguido de un revenido a alta temperatura.

El tratamiento completo est esquematizado en la figura 13. El material que ha sufrido tales tratamientos se llama bonificado.

Bonificacin isotrmica. Este tratamiento, por las especiales nociones tericas que requiere, ser tratado ms adelante en el captulo de los tratamientos isotrmicos. Consiste en obtener la estructura de bonificacin en un solo tratamiento y sin pasar por la formacin de la martensita.

Figura13.

PATENTIZADO

Es un tratamiento trmico especial, que se realiza sobre los hilos de acero y similares, entre un paso y otro en el curso del trabajo de deformacin en fro, como por ejemplo en el trefilado. Consiste en calentar el material a temperatura de aproximadamente 1000oC y enfriarlo a conti-nuacin en aire. O bien, en calentar el material aproximadamente a 950oC y sumergirlo luego en plomo fundido o una mezcla de sales fundidas, a una temperatura variable, segn la compo-sicin del acero, entre 450 y 500oC.

Este tratamiento proporciona al acero un mejoramiento de las caractersticas mecnicas y lo hace ms apto para soportar torsiones o doblados, aumentando notablemente la capacidad del acero para ser estirado por trefilado.

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TRATAMIENTOS ISOTERMICOS DE LOS ACEROS

TEMPLE DIFERIDO

El temple diferido, tambin se llama temple por etapas, temple escalonado, Martempering, temple martenstico o martemperado.

Para efectuarlo Figura 14 la pieza a templarse se lleva primero totalmente a su estructura aus-tentica, mediante un calentamiento adecuadamente conducido, hasta temperaturas un poco superiores a Ac3 para los aceros hipoeutectoides y un poco superiores a Ac1 (y a veces Acm) para los aceros hipereutectoides.

Figura 14. Diagrama de ejecucin del temple diferido (temple por etapas)

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Seguidamente las piezas as calentadas se sumergen en un bao de sales a temperatura algo superior a la Ms de comienzo de formacin de la martensita. Se mantienen las piezas en este bao durante un cierto tiempo, suficiente para realizar una disminucin notable de su tempera-tura, tiempo inferior, sin embargo, al necesario para dar comienzo a la transformacin de la aus-tenita a aquellas temperaturas. Despus se sacan las piezas del bao y se enfran, hasta la temperatura ambiente, generalmente en aire libre. La estructura que se obtiene est nte-gramente formada por martensita.

Comparemos este tratamiento con el clsico de temple directo figura 15.

Figura 15. Comparacin entre el temple directo y el temple por etapas

Es necesario tener en cuenta que las piezas tienen un cierto espesor y, en consecuencia, cuando las sumergimos en el bao a baja temperatura, su zona externa alcanza rpidamente tal temperatura, mientras la zona ms interna o ncleo emplea un tiempo mayor para alcanzar-la. En la figura se han representado, para cada tratamiento, las dos curvas de enfriamiento que corresponden a las partes exterior e interior de la pieza.

En el caso del temple directo, como claramente se puede ver en la figura, la superficie exterior inicia la transformacin de la austenita, despus del tiempo ti y la acaba en el tiempo tf. El in-terior de la pieza, a su vez, inicia la transformacin de la austenita en martensita, en el tiempo ti mayor que tf, y lo termina despus del tiempo tf, resulta de ello que la transformacin en mar-tensita se ha terminado en la zona exterior antes an de que se hubiese iniciado en la zona in-terna.

Derivan de ello los grandes inconvenientes del temple directo, por el hecho de que la transfor-macin de austenita en martensita tiene lugar siempre con un cierto aumento de volu-men.

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Cuando en la zona ms interna se forma la martensita, se produce un aumento de volumen, localizado en el interior de la pieza, que se encuentra obstaculizado por la capa exterior ya de estructura martenstica, notablemente dura y frgil, y en consecuencia poco deformable. A con-secuencia de la notable fuerza ejercida por la martensita interna, que busca dilatarse sobre la exterior que se le opone, se crean en la pieza tensiones internas, deformaciones e incluso grie-tas ms o menos microscpicas y fisuras, que pueden llegar incluso a ocasionar la rotura de la pieza.

En el caso del temple revenido isotrmico, por el contrario como se ve en la figura 16, en el curso de la permanencia en el bao a temperatura constante, la zona exterior y el interior de la pieza, tienen la posibilidad de alcanzar la misma temperatura y desde all, en el enfriamiento siguiente, atraviesan casi simultneamente el intervalo de la transformacin de la austenita en martensita, evitando los inconvenientes del temple directo.

Figura 16. Diagrama de ejecucin del temple revenido isotrmico

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El enfriamiento isotrmico se hace en hornos de baos de sales. Los baos de sales em-pleados estn generalmente constituidos por mezclas de nitratos y nitritos fundidos.

Las piezas as templadas son generalmente revenidas con el tratamiento normal de revenido.

Debido a las ventajas que presenta el tratamiento de temple diferido, encuentra hoy una exten-sa aplicacin, limitada sin embargo al campo de piezas de pequeas dimensiones y espe-sores normalmente no superiores a 25 mm: hojas de cuchillos, cojinetes, pequeas herramientas, engranajes, etc. De hecho, el tiempo disponible para alcanzar la igualacin de temperaturas entre la zona exterior y el ncleo queda limitado por la posicin de la curva de iniciacin de la transformacin, que para obtener exclusivamente martensita no debe ser atra-vesada por la curva de enfriamiento del ncleo. Evidentemente, los aceros ms templables, es-to es, los que tienen la curva de Bain desplazada hacia la derecha, permiten realizar tal trata-miento an en piezas de mayores dimensiones.

TEMPLE REVENIDO ISOTERMICO

El temple revenido isotrmico es llamado tambin temple intermedio o denominado austem-pering, austemperado, temple austentico, temple bainitico. Para realizarlo figura 16 las piezas, previamente llevadas a estructura austentica, se sumergen en un bao a temperatura un poco superior a Ms y se dejan hasta que la estructura ha acabado de transformarse a tal temperatura constante, despus de lo cual, se enfran a temperatura ambiente.

La temperatura del bao de sales, se escoge de manera tal, que se obtenga una estructura final de bainita inferior, estructura bastante dura, si bien lo es menos que la de martensita.

A este tratamiento se puede hacer seguir un revenido normal.

Tambin para el temple revenido isotrmico valen las limitaciones indicadas con respecto a las dimensiones de las piezas a tratar.

BONIFICACION ISOTERMICA

La bonificacin isotrmica, es un tratamiento similar al temple isotrmico. Difiere de ste en que es un poco ms alta la temperatura del bao de sales fundidas en que se sumerge la pieza, previamente llevada a estructura austentica. La temperatura del bao de sales es tal que la lleva a una estructura de transformacin constituida por bainita superior.

