Tratamientos Termicos Más Usados

Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Post Grado Maestría en Mantenimiento Tratamientos Térmicos Cat.: Inga. Myrian O. Barragán

TRATAMIENTOS TERMICOS MAS UTILZADOS

Marco Tulio Santos Werner José Portillo

Herson Giron Hugo Rodas

Pablo R. Ortega Luis F. Guillen

Luis Pedro Vassaux

Guatemala, Junio de 2006

INTRODUCCION

TRATAMIENTOS TERMICOS MÁS USADOS La utilización de tratamientos térmicos permite lograr las más diversas características del acero y sus aleaciones, así como de otros muchos metales. En consecuencia dichos tratamientos tienen una importancia primordial en las distintas fases de fabricación de la industria moderna. Los procedimientos en los tratamientos térmicos son muy numerosos y variados según el fin que se pretende conseguir. La gran cantidad de tratamientos térmicos, las distintas aleaciones y sus reacciones y las diferentes exigencias técnicas requieren soluciones y conocimientos profundos de la materia. El tratamiento térmico pretende endurecer o ablandar, eliminar las consecuencias de un mecanizado, modificar la estructura cristalina o modificar total o parcialmente las características mecánicas del material. Podemos distinguir dos razones principales para efectuar tratamientos térmicos en los cuales se pretende conseguir un endurecimiento (temple) o un ablandamiento (recocido).

PRINCIPIOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DEL HIERRO Y EL ACERO El proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta (ver figura de temperaturas para endurecido de metales) y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cámara refrigerada. El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la tracción (tensión) y disminuye la ductilidad. Al tratar térmicamente el acero de una pieza determinada, se tienen que tomar ciertas precauciones para desarrollar las propiedades mecánicas óptimas de ese material. A continuación se bosquejan algunos de los factores principales que deben ser tomados en consideración. Calentamiento. El primer paso en el tratamiento térmico del acero es el calentamiento del material a una temperatura superior a la crítica para hacerlo por completo austenítico. La velocidad de calentamiento debe ser lo suficientemente lenta para evitar que se perjudique el material a causa de excesivos esfuerzos térmicos y de transformación. En general, el acero templado debe calentarse más lenta y uniformemente que los materiales blandos exentos de esfuerzos. Las piezas de sección grande no deben colocarse dentro de un horno caliente, dependiendo el tamaño admisible del contenido de carbono y de elementos de aleación. Para aceros de alto contenido de carbono, debe tenerse cuidado al calentar secciones con diámetros tan pequeños como 50 mm (2 pulg) y en aceros de contenido medio de carbono, se requiere tomar precauciones para secciones de más de 150mm (6 pulg) de diámetro. La temperatura máxima elegida se determinará por la composición química del acero y de acuerdo con sus características de tamaño de grano. En el acero hipoeutectoide (por debajo de 0.80070de carbono), se toma una temperatura un poco mayor del rango critico superior, y en los aceros hipereutectoides (por encima de 0.80% de carbono), se emplea generalmente una temperatura comprendida entre los límites críticos superior e inferior, para evitar el calentamiento a altas temperaturas con el consiguiente crecimiento del grano.

El tiempo que se mantenga la pieza a la temperatura máxima debe ser tal que se obtenga una temperatura uniforme en toda la sección transversal del acero. Debe tenerse cuidado en evitar una prolongación indebida del tiempo a esa temperatura, porque esto puede dar por resultado un crecimiento indeseable del grano, la formación de cascarilla o la descarburización de la superficie. Una cifra práctica que se utiliza con frecuencia para el tiempo total que ha de estar una pieza en el horno caliente es de 12min/cm (alrededor de ½ h/pulg) de espesor de la sección transversal. Cuando el acero haya alcanzado una temperatura uniforme, la velocidad de enfriamiento debe ser tal que desarrolle la estructura desea. El acero al carbono para herramientas se puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crítica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 1450 °F y 1525 °F (790 a 830 °C) lo cual se identifica cuando el metal adquiere el color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acero la perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se enfría la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frágil.

VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO

El tratamiento térmico es la operación de calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil.

Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro - carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos.

Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión.

ºC 1300

1200

1100

1000

950

900

850

810

780

740

680

630

550

ºF 2370

2190

2010

1830

1740

1650

1560

1490

1440

1360

1260

1170

1020

Endurecimiento del acero

El proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta (ver figura de temperaturas para endurecido de metales) y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cámara refrigerada. El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la tracción (tensión) y disminuye la ductilidad.

El acero al carbono para herramientas se puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crítica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 1450 °F y 1525 °F (790 a 830 °C) lo cual se identifica cuando el metal adquiere el color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acero la perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se enfría la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frágil.

FIGURA DE TEMPERATURAS Y COLORES

ENDURECIMIENTO POR TRANSFORMACIÓN DE FASE Las fases en equilibrio solamente pueden darse cuando el material se enfría muy lentamente desde la fase de austerita. Cuando el enfriamiento de un acero no es lento (fuera de equilibrio) se forman fases en su micro estructura que no están representadas en el diagrama hierro- carbono.

Las fases fuera de equilibrio no pueden estimarse de un diagrama hierro - carbono. Se requiere de un diagrama adicional que considere el tiempo de enfriamiento del material. Controlando la cantidad de carbono que posee el acero así como el tiempo en el que se enfría desde la fase de Austerita se pueden hacer variar las fases que estarán presentes en el material. Esta versatilidad del acero de poseer varias fases diferentes hace que las propiedades de este material puedan variar en un rango muy amplio. Un tratamiento térmico es un proceso donde se calienta el metal y luego se controla la temperatura y el tiempo de enfriamiento con el propósito de obtener las fases que se deseen. Existen muchos tratamientos térmicos. Los más comunes para el acero son:

1) Austenitizado. 2) Recocido. 3) Normalizado. 4) Templado. 5) Revenido.

Austenita

Enfriamiento moderado: se forma bainita. La bainita es una perlita desfigurada. Es más resistente que la perlita.

Enfriamiento Lento

Enfriamiento rápido: se forma martensita. La martensita tiene una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Es la fase más dura y frágil que puede encontrarse en un acero

Fases de equilibrio: Ferrita, Cementita, Perlita

Los tratamientos térmicos pueden bosquejarse en un diagrama de Temperatura – Tiempo – Transformación. Uno de estos diagramas para un acero eutectoide se muestra a continuación: Existe una propiedad de los aceros que se llama capacidad de endurecimiento. Se considera que un acero es endurecible cuando es posible incrementar su dureza y su resistencia por medio de un templado. Un acero es más fácil de templar si es posible formar martensita con un enfriamiento no muy rápido, de modo que no se formen grietas ni distorsiones debido al cambio brusco de temperatura. La “nariz” de un acero endurecible estará desplazada hacia la derecha en el diagrama TTT, permitiendo velocidades de enfriamiento moderadas para formar martensita. Los elementos de aleación que se añaden a un acero pueden desplazar la “nariz” del diagrama hacia la derecha o hacia la izquierda. Por esa razón, la mayoría de aceros aleados son endurecibles y pueden poseer resistencias elevadas. La forma como se enfría una pieza de acero durante un tratamiento térmico hace que la superficie del mismo se enfríe con mayor rapidez que el interior del material. Esta diferencia en las propiedades de la superficie se mide con el concepto de templabilidad.

La templabilidad es la facilidad con la cual se puede formar martensita en el acero. Los aceros de bajo carbono tienen baja templabilidad, es decir, forman martensita con mucha dificultad o simplemente no pueden formar martensita. Los aceros de alto carbono o los aceros aleados tienen alta templabilidad, lo que significa que forman martensita con mucha facilidad. La templabilidad en un acero se mide con la prueba Jominy.

Al tratar térmicamente el acero de una pieza determinada, se tienen que tomar ciertas precauciones para desarrollar las propiedades mecánicas óptimas de ese material. A continuación se bosquejan algunos de los factores principales que deben ser tomados en consideración. Calentamiento El primer paso en el tratamiento térmico del acero es el calentamiento del material a una temperatura superior a la crítica para hacerlo por completo austenítico. La velocidad de calentamiento debe ser lo suficientemente lenta para evitar que se perjudique el material a causa de excesivos esfuerzos térmicos y de transformación. En general, el acero templado debe calentarse más lenta y uniformemente que los materiales blandos exentos de esfuerzos. Las piezas de sección grande no deben colocarse dentro de un horno caliente, dependiendo el tamaño admisible del contenido de carbono y de elementos de aleación. Para aceros de alto contenido de carbono, debe tenerse cuidado al calentar secciones con diámetros tan pequeños como 50 mm (2 pulg) y en aceros de contenido medio de carbono, se requiere tomar precauciones para secciones de más de 150mm (6 pulg) de diámetro. La temperatura máxima elegida se determinará por la composición química del acero y de acuerdo con sus características de tamaño de grano. En el acero hipoeutectoide (por debajo de 0.80070de carbono), se toma una temperatura un poco mayor del rango critico superior, y en los aceros hipereutectoides (por encima de 0.80% de carbono), se emplea generalmente una temperatura comprendida entre los límites críticos superior e inferior, para evitar el calentamiento a altas temperaturas con el consiguiente crecimiento del grano. Véase la tabla 6.2.6 respecto a las temperaturas de tratamiento térmico para aceros simples al carbono. El tiempo que se mantenga la pieza a la temperatura máxima debe ser tal que se obtenga una temperatura uniforme en toda la sección transversal del acero.