Esta estructura es por s misma suficientemente tenaz, no necesitndose tratamiento de reveni-do ulterior figura 17. La ventaja de la bonificacin isotrmica, respecto a la bonificacin clsica, consiste en el hecho de que con la bonificacin isotrmica, se llega a la estructura final con un solo tratamiento y sin pasar a travs de la estructura martenstica. Por otra parte, al eliminar el doble tratamiento, se eliminan las grietas microscpicas o fisuras, que pueden formarse en el material cuando sufre la transformacin en martensita y que conserva despus, an cuando la martensita ha sido ya transformada.

Generalmente, el acero sometido a bonificacin isotrmica presenta, a igualdad de dureza, una mayor tenacidad con respecto al que ha sido sometido a temple directo y al correspondiente revenido.

Tambin aqu valen las mismas limitaciones en relacin con las dimensiones de las piezas.

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Figura 17. Diagrama de ejecucin de la bonificacin isotrmica

RECOCIDO ISOTERMICO

Para el recocido isotrmico se calienta primeramente el material hasta llevarlo a la estructura totalmente austentica. Hecho esto se lleva rpidamente a un bao de sales, a temperatura un poco inferior a la Ar1 de transformacin de la austenita en perlita. Se mantiene en este bao durante un tiempo suficiente para completar la transformacin de la austenita en perlita o en estructuras prximas a ella figura18.

Normalmente se obtienen con este tratamiento los mismos resultados que se logran con el re-cocido clsico, aunque algunas veces el material adquiere una mayor maquinabilidad.

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Las ventajas de este tratamiento con respecto al recocido clsico, consisten principalmente en reducir la notable duracin del tratamiento clsico.

La temperatura del bao de sales se escoge convenientemente basndose en el diagrama de Bain correspondiente al acero a tratar, de manera que se logre la estructura de la dureza de-seada y no se necesite un largo tiempo de transformacin.

El tiempo de permanencia en el bao puede determinarse con el diagrama de Bain. Cuando las piezas se sacan del bao de sales pueden dejarse enfriar al aire libre.

Figura 18. Diagrama de ejecucin del recocido isotrmico

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TRATAMIENTOS DE ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL

La finalidad de estos tratamientos es la de obtener en la parte exterior de la pieza una capa ms o menos gruesa, caracterizada por una dureza notablemente superior a la del ncleo.

Este resultado se puede lograr, haciendo penetrar en la pieza, desde el exterior y hasta la pro-fundidad deseada, un determinado elemento qumico, generalmente carbono o nitrgeno, capaz de darle dureza; o bien, realizando, con sistemas especiales de calentamiento y enfriamiento, un temple localizado solamente sobre la zona exterior de la pieza, limitado a una capa de mate-rial de la profundidad prevista.

Tales tratamientos se realizan cuando interesa obtener piezas dotadas de una notable resisten-cia al desgaste y dureza en el exterior y buena tenacidad en el interior, como por ejemplo: rue-das dentadas, ejes de levas, mbolos, etc. Seguidamente se describen con detalle los distintos tratamientos de endurecimiento superficial, con indicacin de los materiales ms adecuados para ser sometidos a ellos y las correspondientes formas de ejecucin.

I. CEMENTACION CARBURANTE

Consiste en efectuar un calentamiento prolongado de las piezas de acero a elevada temperatu-ra en un ambiente slido, lquido o gaseoso, capaz de suministrarle carbono. La duracin del tratamiento se fija teniendo en cuenta la menor o mayor profundidad de la capa rica en carbono que se desea obtener y la mayor o menor velocidad con que el carbono penetra hacia el interior de la pieza segn el proceso de cementacin que se siga.

Al tratamiento de cementacin propiamente dicho sigue siempre un tratamiento trmico de temple. Se pueden distinguir cuatro formas de cementacin carburante:

a) Cementacin en fase slida o en caja

b) Cementacin en fase lquida o en bao de sales

c) Cementacin en fase gaseosa

d) Carbonitruracin

Las piezas que se someten a cementacin carburante se fabrican siempre empleando los ace-ros llamados de cementacin; stos son aceros con bajo contenido en carbono, siempre inferior a 0.20%. La finalidad es la de hacer que con el tratamiento trmico de temple subsiguiente, slo la zona exterior enriquecida en carbono pueda tomar la elevada dureza de temple, mientras que, por el contrario, el ncleo permanece con el reducido contenido de carbono de partida y no pudiendo adquirir dureza se mantiene con gran tenacidad.

Los aceros de cementacin deben ser muy puros, esto es, con porcentajes mnimos de azu-fre y fsforo, elementos que obstaculizan la uniforme absorcin de carbono por parte del mate-rial y dan a ste fragilidad.

Los aceros de cementacin pueden ser al carbono o aleados, segn que en ellos haya o no elementos especiales (cromo, nquel, molibdeno) con la finalidad de mejorar la templabilidad

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y las caractersticas mecnicas del material, especialmente interesantes en el caso de piezas sometidas a grandes esfuerzos.

Debe tenerse en cuenta que de los elementos de aleacin, el cromo y el molibdeno hacen ms rpida la cementacin, mientras que el nquel la hace ms lenta.

Las temperaturas a las cuales se opera estn comprendidas en el intervalo de 880 a 930C.

Realizando la cementacin a temperatura ms elevada se obtiene una mayor velocidad de ce-mentacin, por lo tanto una menor duracin del tratamiento, un ms alto porcentaje de carbono en la capa exterior y una mejor difusin del carbono. Se tiene, sin embargo, el inconveniente de un excesivo crecimiento de grano y el peligro de quemado del material, especialmente en la zona externa. Por otra parte no se logra realizar una disminucin uniforme del porcentaje de carbono desde el exterior hacia el ncleo, lo cual puede provocar, despus del temple, un des-prendimiento, en forma de escamas, de la capa endurecida a causa de la excesiva diferencia de caractersticas mecnicas.

La temperatura a la cual se opera debe en todos los casos ser superior al punto crtico Ac3 para llevar el material a estructura totalmente austentica capaz de disolver el carbono que penetra desde el exterior.

Las piezas que se someten a cementacin estn totalmente terminadas de mecanizacin de-jando solamente unas ligeras creces, para quitar despus del temple mediante rectificado.

En el curso de la mecanizacin, se ha de tener presente que la operacin de cementacin pro-duce un ligero aumento de las dimensiones de la pieza.