Debe tenerse cuidado en evitar una prolongación indebida del tiempo a

esa temperatura, porque esto puede dar por resultado un crecimiento indeseable del grano, la formación de cascarilla o la descarburización de la superficie. Una cifra práctica que se utiliza con frecuencia para el tiempo total que ha de estar una pieza en el horno caliente es de 12min/cm (alrededor de ½h/pulg) de espesor de la sección transversal. Cuando el acero haya alcanzado una temperatura uniforme la velocidad de enfriamiento debe ser tal que desarrolle la estructura deseada: velocidades lentas de enfriamiento (enfriado en el horno o al aire) para desarrollar las estructuras perlíticas más blandas, y rápidas (enfriado brusco por inmersión) para formar las estructuras martensíticas duras. En la selección de un medio para enfriamiento por inmersión (véase el Metols Hondbook de la ASM) es importante elegir ese medio para un trabajo particular con base en el tamaño forma y deformación admisible antes de decidir

sobre la composición del acero. Es conveniente clasificar los aceros en dos grupos, con base en la profundidad del endurecimiento: temple poco profundo y temple profundo. Los aceros de temple poco profundo pueden definirse como aquellos que en la forma de barras redondas de 25 mm (l pulg) de diámetro tienen después de su inmersión en salmuera, una capa completamente martensítica de profundidad no mayor de 6.4 mm (1/4 pulg). Los aceros de temple poco profundos son aquellos de bajo o nulo contenido de aleación, mientras que los de temple profundo tienen un contenido sustancial de aquellos elementos de aleación que aumentan la penetración del temple, notablemente el cromo, el manganeso y el níquel. Las altas velocidades de enfriamiento necesarias para templar los aceros de temple poco profundo producen deformaciones severas en todas las piezas que no sean de forma sencilla, simétrica y con una razón pequeña de la longitud al diámetro o al espesor. Los aceros simples al carbono no pueden emplearse para formas complicadas en las que debe evitarse la deformación. En este caso, debe abandonarse la inmersión en agua y emplearse un medio de enfriamiento menos activo que reduzca materialmente el gradiente de temperatura durante el enfriamiento.

Ciertos aceites son satisfactorios, pero incapaces de templar los aceros de temple poco profundo de tamaño considerable. Se requiere un cambio en la composición del acero con un cambio de agua a aceite como medio de enfriamiento. El enfriado en aceite no impide por completo la deformación. Cuando el grado de deformación producido por la inmersión en aceite es objetable, debe recurrirse al templado al aire. La velocidad de enfriamiento en el aire es mucho más lenta que en el aceite o en el agua y, en consecuencia, se requiere un contenido excepcionalmente alto de elementos de aleación. Esto significa que se apaga un alto precio por la ventaja lograda, tanto por lo que respecta al costo del metal como a la pérdida en maquinabilidad, aunque dicho precio puede estar bien justificado cuando se aplica el método de herramientas costosas. En este caso, el peligro de agrietamientos es despreciable.

Líquidos para enfriamiento por Inmersión de aceros de temple poco profundo:

Los aceros de temple poco profundo requieren un enfriamiento

extremadamente rápido de su superficie en el enfriamiento por inmersión (templado) en el intervalo (rango) de temperaturas en torno a 550°C(1020°F), Un rocío sumergido en el agua, dará el templado más rápido y reproducible que se puede practicar.

Este templado por inmersión en agua tiene una aplicación limitada a objetos simples pequeños que no tengan probabilidad de alabearse. Por la dificultad de obtener un flujo simétrico del agua con relación a la pieza, el templado por rocío conduce al alabeo. El templado por inmersión, práctico e ideal, será aquel que dé el enfriamiento superficial necesario sin agitar el baño. La adición de sal común, cloruro de sodio, mejora muchísimo el comportamiento del agua a este respecto, siendo la mejor concentración alrededor del 10%. La mayoría de las sales inorgánicas son eficaces para suprimir la formación de vapor en la superficie del acero y ayudan, en consecuencia, a enfriarlo uniformemente y a eliminar la formación de puntos blandos. Para minimizar la formación de vapor,

deben conservarse fríos los líquidos para inmersión a base de agua, de preferencia por debajo de 20°C (alrededor de 70°F). La adición de algunos otros materiales solubles al agua, como el jabón, es en extremo perjudicial porque aumenta la formación de vapor.

Líquidos para enfriamiento por inmersión de aceros de temple profundo cuando sea necesario templar por inmersión en aceite o templado al aceite, debe usarse un acero de suficiente contenido de aleación para producir una estructura por completo martensítica en la superficie sobre la sección más gruesa de la pieza. Para minimizar la posibilidad de agríetamiento, en especial al templar aceros para herramientas, consérvese caliente el aceite a templar, de preferencia entre 40 y 65°C (alrededor de 100 y 150°F). Si este artificio es

insuficiente para impedir el agrietamiento se puede sacar la pieza del baño justamente antes de que se inicie la transformación de templado y dejarla enfriar al aire. Puede determinarse si se ha iniciado o no la transformación con un imán permanente; la pieza no es magnética en absoluto antes de la transformación si se ha templado totalmente por el enfriamiento.

Las características de enfriamiento de los aceites para templar son

difíciles de determinar y no han sido correlacionadas de manera satisfactoria con las propiedades físicas de los aceites determinadas por los ensayos usuales.

Los ensayos estándar son importantes en relación con las especificaciones

secundarias de los aceites para templar. Una viscosidad baja asegura un escurrimiento fácil del aceite sobre la pieza y, por tanto, una pérdida baja de aceite. Un punto alto de inflamación y de combustión asegura un punto de ebullición elevado y reduce el peligro de que se incendie el baño, peligro que aumenta al mantener caliente el aceite. Un residuo bajo de carbono indica estabilidad de las propiedades con el uso continuo y poco sedimento. El número de emulsificación al vapor debe ser bajo para asegurar un contenido bajo de agua siendo objetable la presencia de ésta a causa de su tendencia a formar una película de vapor y de su alto poder de enfriamiento. Un número bajo de saponificación asegura que el aceite es de base mineral y no está sujeto al deterioro orgánico de los aceites grasos, que producen malos olores.