Cualquiera que sea el mtodo empleado para la cementacin, las piezas debern estar exentas de grasas, aceites, humedades, oxidaciones, etc. Para conseguir una buena y regular capa ce-mentada ser del todo indispensable que las piezas sean lavadas, desengrasadas o esmerila-das, segn sea el tipo de interferencia superficial a la cementacin.

a) CEMENTACION EN CAJA

Es el tratamiento de endurecimiento superficial hasta ahora ms empleado, si bien actualmente se va extendiendo cada vez ms el empleo de otros sistemas ms ventajosos: cementacin gaseosa, temple superficial, nitruracin, etc.

Para realizar este tipo de cementacin, las piezas se colocan rodeadas de un material gra-nular capaz de ceder carbono, en el interior de cajas apropiadas cerradas. Figura 19

Las cajas de cementacin, que pueden tener distintas formas en relacin con la forma de las piezas, deben ser resistentes a la oxidacin en caliente y generalmente se fabrican de acero al cromo nquel (acero refractario). A veces, por economa, pueden construirse internamente, donde no se tiene peligro de oxidacin, de acero suave, y externamente, de acero inoxidable.

El material cementante se encuentra, por lo general, en forma de grnulos fundamentalmente constituidos por carbn de lea mezclado con sustancias capaces de acelerar el mecanismo de la cementacin. Normalmente, como acelerador de la cementacin (catalizador) se emplea carbonato brico (CO3Ba). La mezcla ms corrientemente empleada en la actualidad est constituida por un 85% de carbn de encina o haya y 15% de carbonato brico. Esta mezcla

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debe estar lo ms libre posible de azufre y fsforo, y seca. Se encuentran tambin en el comercio materiales cementantes obtenidos por carbonizacin de pieles, uas de animales, cuernos, serrn, etc.; estas mezclas dan un mayor rendimiento a la operacin, permitiendo pe-netraciones ms rpidas del carbono, pero presentan el grave inconveniente de contener mu-cho fsforo y a veces tambin azufre, que absorbidos por el material sometido al tratamiento lo hacen de mala calidad.

Figura 19. Caja para cementacin

El mecanismo de la penetracin del carbono en el acero est basado en la transformacin del carbono (slido) en xido de carbono (gas). Este penetra en la capa exterior del material y re-acciona con el hierro dejando a ste el carbono. El carbono as depositado en las zonas ms externas, se difunde gradualmente hacia el interior.

Primeramente se dispone en el fondo de la caja una capa de aproximadamente 3 centmetros de mezcla cementante. Sobre sta las piezas, o una primera capa de piezas si stas son pe-queas, teniendo cuidado de evitar el contacto recproco entre ellas. A continuacin una segun-da capa de mezcla cementante, con un espesor de aproximadamente 5 cm, una segunda capa de piezas y as siguiendo hasta llenar casi completamente la caja. Se termina el llenado de sta con una ltima capa de mezcla cementante de espesor un poco mayor que las otras, para evitar que con el asentamiento de la carga las piezas puedan llegar a quedar descubiertas. Por ltimo se cierra con una cubierta metlica, asegurando su cierre mediante una aplicacin de arcilla refractaria, para evitar la entrada de aire en la caja, que provocara la combustin del cementan-te causando un rpido consumo de ste.

Al colocar las distintas capas sucesivas de piezas, es necesario evitar que el peso de las capas superiores pueda producir deformaciones sobre las piezas colocadas en la parte inferior de la caja. Conviene por lo tanto colocar debajo las piezas ms pesadas.

La caja as preparada se coloca en el horno estando ste a una cierta temperatura, aproxima-damente 500C, y es calentada gradualmente hasta alcanzar la temperatura de cementacin prevista.

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El fenmeno de la cementacin comienza cuando las piezas han llegado a la temperatura de-seada. A causa de que la mezcla cementante conduce bastante mal el calor, el llegar a tal tem-peratura en el ncleo de la caja podr requerir un tiempo apreciable, de algunas horas, que es-tar, evidentemente, relacionado con las dimensiones de la caja.

El material cementante puede tener distinta granulometra. Normalmente se emplean gra-nos ms gruesos para el tratamiento de piezas de mayor dimensin y granos ms finos o polvo para piezas pequeas. En general el material con granos ms gruesos permite una cementa-cin ms activa, porque hace ms fcil la circulacin del xido de carbono (gas) que hace de vehculo para el carbono.

La velocidad con la cual el carbono se difunde hacia el interior depende de la composicin de la mezcla cementante y de la temperatura a la cual se opera., y puede variar entre lmites bastan-te amplios; normalmente toma valores comprendidos entre una y tres dcimas de mm por cada hora de permanencia a la temperatura de cementacin. Ha de tenerse en cuenta que la permanencia a temperatura de cementacin se cuenta a partir del momento en el cual la temperatura prevista llega a alcanzarse en el centro de la caja.

Ha de hacerse notar que la velocidad de penetracin del carbono no se mantiene cons-tante con el tiempo, sino que decrece a medida que se prolonga el tratamiento; as, por ejemplo, para un acero determinado la capa cementada que despus de 5 horas de tratamiento tiene una profundidad de 0.9 mm, llegar despus de 10 horas de permanencia a la misma temperatura a slo 1.40 mm.

La profundidad de cementacin que debe efectuarse est en relacin con las dimensiones y con las caractersticas funcionales de las piezas. Normalmente se mantiene alrededor del valor de 1 mm y es conveniente considerar el sobreespesor de rectificado que ser eliminado des-pus del tratamiento de temple.

Es conveniente controlar la marcha de la cementacin midiendo de vez en cuando la profundi-dad alcanzada. Con tal fin la caja presenta sobre una de sus caras un agujero, a travs del cual se introduce, antes de la colocacin de la caja en el horno, una varilla de acero de un dimetro de 1 cm aproximadamente. Esta sufre, evidentemente, la cementacin de manera semejante a las piezas contenidas en la caja. Despus de cierto tiempo se saca la varilla, se templa, sumer-gindola en agua, y se rompe un extremo con un martillazo. La fractura pone en evidencia la corona exterior clara de la capa cementada que puede ser medida. Efectuada la medicin, si la profundidad alcanzada no se considera suficiente, la varilla se coloca nuevamente en la caja para continuar sometida a la accin del cementante, con vistas a una extraccin posterior para nuevo control.

A veces interesa preservar algunas zonas de las piezas de la accin carburante del ce-mentante, con el fin de impedir que despus del temple final en tales zonas se obtenga dureza elevada. Se puede lograr esto dejando, en el mecanizado que precede a la cementacin, un excedente adecuado sobre tales zonas y quitndolo despus de la cementacin y antes del temple.

El cobreado electroltico es muy eficaz, siendo el espesor de cobreado necesario, segn la profundidad de cementacin, por ejemplo:

Para una cementacin de 6 horas en caja la pelcula de cobre ser de 0.005 mm; para 12 horas, 0.010 mm; para 48 horas, 0.020 mm.

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Para una capa de cementacin de 2mm, operando a 1000C, es indispensable una pelcula co-breada de 0.030 mm para lograr una eficaz proteccin.

Adems de los granulados a base de carbn, son a veces usadas pastas cementantes de dis-tintos tipos con las cuales se revisten las piezas al introducirse en las cajas.

Acabada la operacin de cementacin, la caja, todava cerrada, se saca del horno; pudiendo dejarse enfriar al aire libre. Despus del enfriamiento las piezas se sacan de la caja, se pulen y se calientan de nuevo para ser sometidas al temple.

Las cajas pueden tambin ser abiertas a la salida del horno y las piezas pueden dejarse enfriar al aire o templarse directamente.

Con respecto a la ejecucin del tratamiento de temple deben tenerse en cuenta algunas consi-deraciones:

En el caso de piezas de formas simples y sin variaciones bruscas de seccin, no sujetas por lo tanto a deformaciones notables, pueden sacarse de la caja an calientes y ser templadas por inmersin en aceite.

Es conveniente sin embargo, en el caso de cementaciones muy largas, eliminar el exce-sivo tamao de grano cristalino que se ha producido enfrindolas lentamente hasta la temperatura ambiente (normalizacin).

b) CEMENTACION EN BAO DE SALES FUNDIDAS

Las piezas, colocadas en cestillas o colgadas de ganchos, se introducen en un bao de sales fundidas. El bao de sales est constituido por una mezcla de sales fundidas a una temperatura de 900 a 930C.

En la colocacin de las piezas dentro del bao fundido se ha de tener cuidado de disponerlas de manera que se eviten deformaciones debidas al peso de las mismas, cosa fcil de producir-se a causa del ablandamiento del material a tan altas temperaturas.

Los baos de sales se pueden considerar constituidos por una sal base, generalmente cloruro o carbonato de sodio, con adicin de una sal capaz de suministrar carbono, cia-nuro de sodio o de potasio y de una sal activante, cloruro de bario, mezcladas en porcen-tajes adecuados, segn los resultados que se deseen obtener de ellos.

La presencia de nitrgeno en los cianuros provoca tambin la formacin de productos de reac-cin (nitruros) dotados de elevada dureza pero limitados a una finsima capa exterior.

Las ventajas que presenta la cementacin en baos de sales fundidas son principalmente:

1. Eliminacin del largo perodo de precalentamiento necesario en el caso de la cementa-cin en cajas.

2. Mayor velocidad de penetracin del carbono. Se obtiene por ejemplo a 930C, 1 mm de profundidad despus de solamente 2 horas y media. Debe tenerse en cuenta que la rapidez del tratamiento impide una distribucin gradual del carbono desde el exterior hacia el interior, por lo cual se obtiene un brusco cambio de dureza entre la capa externa y el ncleo, lo que puede producir el desprendimiento de la capa cementada.

3. El moderado aumento del tamao de grano cristalino que sufre el material, siendo muy corta la permanencia a elevada temperatura, permite poder templar las piezas enfrindo-

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las directamente a la salida del bao de cementacin. Si la templabilidad del material lo permite es en tal caso aconsejable un temple diferido.

4. Mayor uniformidad de tratamiento sobre piezas distintas.

5. Mejor aprovechamiento de los hornos, ya sea a consecuencia de una mayor capacidad de carga til de stos, o debido al mayor nmero de tratamientos que en ellos pueden realizarse a causa del acortamiento de la duracin del ciclo.

6. Menor espacio necesario para la instalacin; necesitndose, a igualdad de piezas a tra-tar, menos hornos y no necesitndose espacio para cementantes slidos, cajas de ce-mentacin, etc.

7. Menor cantidad de mano de obra necesaria.

8. Mayor limpieza, por ausencia de polvo.

9. Ausencia de incrustaciones sobre el exterior de las piezas tratadas; saliendo stas del bao revestidas de una finsima pelcula de sales, que las protege de la oxidacin del aire.

10. Posibilidad de efectuar cementaciones localizadas en una zona determinada de las pie-zas, sumergiendo solamente esta zona en el bao.

Una desventaja notable de este tipo de tratamiento consiste en la gran toxicidad de los baos usados, por la presencia del cianuro. Es necesario en las instalaciones tomar medidas especia-les para la eliminacin de los humos txicos que se desprenden de los baos y cuidar escrupu-losamente la higiene, con el fin de impedir la ingestin de sales venenosas.

La peligrosidad del tratamiento, a pesar de las notables ventajas que presenta, ha obstaculiza-do su difusin.

Los hornos empleados para este tipo de cementacin son hornos a crisol, generalmente calen-tados elctricamente con resistencias exteriores o electrodos sumergidos. Figura 20

c) CEMENTACION GASEOSA

Siguiendo este procedimiento de cementacin las piezas, previamente desengrasadas, se in-troducen en cestillas apropiadas en hornos especiales, generalmente del tipo de pozo y son llevadas a temperaturas de 900 a 920C. En los hornos se hacen circular mezclas gaseosas (atmsferas) constituidas en proporciones adecuadas, ya sea por gases capaces de ceder carbono a las piezas (xido de carbono e hidrocarburos variados, como metano, etano, propano, butano), ya sea por gases que tienen como funcin comportarse como diluyen-tes (aire, gas de alumbrado, etc.). La atmsfera que se hace circular en el horno es cuidado-samente preparada, siguiendo atentamente la composicin porcentual, y si sta no es la correc-ta se modifica adecuadamente antes de su admisin en el horno.

Generalmente en este proceso de cementacin, se tiene una primera fase durante la cual la marcha se efecta con un gas bastante rico en carbono y por lo tanto capaz de depositar en la superficie de las piezas mayor cantidad de carbono. Sigue una segunda fase, llamada de difusin, en el curso de la cual se enva al horno un gas muy diluido, obtenindose principal-mente una difusin del carbono retenido en la superficie durante la primera fase, hacia el inte- rior de la pieza.

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El porcentaje ptimo de carbono que se trata de obtener en la capa exterior es el que co-rresponde a la composicin del eutectoide 0.86% de carbono, con disminucin gradual de ste hacia el interior.

La velocidad de cementacin que se obtiene por este proceso es superior a la de la ce-mentacin en caja y bastante cercana a la de la cementacin en bao de sales fundidas; por ejemplo, se logran profundidades de 1 mm, en 3 horas, operando a 925C.