El índice de viscosidad es una propiedad valiosa para el mantenimiento

de la composición. Efecto del estado de la superficie Los factores que afectan a la profundidad del temple son la templabilidad del acero el tamaño del espécimen el medio de inmersión y por último el estado de la superficie del acero antes de la inmersión. Un acero que lleve una capa gruesa de escamas o cascarilla no se enfriará con tanta rapidez como otro que esté relativamente exento de ellas y pueden producirse puntos blandos o en casos extremos puede resultar una ausencia absoluta de temple. Es por tanto esencial disminuir tanto como sea posible el recubrimiento del acero con cascarilla (escamas). La descarburización puede producir también resultados inconvenientes, como es un temple no uniforme y, por tanto, disminuir la resistencia del material a los esfuerzos alternativos.

El revenido de un acero por completo endurecido se efectúa para hacer

desaparecer los esfuerzos originados por el enfriamiento brusco por inmersión y para que recobre un grado limitado de tenacidad y ductilidad. La operación dará casi cualquier combinación deseada de las propiedades, por la selección adecuada de las condiciones de temperatura y tiempo. En la tabla 6.2.7 se da la dureza Brinell obtenida en varios aceros al carbono y de aleación después de ser revenidos durante una hora a diversas temperaturas. Es necesario hacer hincapié en que el acero debe revenirse inmediatamente después de templado para impedir el agrietamiento producido por los esfuerzos internos.

Relación del diseño con el tratamiento térmico

Debe tenerse cuidado al diseñar una pieza de máquina para prevenir su agrietamiento o deformación durante el tratamiento térmico. Con un diseño adecuado se puede calentar y enfriar toda la pieza aproximadamente a la misma velocidad durante la operación del tratamiento térmico. Nunca debe estar unida una sección ligera a una pesada. Deben evitarse los ángulos entrantes agudos muy marcados. Las aristas vivas y los filetes o curvas de enlace de ángulos internos inadecuados producen concentración de esfuerzos de consideración, las cuales hacen que los esfuerzos reales de servicio se eleven hasta un valor de dos a cinco veces el esfuerzo normal de trabajo calculado por el ingeniero en el proyecto original.

El empleo de dichas curvas de enlace de amplio radio es en especial

conveniente cuando se trabaja con aceros de aleación de alta resistencia. Es bueno que el proyectista tenga presente que el módulo de elasticidad de todos los aceros comerciales, ya sean al carbono de aleación es el mismo en lo que concierne al diseño práctico. La deflexión de una pieza dada por efecto de una carga es, por lo tanto, totalmente una función de la sección de la pieza y no es afectada por la composición ni por el tratamiento térmico del acero. En consecuencia, si una pieza se deforma en exceso es necesario hacer algún cambio en el diseño; se debe emplear una sección más gruesa o bien se deben aumentar los Puntos de apoyo.

RECOCIDO

• Consiste en calentarlo hasta una temperatura determinada durante un tiempo también previsto, y posteriormente enfriarlo lentamente. Las variables fundamentales que manejamos son el tiempo y la temperatura.

• OBJETIVOS: reducir la dureza, eliminar tensiones residuales, mejorar la

tenacidad, recuperar la ductilidad, afinar el tamaño de grano, reducir la segregación.

• PROCESO DE RECOCIDO: 1. Calentamiento hasta una temperatura prefijada 2. Mantenimiento de la temperatura anterior durante un tiempo conveniente 3. Enfriamiento lento hasta temperatura ambiente, pero también realizado a

una velocidad conveniente El tiempo constituye la variable fundamental a controlar. Tanto en el calentamiento como en el enfriamiento existen variaciones de temperatura entre el interior y el exterior de las piezas a tratar. Por consiguiente, el tiempo y la velocidad de variación de temperatura estarán en función del tamaño y geometría de la pieza. Si la velocidad de variación de la temperatura es muy grande, provoca tensiones internas en las piezas, que inducen a la aparición de deformaciones e incluso agrietamientos.

TIPOS DE RECOCIDO

• DE REGENERACION: se calienta un acero hipoeutectoide hasta 30 o 60 grados por encima de la temperatura A3 para que la estructura se transforme toda en una fase única de austenita, homogénea, de composición uniforme y a temperatura constante. El material queda muy blando y dúctil. Para aceros hipoeutectoides el procedimiento básicamente es el mismo salvo que el calentamiento llega solo hasta la zona de austenita con cementita de 30 a 60 grados por encima de A1. correctamente recocido un acero hipoeutectoide debe presentar una estructura perlitica basta, con el exceso de cementita disperso en forma esferoidal.