Figura 20. Horno de bao de sales con electrodos sumergidos

Las principales ventajas de la cementacin gaseosa, respecto a la cementacin en caja son:

1. Mayor rapidez del proceso.

2. Mejor posibilidad de controlar el porcentaje de carbono y la profundidad de la capa ce-mentada.

3. Menor costo de tratamiento.

4. Condiciones de trabajo ms higinicas.

5. Mayor limpieza de las piezas tratadas.

Como se ha indicado anteriormente, se requiere el empleo de hornos especiales estancos.

Este proceso est hoy especialmente difundido en el campo de la produccin en serie. En tal caso se puede recurrir al empleo de hornos continuos adecuadamente estudiados, dentro de los cuales las piezas en movimiento atraviesan zonas con atmsferas de distinta composicin. A la salida de tales hornos las piezas se conducen directamente al enfriamiento de temple.

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d) CARBONITRURACION

Es un tratamiento que puede clasificarse en el captulo de la cementacin gaseosa, diferen-cindose de sta porque se opera con sustancias capaces de suministrar simultneamente car-bono y nitrgeno.

Generalmente se trabaja a una temperatura de 800 a 850C, con atmsferas constituidas por mezclas en distintas proporciones de: xido de carbono, hidrgeno, nitrgeno, me-tano y amonaco. Los tratamientos tienen duracin bastante corta (3 a 4 horas) y permi-ten obtener, por ejemplo, operando a cerca de 800C, profundidades de 0.50 mm en 4 horas, con durezas ms o menos correspondientes a las normales de cementacin.

Despus del tratamiento las piezas son sometidas a temple y revenido. En el curso de este tra-tamiento se tiene en las piezas una penetracin de carbono y nitrgeno, obtenindose la forma-cin de carburos y de nitruros.

El tratamiento se realiza en hornos de los tipos que se emplean en la cementacin gaseosa.

TRATAMIENTO TERMICO DE LAS PIEZAS CEMENTADAS

Para alcanzar los fines propios del tratamiento de cementacin es necesario hacer seguir a sta un tratamiento de temple y otro de revenido. Es necesario tener presente que en las piezas ce-mentadas, la temperatura crtica Ac3 del ncleo y de la capa exterior son distintas, siendo la primera ms alta que la segunda, por el menor contenido de carbono del ncleo; de ello se de-riva que es bastante problemtica la eleccin de la temperatura ms adecuada a la cual es co-rrecto realizar el temple.

Un primer sistema de efectuar el tratamiento trmico de las piezas cementadas, consiste en enfriar stas lentamente despus de la cementacin; calentarlas luego nuevamente hasta 800 a 820C y templarlas en agua o en aceite y por ltimo, efectuar un revenido de aproximadamente 180C. Se obtiene una regeneracin del grano del acero, engrosado por la larga permanencia a altas temperaturas en el curso de la cementacin y una buena dureza sobre la capa exterior. Por otra parte, las piezas tratadas no presentan deformaciones apreciables.

Este tipo de tratamiento (ver figura 21) es el normalmente utilizado despus de la cementacin en caja, en cuyo caso el enfriamiento lento de la caja se hace al aire. Se emplea tambin fre-cuentemente despus de la cementacin gaseosa y en tal caso el enfriamiento lento se realiza teniendo las piezas en el horno sin calentar.

Un segundo sistema consiste (ver figura 22) en realizar un doble temple. En ste, apenas aca-bada la cementacin, las piezas, que se encuentran an a temperatura de cementacin, son sometidas a un primer temple por inmersin en aceite. Sacadas del bao de enfriamiento se calientan de nuevo hasta 800 a 820C y despus se someten a un segundo temple por inmer-sin en agua o en aceite. El primer temple sirve para el afinado del grano del acero, excesiva-mente agrandado y para el mejoramiento de las caractersticas del ncleo. El segundo temple tiene la misin de dar las mejores caractersticas mecnicas sobre la capa cementada.

Despus las piezas se someten siempre a un revenido de 180C, con el fin de reducir las ten-siones internas producidas por el doble temple. Este tipo de tratamiento es de empleo menos frecuente y puede ser realizado tanto en el caso de piezas cementadas en caja como en el caso de piezas cementadas en bao de sales o por cementacin gaseosa. Con l se obtiene una

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mayor tenacidad del ncleo pero, a causa del doble temple, las piezas tratadas presentan deformaciones notables.

Figura 21. Diagrama de ejecucin del tratamiento trmico de las piezas cementadas con temple nico

Figura 22. Diagrama de ejecucin del tratamiento trmico de las piezas cementadas con doble temple. Un tercer sistema consiste (ver figura 23) en realizar un solo temple, partiendo no de la tempe-ratura de cementacin sino de la temperatura de aproximadamente 800 a 820C. En tal caso las piezas procedentes de la cementacin en bao de sales o de la cementacin gaseosa, son enfriadas hasta la temperatura de temple o por inmersin en bao de sales a temperatura de 800 a 820C o por enfriamiento hasta tal temperatura en el horno de cementacin gaseosa;

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Figura 23. Diagrama de ejecucin del tratamiento trmico de las piezas cementadas con temple nico

se mantienen a esta temperatura durante el tiempo necesario para que en ella se estabilicen las piezas y luego, se enfren en agua o en aceite. Sigue al tratamiento de temple un revenido de distensin de aproximadamente 180C. Este tipo de tratamiento se utiliza en el caso de piezas en las cuales la operacin de cementacin no ha tenido duracin excesiva, generalmente ce-mentadas en bao de sales o de gas y por lo tanto no han sufrido un engrosamiento de grano demasiado grande. La distorsin de las piezas es muy reducida, la dureza superficial es grande, pero el ncleo no resulta regenerado.

II. NITRURACION

Consiste en hacer penetrar nitrgeno en la capa superficial de las piezas, siempre con el fin de obtener endurecimiento superficial de stas. La dureza y la gran resistencia a desgaste que se obtiene en tal caso no proceden, como para los procesos correspondientes de cementacin carburante, de las tensiones internas estructurales provocadas por un temple final, si no princi-palmente de las caractersticas especiales de los compuestos qumicos (nitruros) que el nitr-geno forma con los elementos presentes en el material sometido a tratamiento.

Los aceros sometidos a nitruracin son aceros especiales llamados aceros de nitruracin; con contenidos en carbono de alrededor de 0.40% y que contienen elementos especiales, tales como el cromo y aluminio los cuales favorecen la penetracin del nitrgeno y forman con ste, en la superficie, compuestos muy duros, junto al molibdeno, que elimina la fragilidad que tomara el material en el curso de su larga permanencia a la temperatura de nitrura-cin.

El tratamiento se realiza aproximadamente entre 500 y 530C y las piezas se colocan nor-malmente en cajas cerradas hermticamente con guarnicin de amianto y aluminio. A estas cajas llegan dos tubos, uno para introducir los gases conteniendo nitrgeno y otro para la salida de stos.

La instalacin completa (figura 24) comprende una botella de amonaco (NH3) a alta presin, un reductor de presin, eventualmente un gasmetro de campana destinado a recoger los

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gases procedentes de la botella, un desecador, el horno con la caja hermtica y por ltimo los aparatos para el control del grado de disociacin del amonaco y para la descarga de los gases que provienen de la caja.

Figura 24. Instalacin para tratamiento de nitruracin

El nitrgeno naciente (atmico) necesario para la nitruracin es suministrado por el amonaco, que a la temperatura a la cual se efecta el tratamiento se disocia, dividindose en nitrgeno y en hidrgeno: NH3 = N + 3H.

Por la tendencia que tiene el nitrgeno de reconstituir la molcula biatmica, que resulta qumi-camente inactiva, es necesario renovar continuamente la mezcla de gases.

El grado de disociacin atmica, depende de la temperatura del horno y de la velocidad con la cual se hace circular el amonaco en la instalacin.

Se ha encontrado que las mejores condiciones de trabajo, se tienen para un valor de la disocia-cin de hasta el 25 al 30%. El reductor de presin debe asegurar aproximadamente una presin de 150 mm de columna de agua.

El gasmetro de campana, lleno hasta un cierto nivel de agua, sobre el cual flota una capa de aceite de parafina para evitar el contacto directo del amonaco con el agua que la absorbera, tiene la funcin de mantener constante la presin del gas que llega a la caja.

El desecador, constituido por un recipiente que contiene cloruro u xido de calcio, quita al amonaco la humedad que ste posee.

En la caja de nitruracin puede colocarse un termopar con el fin de medir la temperatura alcan-zada en ella.

El control del grado de disociacin se hace al inicio del proceso de nitruracin y despus, de vez en cuando en el curso del mismo.

Los hornos empleados son generalmente hornos de mufla, los cuales deben tener en la parte posterior los agujeros para la llegada y salida del gas y, eventualmente, para el termopar.

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Es necesario que en estos hornos se tenga la posibilidad de una regulacin muy precisa de la temperatura. Pueden emplearse tambin hornos del tipo usado para la cementacin gaseosa, en cuyo caso no es necesaria la caja cerrada y las piezas se colocan en ellos dentro de cestos apropiados.

Durante la operacin de nitruracin las piezas no pueden estar en contacto entre s, o con las paredes del recipiente y se colocan sobre utillajes de sostn adecuados.

Es necesario que las piezas a nitrurar estn pulidas, desengrasadas y secas.

Para el tratamiento en caja, sta es introducida en el horno fro y el flujo de amonaco se inicia enseguida, y se contina hasta despus del fin de la nitruracin hasta llegar en el enfriamiento a una temperatura de 150C. La velocidad de penetracin del nitrgeno hacia el interior de las piezas es bastante pequea y se calcula sobre el valor de aproximadamente 0.10 mm por cada 11 horas de tratamiento. En consecuencia la duracin del tratamiento es siempre muy larga (de 10 a 100 horas) aunque normalmente se limita la penetracin a espesores meno-res de 1 mm.

La capa superficial obtenida por nitruracin presenta una dureza notablemente mayor que la que presenta, despus del temple, la capa superficial obtenida por cementacin carburante. La dureza superficial puede alcanzar en las piezas nitruradas, valores de 1200 HV (aproxi-madamente 72 HRc) contra los valores mximos de 850 HV (aproximadamente 65 HRc) que se alcanza en las piezas cementadas.

No debiendo hacerse despus de la nitruracin ningn tratamiento trmico, las piezas son com-pletamente acabadas de mecanizacin antes de ser sometidas a nitruracin. En consecuencia no deben dejarse ningunas creces para eliminar despus del tratamiento.

Las piezas de nitruracin, estando fundamentalmente construidas en un acero de bonifi-cacin, antes de ser sometidas al tratamiento de nitruracin deben bonificarse, es decir someterse a temple y revenido y por ltimo terminadas de mecanizacin, incluso rectifi-cado. La bonificacin tiene como finalidad el mejorar las caractersticas mecnicas del material.

Habiendo sufrido en el curso de la bonificacin anterior un revenido a temperatura de 650C, es decir superior a la adoptada en la nitruracin, las piezas no sufren modificacin de su estructura sorbtica, obtenida en la bonificacin.

Las piezas nitruradas se presentan a la salida del horno pulidas y directamente utilizables, con-trariamente a lo que sucede con la cementacin. No se producen deformaciones habindose trabajado a temperatura bastante baja, pero se tiene un ligero aumento de volumen. El au-mento de dimensiones es normalmente limitado al 5% del espesor nitrurado. Este aumen-to de dimensiones debe tenerse en cuenta en el curso de la mecanizacin anterior para piezas de gran precisin.

Algunas veces, si las tolerancias admitidas en las dimensiones de las piezas nitruradas o en su acabado superficial son muy estrechas, se hace una operacin de rectificado o lapeado, quitan-do una ligersima capa de material. Debiendo tenerse presente, sin embargo, que la capa su-perficial, si bien es ms frgil, es siempre ms dura que la que se halla inmediatamente debajo.

Si se desea tener alguna zona de la pieza no endurecida, para su correspondiente pro-teccin se puede recurrir a una operacin de estaado, realizada electrolticamente, o la aplicacin en caliente de una finsima capa de una aleacin de cobre o plomo, general-mente al 50%.

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Adems de la elevada dureza y resistencia a desgaste, la nitruracin da al material una buena resistencia a la fatiga y a la corrosin. Por otra parte la dureza de las piezas nitruradas se mantiene casi invariable hasta temperaturas de 500C.

A pesar de las ventajas que este tratamiento presenta, la extensin de su empleo, en compara-cin con la cementacin, es obstaculizada por el costo bastante alto del procedimiento, debido tanto al mayor precio de los aceros de nitruracin como a la larga duracin del tratamiento y al costo de las instalaciones necesarias.

A pesar de ello, siendo la solucin de numerosos problemas antes insolubles, este tratamiento encuentra hoy numerosas aplicaciones en distintos sectores de la tcnica, especialmente all donde interesa alcanzar durezas elevadsimas, reducir mucho el desgaste y asegurar la mxima estabilidad dimensional, como por ejemplo: camisas de cilindros, cigeales, engranajes, levas, pernos, calibres, instrumentos de medida, husillos de mquinas herramientas, anillos de pistones, etc.