• DE ABLANDAMIENTO: cuando se ha echo un trabajo en frió y se ha

endurecido fuertemente por acritud. En este caso el metal se calienta levemente a una temperatura levemente inferior a A1a la que permanece el tiempo suficiente para conseguir el ablandamiento y luego se enfría a velocidad conveniente (habitualmente al aire) aquí lo único que ocurre es que las fases existentes cambian de morfología

• DE ALIVIO DE TENSIONES: en este caso se calienta la pieza hasta una

temperatura inferior a A1(de 550 a 650 grados centígrados) se mantiene un tiempo y luego se enfría lentamente.

• GLOBULAR: cuando un acero de carbono alto debe prepararse para

mecanizado o conformado, se hace uso de este, su objetivo es producir una estructura en la cual toda la cementita aparezca en forma de esferoides o glóbulos pequeños y bien dispersos en una matriz ferritica.

PLENO: consiste en austenizar un acero y enfriarlo lentamente para aceros hipoeutectoides 50 grados encima de A3. Aceros hipereutectoides 50 grados encima de A1 REDUCCION DE ACRITUD: este es menos profundo y se hace para reducir la fragilidad de las piezas que han sido conformadas en frió (estiradas dobladas forjadas etc.) es común que las piezas que se someten a varios conformados en frió para formar la forma final, se les aplique un recocido de este tipo entre una conformación y otra para evitar la fractura durante la elaboración. DE HOMOGENIZACION: se usa principalmente en aceros de alto carbono y aleados, tiene como objetivo permitir la difusión y homogenización de los elementos aleantes y el carbono dentro de la estructura del acero. Este recocido es bastante especializado y en ocasiones toma muchas horas su ejecución. Aunque la elección de un tratamiento térmico de preparación suele ser dependiente de los objetivos, el factor predominante es la composición del acero.

Aceros de carbono bajo (menos del 0.3% de C) preferentemente se normalizan o sufren recocidos de ablandamiento. En los aceros de contenido de carbono medio (del 0.4 al 0.6%) se recurre al recocido de regeneración. Los aceros con un contenido de carbono superior al 0.6% requieren generalmente recocidos globulares. TEORIA DEL TEMPLE TRANSFORMACIONES DE LA ESTRUCTURA CRISTALINA “El acero al carbón y su endurecimiento posterior, no fueron entendidos

suficientemente hasta muy avanzados en el siglo pasado, antes de ello, y

especialmente siglos antes, el proceso por entero se hallaba envuelto en el

mayor secreto, mitos, rituales y magia. Todos los conocimientos eran empíricos

y era difícil, sino imposible, saber cual parte del ritual de forja era vital y cual

no...

El acero es un material formado por cristales, y cuando su temperatura

cambia también lo hace su estructura cristalina. Es esto lo que generan los

tratamientos térmicos, cambiar su estructura cristalina a través del tiempo y la

temperatura.

Existen varias estructuras cristalinas involucradas con el acero, pero en

términos del temple hay que tener en cuenta básicamente 3, perlita, austenita y

martensita. En la grafica superior se muestra 5 curvas que representan la ruta

de enfriamiento para distintas razones de cambio de temperatura y cada una

de ellas, resulta en un tipo diferente de estructura del acero. Aceros con

menos de 0.3 % de carbono no pueden ser endurecidos efectivamente,

mientras que el máximo efecto se puede obtener a aproximadamente 0.76 %

debido a una creciente tendencia a retener austenita en los aceros de alto

carbono...

Echando un vistazo a otros diagramas, podemos ver abajo un diagrama

de equilibrio de hierro-carbono. En relación al temple del acero, la parte mas

interesante se encuentra aproximadamente entre 0.5 % y 1% de contenido de

carbono y un rango de temperaturas aproximadamente entre 1000°C y la

temperatura ambiente

The Iron Age is based on this diagram--it's also color coded for temperature. Cast iron and steel exist because of the strange and wonderful chemical interactions between carbon and iron.

Our area of interest, the blue line is 0.76% carbon.

The thing to take away from this graphic is that as steel cools it experiences

changes in crystalline structure.

Una vez calentado, la forma en que el acero se enfría (la ruta que toma)

determinara sus propiedades. Las rutas de enfriamiento son una representación

grafica de la función entre la temperatura y el tiempo. Para cada acero hay una

grafica llamada Curva TTT (tiempo, temperatura transformación) o algunas

veces llamada Diagrama de transformación Isotérmica; abajo se muestra una

porción de una curva TTT generalizada.

Tomado y traducido parcialmente de

http://www.navaching.com/forge/cooling.html

EL TEMPLE

El tratamiento térmico del acero conocido como temple, es un proceso

que supone el calentamiento de la pieza desde la temperatura ambiente hasta

la temperatura de austenitización completa, la cual varia según el tipo de acero

que se este tratando y de aquí llevar un enfriamiento brusco hasta una

temperatura muy baja, entendiéndose esta en el orden de 80 a 150 °C, con el

objeto de evitar la transformación de austenita en perlita mas ferrita,

conservando el acero una estructura completa o parcial de martensita. Algunos

conceptos sobre temple, se mencionan a continuación.

“El proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal

de manera uniforme a la temperatura correcta (ver figura de temperaturas para

endurecido de metales) y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cámara

refrigerada. El endurecimiento produce una estructura granular fina que

aumenta la resistencia a la tracción (tensión) y disminuye la ductilidad.

El acero al carbono para herramientas se puede endurecer al calentarse hasta

su temperatura crítica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 1450 °F y

1525 °F (790 a 830 °C) lo cual se identifica cuando el metal adquiere el color rojo

cereza brillante. Cuando se calienta el acero la perlita se combina con la ferrita,

lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se

enfría la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en

martensita, material que es muy duro y frágil. “

http://www.aprendizaje.com.mx/Curso/Proceso1/Temario1_VI.html#dos

“A tempera consiste em resfriar o aço, apartir de uma temperatura de

austenitização, a uma velocidade suficiente rápida (água, salmoura, óleo e ar)

para evitar as transformações perlíticas e bainíticas na peça em questão. Deste

modo obtêm-se a estrutura martensita.

Essa velocidade de resfriamento dependerá da posição das curvas em

C, ou seja do tipo do aço e da forma e dimensões da peça.”

TRATAMIENTO TERMICO

MARCOS SCHROEDER

“A têmpera seja o tratamento térmico mais conhecido. Consiste basicamente,

em resfriar o material de maneira que não haja tempo para transformação da

austenita em ferrita e perlita, até que se atinja a temperatura Ms de

transformação da austenita em martensita, segundo o processo de mudança

estrutural”.

AÇOS

Spectru Instrumental Científico Ltda

Informática para Ciência, Ensino e Pesquisa.

Divisão Metalurgia / Tratamento Térmico

“El temple consiste en calentar el acero a una temperatura determinada

por encima de su punto de transformación para lograr una estructura cristalina

determinada (estructura austenítica), seguido de un enfriamiento rápido con una

velocidad superior a la crítica, que depende de la composición del acero, para

lograr una estructura austenítica, martensítica o bainítica, que proporcionan a los

aceros una dureza elevada.

Para conseguir un enfriamiento rápido se introduce el acero en agua,

aceite, sales o bien se efectúa el enfriamiento con aire o gases. La velocidad de

enfriamiento depende de las características de los aceros y de los resultados

que se pretenden obtener.

En casos determinados se interrumpe el enfriamiento en campos de

temperatura comprendidos entre 180-500 ºC., alcanzándose de esta manera un

temple con el mínimo de variación en las dimensiones de las piezas, un mínimo

riesgo de deformación y consiguiéndose durezas y resistencias determinadas, de

acuerdo con las estructuras cristalinas en lo que se refiere a austenita,

martensita o bainita.

Los procedimientos de temple descritos se refieren a un temple total del

material, otros tratamientos permiten una más amplia variación de las

características añadiendo carbono o nitrógeno a la superficie de las piezas”.

http://www.metalunivers.com/Tecnica/Hemeroteca/ArticuloCompleto.asp?ID=25

06

Tomado de http://www.navaching.com/forge/heat.html

Según Spectru Instrumental Científico Ltda, “En cualquiera de los medios

usados para el temple existen 3 estadios durante el enfriamiento de la pieza:

1) Se inicia inmediatamente después de la inmersión de la pieza en el medio

líquido y se caracteriza por la formación de una cortina de vapor que envuelve

toda la superficie de la pieza. La transferencia de calor tiene efecto por

radiación y conducción a través de una película de vapor con velocidad

relativamente lenta. Por esta razón es altamente indeseable.

2) En este estadio se da el rompimiento de la cortina de vapor de la superficie

de la pieza y es mojada por el liquido de temple, dando inicio a la ebullición. El

enfriamiento es bastante rápido y el calor es transferido por una gran masa de

vapor.

3) Cesada la ebullición, comienza el tercer estadio, que es lento. La

transferencia de calor se da por convección e conducción hasta alcanzar el

equilibrio de la temperatura.

Para eliminar rápidamente la cortina de vapor formada en el primer

estadio basta que adicione sal al agua (9%) o soda cáustica (3%).

En algunos aceros de mediana aleación (430, 8640, 4140), el

enfriamiento no puede ser brusco, por que de lo contrario el material se agrieta.

Debe usarse aceite para que tenga un primer estadio de temple mas largo.

Debido a la limitación de equipo, algunas veces no se podrá cambiar

fácilmente entre agua y aceite en el temple. Esto no representa un gran

problema: disueltos en agua, ciertos preparados orgánicos dan un medio de

temple menos severo que el agua, más severo que el aceite y que pasa por

todas las formas intermedias.

Hace una brusca transformación de orden estructural en la red cristalina

del acero ( de austenita para martensita) porque la martensita ocupa un mayor

volumen, ocurre consecuentemente una variación en las dimensiones de la

pieza, conocida genéricamente por distorsión.

Por ser inherente al proceso, este problema es tolerado. Algunos,

cuidados, pueden ser tomados para minimizar la ocurrencia, como, ejemplo,

conseguir una estructura homogénea antes del temple (normalización adecuada);

o no templar directamente después de la cementación y sin enfriar las piezas,

recalentarlas y después templar, no se debe confundir la distorsión con un

problema de torcedura, en donde tiene lugar cambios en la forma y no en el

volumen.