III. TEMPLE SUPERFICIAL

El endurecimiento superficial de una pieza de acero, se puede tambin obtener localizando los efectos de temple solamente en la capa superficial de la pieza.

Al tratar el temple se ha visto que la dureza que confiere ste al material es debida al bloqueo del carbono en posiciones inestables en el retculo cristalino del hierro. Condiciones necesa-rias para el tratamiento de temple son:

a) Calentar el material a fin de que tome una estructura austentica.

b) Hacer seguir a tal calentamiento un enfriamiento brusco.

c) Si el material no ha alcanzado en el calentamiento, una temperatura tal que consiga al-canzar la estructura austentica, el enfriamiento hecho a continuacin, aun cuando se re-alice muy enrgicamente, no dar lugar al aumento de dureza caracterstico del temple.

Por lo tanto, si con un medio cualquiera se llega a localizar el calentamiento en la zona exterior, solamente la parte externa de la pieza tomar la estructura de temple (martensita) adquiriendo dureza, mientras que el ncleo de la pieza permanecer tenaz y poco duro.

Los aceros generalmente sometidos a tal tratamiento pertenecen a la categora de los aceros de bonificacin con 0.40 a 0.60% de carbono.

Los medios normalmente empleados para obtener el calentamiento localizado en la su-perficie de la pieza, pueden ser distintos: el bao de sales o de metal fundido (plomo), la llama oxiacetilnica o el calentamiento por induccin con corriente de alta frecuencia.

Estos dos ltimos son los procedimientos de calentamiento que ms se han difundido para rea-lizar el temple superficial.

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a) TEMPLE SUPERFICIAL POR INDUCCION

Est basado sobre el calentamiento que se obtiene generando sobre las piezas, con aparatos apropiados, una corriente inducida localizada sobre la zona superficial de las piezas, calentn-dola tanto ms superficialmente cuanto ms elevada es la frecuencia de la corriente utilizada.

Con este fin se dispone alrededor de la pieza, en correspondencia con las zonas determinadas a endurecer superficialmente, una espiral de tubo de cobre, enfriado interiormente por circula-cin de agua y recorrido por la corriente alterna de alta frecuencia. Es importante para el buen resultado de la operacin el estudio de la forma particular de la pieza y de las caractersticas especiales que ha de tener la espiral. Figura 25

Figura 25. Calentamiento por induccin para temple superficial

La corriente de alta frecuencia necesaria, que pueda llegar hasta frecuencias superiores a 1000000 hertz (perodos por segundo), puede producirse por distintos procedimientos.

Para potencias elevadas, como las necesarias para el temple superficial de grandes piezas, se recurre al empleo de alternadores especiales de elevado nmero de polos, mantenidos en rota-cin mediante motores, que permiten producir 10.000 perodos por segundo.

Para potencias menores se utilizan generadores de vlvulas termoinicas, que pueden suminis-trar corrientes hasta de ms de 106 ciclos por segundo.

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Para este tipo de tratamientos, muy empleados en la produccin en serie, se recurre al empleo de mecanismos ms o menos complicados para la sujecin y avance de la pieza y para el ca-lentamiento y enfriamiento de la misma.

En general el equipo necesario es en cada caso estudiado por firmas especializadas que bus-can, en relacin con los datos de la experiencia, obtener con l los mejores resultados. Fre-cuentemente se utilizan instalaciones casi totalmente automticas que aseguran la igualdad de los resultados sobre las piezas de la serie.

Figura 26. Calentamiento con llama oxiacetilnica, para temple superficial

b) TEMPLE SUPERFICIAL OXIACETILENICO O FLAMEADO

Utiliza como fuente de calor la llama obtenida por la combustin de acetileno y oxgeno, emple-ando un soplete parecido al de soldadura. Figura 26

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Como la llama oxiacetilnica es muy calorfica hace aumentar rpidamente la temperatura de la zona superficial de la pieza expuesta a la accin de la llama, permitiendo en tal zona superar el punto crtico de transformacin antes de que la difusin del calor hacia el interior provoque un aumento sensible de temperatura. Se da comienzo al enfriamiento enrgico de temple apenas se est seguro de que la estructura austentica alcanza ya el espesor que se desea endurecer.

Este sistema de endurecimiento superficial resulta muy econmico y es frecuentemente em-pleado en el caso de trabajos en serie. En tal caso se recurre al empleo de utillajes adecuados, a veces automticos, que simplifican la operacin y garantizan la constancia de los resultados obtenidos sobre todas las piezas de la serie.

Durante la operacin las piezas a tratar y el utillaje de calentamiento pueden estar fijos o mvi-les. Los sopletes para el calentamiento pueden tomar formas distintas, adaptadas a la forma de las piezas. El enfriamiento se efecta generalmente pulverizando agua sobre las piezas o su-mergindolas en cubas que contienen agua o aceite. Para aceros de auto-temple es suficiente el simple enfriamiento en el aire.

Figura 27 Dureza (Hv) en distintas zonas del diente de una rueda dentada sometida a temple superficial

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ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL POR FRICCION Y PLASMA

Se puede aumentar la dureza superficial del acero en estado natural o bonificado, sometindolo a friccin o bien a un chorro de plasma, mediante un soplete especial.

Los estudios hechos por la bhler, prueban que este mtodo permite alcanzar de un 50 a un 200% ms de dureza superficial, abriendo as nuevos horizontes para los casos en que se re-quieran envolturas, cajas, etc., extremadamente duras y resistentes. Las superficies o envoltu-ras de las piezas, que son el resultado de haber sometido el acero a este tratamiento por plas-ma, constan de una capa delgada de austenita metaestable. Igualmente son conseguidas me-diante el sistema de friccin, superficies de austenita metaestable.

METODO POR FRICCION. Consiste en someter la superficie del acero a una presin y friccin constante durante cierto perodo de tiempo.

Mecanismo. Este es relativamente simple para el endurecimiento por friccin.

Consta principalmente de una rulina de acero rpido templado, acoplada a un motor de 4 HP. El dimetro de la rulina es de 20 mm, girando a velocidades comprendidas entre las 5700 a 17000 rpm. Todo el conjunto debe adaptarse a un torno cilndrico.

La presin de penetracin es regulada por una manivela adecuada acoplada debidamente, para que la presin sea constante y controlada.

Este sistema slo puede utilizarse en piezas mecanizadas cilndricas.

METODO POR PLASMA

En principio, el equipo se compone de un tubo de acero y una varilla de tungsteno concntrica al tubo, haciendo la funcin de segundo electrodo. Una corriente de gas argn pasa a travs del sistema alcanzando grandes velocidades de rotacin, formando un arco entre el tubo y el eje central de W. Los tomos ionizados del gas, forman el plasma.

La corriente de plasma es dirigida a la parte de la pieza que se quiera endurecer. Este sistema tiene la ventaja sobre el anterior de que pueden ser tratadas piezas de forma irregular.

REENDURECIMIENTO SUPERFICIAL POR PROYECCION DE BOLAS DE ACERO

En la gama de tratamientos superficiales, figura el sistema por proyeccin o bombardeo de gra-nalla de acero, el cual es muy generalizado en los ltimos aos. Hacia el ao 1940, los ameri-canos iniciaron la aplicacin sistemtica de este tratamiento, para aumentar la dureza de las superficies.

Una probeta estndar es bombardeada por una cara, controlando la intensidad del bombardeo mediante la medicin de la flecha que experimenta la probeta. Es pues muy fcil controlar sus efectos y poderlos reproducir cuantas veces sea necesario exactamente.

1. El bombardeo de la probeta vara segn la intensidad del choque que depende, para una misma granalla, de la velocidad de rotacin de la turbina o de la presin del aire, segn sea el mtodo empleado.

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2. El ngulo de impacto, debe ser estudiado para cubrir perfecta y uniformemente toda la superficie a bombardear.

3. Deber ser controlada la cantidad de bolas proyectadas por unidad de tiempo y su di-metro (que vara de 0.50 a 1.50 mm).

4. La duracin de la operacin deber ser rigurosamente controlada.

5. Las bolas rotas (tolerancia un 5%) pueden ser nefastas, respecto a la vida de la pieza tratada. Aquellas debern ser eliminadas al mximo.

6. Como las bolas de fundicin templada se quiebran con gran facilidad, en algunos pases se utilizan bolas de fundicin recocidas, pero son preferidas las bolas de acero. En EE UU se construyen bolas de granallar, partiendo de la cuerda de piano (acero pa-tentado), con dimetros de 0.50 a 1.50 mm. Su dureza vara de 38 a 48 HRc.

7. La penetracin del tratamiento aumenta con el dimetro de las bolas.

8. La capa alcanzada con el tratamiento es muy superficial (no sobrepasa los 0.15 mm de profundidad). Es necesario, pues, no mecanizar las piezas despus del tratamiento.

9. El bombardeo se lleva material en proporciones que varan de 0.05 a 0.18 mm. Este fac-tor deber ser considerado.

Con este tratamiento se aumenta considerablemente el lmite a la fatiga: de tres a quince veces ms, segn sea el caso. En estudios de fatiga de los metales se ha comprobado que estos resultados no son logrados con ningn otro procedimiento. Siendo que el espesor logrado es muy pequeo, este mejoramiento no puede ser aplicado cuando las resistencias a la traccin o la compresin son alternas.

Dureza. Engranajes cementados y templados con una dureza de 670 Brinell, han alcanzado hasta los 900 Brinell despus de someterse a bombardeo. Vemos en este caso que el aumento de dureza es muy considerable, siendo los resultados mucho mejores que si la dureza de 900 HB hubiese sido lograda inicialmente.

Aplicaciones. Firmas de automocin mundialmente reconocidas adoptan este proceso con gran xito.

Corrientemente es aplicado en los resortes planos (cara superior), cigeales, bielas, piones de automviles y de aviacin, etc.

El tratamiento aplicado en aceros elsticos aumenta cinco veces ms el nmero de alter-nancias antes de rotura.

Otra de las ventajas que ofrece el bombardeo superficial, es de que mejora la lubrificacin de la pieza, dadas las pequeas cavidades existentes en la superficie por efectos del granallado.

Otras aplicaciones. Este proceso reemplaza el chorreado, permitiendo retirar las capas de xidos, arenas de fundicin, etc.

La superficie queda perfectamente apta para la ejecucin de operaciones ulteriores, tales como las de galvanizado, zincado en caliente, pintura, metalizado, etc. Al mismo tiempo mejora neta-mente las condiciones de mecanizado.

Aparatos utilizados. Las piezas son colocadas sobre dispositivos en rotacin, permitiendo un bombardeo regular de las piezas. Tambin son utilizados tneles donde las piezas (por ejem-plo, resortes planos, etc.) son tratadas a una velocidad constante.

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IV. OTROS TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

A veces, para distintas finalidades del endurecimiento, se procede a realizar tratamientos trmi-cos de enriquecimiento de las superficies de las piezas de acero con distintos metales.

Reseamos brevemente los distintos tratamientos de este tipo:

a) Calorizacin. Consiste en hacer penetrar aluminio hacia el interior de la pieza, alcanzando profundidades poco menores de 1 mm. Se opera a temperatura de 800 a 950C en cajas con-teniendo las piezas junto con una mezcla de polvo de aluminio. El tratamiento puede durar has-ta 24 horas. Las piezas sometidas a tal tratamiento llegan a tener una resistencia muy grande a la corrosin a elevada temperatura, debido al ligero velo de xido de aluminio, resistentsi-mo a altas temperaturas, que forma el aluminio sobre la superficie de la pieza.

b) Cromizacin. Consiste en difundir cromo hacia el interior de la pieza, con la finalidad de dar al acero una gran resistencia a la corrosin. Se opera durante algunas horas a 1200 1300C en hornos especiales, con mezclas constituidas por polvo de cromo y aluminio y en presencia de hidrgeno. Mientras el aluminio tiene la finalidad de impedir la sinterizacin del cromo, el hidrgeno sirve para impedir la oxidacin.

c) Silicatacin. Consiste en introducir silicio en la capa exterior de la pieza de acero. Tambin este tratamiento sirve para dar al acero resistencia a la corrosin, a los cidos y al des-gaste. Generalmente se trabaja a una temperatura de 925 a 1100C, en ambiente cerrado, en polvo de carburo de silicio, en presencia de cloro, durante algunas horas.

d) Sulfinizacin. Consiste en el enriquecimiento superficial de una pieza de acero en azufre. El tratamiento se realiza sumergiendo la pieza durante aproximadamente 2 horas, en baos espe-ciales de sales que contienen tambin carbn e hidrgeno llevndose a temperaturas de aproximadamente 550C. La finalidad del tratamiento es la de mejorar la resistencia del material frente al desgaste, aprovechando las caractersticas lubrificantes del azufre.

e) Tenifer. Este proceso tiene diferentes nombres como tufftride, melonite, etc. En nuestro medio se conoce con el nombre de Tenifer. En este tratamiento se utilizan baos nitrurantes de bajo contenido de cianuro, o cianuro libre.

Estos baos poseen un elevado potencial de carbono y nitrgen