El material templado es frágil, pues tiene una alta dureza y baja

ductilidad. Para que el material consiga las propiedades mecánicas deseadas,

necesita someterse a un tratamiento posterior de revenido.

En función de las diferentes velocidades de tratamiento entre el núcleo y la

superficie, se obtienen estructuras y durezas diferentes. (Conviene recordar

que la dureza superficial es prácticamente función del contenido de carbono en el

acero y la dureza del núcleo viene a ser función de la aleación del material).

Por eso, algunas veces se consigue mejorar las propiedades mecánicas

del material cambiando el medio de temple. Llega a un punto, sin embargo, en

que el tratamiento térmico no es más conveniente, porque se torna más oneroso

que el cambio del acero por otro con mas elementos de aleación. El inverso

también es valido, puesto que para determinadas propiedades mecánicas puede

usarse un acero con contenidos menores de elementos de aleación, aplicando

como compensación un tratamiento térmico adecuado.

Cada tipo de acero posee una determinada región de temperatura de

austenitización, dentro de la cual se obtienen tanto la máxima dureza, como una

cantidad optima de carburos disueltos, sin el riesgo de crecimiento excesivo de

grano. Esta región, es también llamada zona de temple del acero; puede

generalmente encontrarse en los catálogos de los fabricantes de acero. Los

regimenes de enfriamiento necesarios para los diferentes tipos de acero

demostrados por el diagrama TTT.”

“Los cinceles y las herramientas similares requieren poseer una alta dureza en

sus puntas cortantes y cuerpos y cabezas mas suaves. La cabeza debe ser

suficientemente tenaz para evitar dañarse al golpe del martillo. El extremo

cortante debe ser muchísimo mas duro que la cabeza y la zona intermedia debe

ser cuidadosamente mezclada para prevenir una línea de demarcación. Un

método de revenido usado frecuentemente para cinceles y similares, es uno en

el cual el extremo cortante es calentado por el calor residual del extremo

opuesto de la misma herramienta. Para templar y revenir cinceles por este

método, se calienta a la temperatura apropiada de temple y luego llevar la punta

cortante a sumergirse en el baño de enfriamiento, metiendo y sacando el cincel

del mismo, manteniendo siempre el extremo cortante debajo de la superficie.

Este método enfría al aire la cabeza del cincel mientras la punta cortante es

enfriada en el medio líquido. El resultado es una cabeza tenaz, un extremo

cortante totalmente templado y una combinación adecuada en el resto del

cuerpo.”

http://www.tpub.com/steelworker1/11.htm

Tomado de http://www.navaching.com/forge/heattreat.html

TIPOS DE TEMPLE

El manual Marks del ingeniero mecánico nos dice “Para el temple, hay tres

tratamientos de uso general. Primero, un enfriamiento por inmersión directa

desde la temperatura de carburización dentro de un medio de inmersión

adecuado. Este método no se empleo hasta recientemente, excepto con piezas

de forma regular, a causa del peligro de agrietamiento y distorsión. Con el

descubrimiento de aceros que mantienen un tamaño fino de grano a las

temperaturas de carburización, se ha visto que la distorsión es menor por

enfriamiento directo por inmersión que por cualquier otro método. Un segundo

tratamiento consiste en enfriar lentamente desde la temperatura de

carburización, recalentar por encima de la temperatura crítica de la envolvente

superficial y enfriar por inmersión. Esto facilita el manejo de grandes cantidades

de piezas carburizadas entregadas en una forma discontinua a un horno de

trabajo intermitente y hace mínima la retención de austerita en la envolvente

superficial de alto contenido de carbono. El método antiguo de doble

enfriamiento por inmersión, en el que la pieza se enfriaba lentamente desde la

temperatura de carburización, se recalentaba y se enfriaba por inmersión desde

una temperatura por encima de la critica del corazón de la pieza, y luego se

volvía a recalentar y enfriar por inmersión desde una temperatura superior a la

critica de la envolvente superficial, se ha deja de emplear…”

Templado a la llama

“Flame hardening is another procedure that is used to harden the surface of

metal parts. When you use an oxyacetylene flame, a thin layer at the surface of

the part is rapidly heated to its critical temperature and then immediately

quenched by a combination of a water spray and the cold base metal. This

process produces a thin, hardened surface, and at the same time, the internal

parts retain their original properties. Whether the process is manual or

mechanical, a close watch must be maintained, since the torches heat the metal

rapidly and the temperatures are usually determined visually.

Flame hardening may be either manual or automatic. Automatic equipment

produces uniform results and is more desirable. Most automatic machines have

variable travel speeds and can be adapted to parts of various sizes and shapes.

The size and shape of the torch depends on the part. The torch consists of a

mixing head, straight extension tube, 90-degree extension head, an adjustable

yoke, and a water-cooled tip. Practically any shape or size flame-hardening tip

is available (fig. 2-1).

Figure 2-1.-Progressive hardening torch tip.

Tips are produced that can be used for hardening flats, rounds, gears, cams,

cylinders, and other regular or irregular shapes.

In hardening localized areas, you should heat the metal with a standard hand-

held welding torch. Adjust the torch flame to neutral (see chapter 4) for normal

heating; however, in corners and grooves, use a slightly oxidizing flame to keep

the torch from sputtering. You also should particularly guard against

overheating in comers and grooves. If dark streaks appear on the metal

surface, this is a sign of overheating, and you need to increase the distance

between the flame and the metal.

For the best heating results, hold the torch with the tip of the inner cone about

an eighth of an inch from the surface and direct the flame at right angles to the

metal. Sometimes it is necessary to change this angle to obtain better results;

however, you rarely find a deviation of more than 30 degrees. Regulate the

speed of torch travel according to the type of metal, the mass and shape of the

part, and the depth of hardness desired.

In addition, you must select the steel according to the properties desired. Select

carbon steel when surface hardness is the primary factor and alloy steel when

the physical properties of the core are also factors. Plain carbon steels should

contain more than 0.35% carbon for good results inflame hardening. For water

quenching, the effective carbon range is from 0.40% to 0.70%. Parts with a

carbon content of more than 0.70% are likely to surface crack unless the

heating and quenching rate are carefully controlled.

The surface hardness of a flame-hardened section is equal to a section that was hardened by furnace heating and quenching. The decrease in hardness between the case and the core is gradual. Since the core is not affected by flame hardening, there is little danger of spalling or flaking while the part is in use. Thus flame

Figure 2-2.-Progressive hardening.

hardening produces a hard case that is highly resistant to wear and a core that

retains its original properties.

Flame hardening can be divided into five general methods: stationary, circular

band progressive, straightline progressive, spiral band progressive, and circular

band spinning.

STATIONARY METHOD.- In this method the torch and the metal part are both

held stationary.

CIRCULAR BAND PROGRESSIVE METHOD. This method is used for

hardening outside surfaces of round sections. Usually, the object is rotated in

front of a stationary torch at a surface speed of from 3 to 12 inches per minute.

The heating and quenching are done progressively, as the part rotates;

therefore, when the part has completed one rotation, a hardened band encircles

the part. The width of the hardened band depends upon the width of the torch

tip. To harden the full length of a long section, you can move the torch and

repeat the process over and over until the part is completely hardened. Each

pass or path of the torch should overlap the previous one to prevent soft spots.

STRAIGHT-LINE PROGRESSIVE METHOD. With the straight-line progressive

method, the torch travels along the surface, treating a strip that is about the

same width as the torch tip. To harden wider areas, you move the torch and

repeat the process. Figure 2-2 is an example of progressive hardening.

SPIRAL BAND PROGRESSIVE METHOD. For this technique a cylindrical part

is mounted between lathe centers, and a torch with an adjustable holder is

mounted on the lathe carriage. As the part rotates, the torch moves parallel to

the surface of the part. This travel is synchronized with the parts rotary motion

to produce a continuous band of hardness. Heating and quenching occur at the

same time. The number of torches required depends on the diameter of the

part, but seldom are more than two torches used.

CIRCULAR BAND SPINNING METHOD. The circular band spinning method

provides the best results for hardening cylindrical parts of small or medium

diameters. The part is mounted between lathe centers and turned at a high rate

of speed pasta stationary torch. Enough torches are placed side by side to heat

the entire part. The part can be quenched by water flowing from the torch tips or

in a separate operation.

When you perform heating and quenching as separate operations, the tips are

water-cooled internally, but no water sprays onto the surface of the part.

In flame hardening, you should follow the same safety precautions that apply to

welding (see chapter 3). In particular, guard against holding the flame too close

to the surface and overheating the metal. In judging the temperature of the

metal, remember that the flame makes the metal appear colder than it actually

is.”


A continuación se muestra un arreglo a nivel de laboratorio académico para

la enseñanza de tratamientos térmicos descrito por V. Ryan

STAGE ONE:

The screw driver blade is heated, slowly at first, warming up the whole blade. Then the heat is concentrated on the area at the end of the blade. This gradually becomes ‘red’ hot.

STAGE TWO:

The screw driver blade is removed quickly from the brazing heart, with

blacksmiths tongs and plunged into clean, cold water. Steam boils off from the

water as the steel cools rapidly. At this stage the blade is very hard but brittle

and will break easily.

STAGE THREE:

The screw driver blade is cleaned with emery cloth and heated again on the

brazing hearth. Heat is concentrated at the end of the steel blade. The steel

must be watched very carefully as it changes colour quite quickly. A blue line of

heat will appear near the end of the blade and it travels towards the tip as the

temperature rises along the blade. When the line of blue reaches the tip the

brazing torch is turned off. The blue indicates the correct temperature of

‘tempering’.

STAGE FOUR:

The screw driver blade is placed on a steel surface, such as an anvil face. This conducts the heat away and allows slow cooling of the screw driver blade. When cold, the blade should be tough and hard wearing and unlikely to break or snap. This is due to the tempering process.

http://www.technologystudent.com/equip1/heat1.htm

“Induction Hardening:

Induction hardening provides a similar surface treatment regime to flame

hardening . The steel component is located inside a water cooled copper coil

which has (AC) alternating current through it. This causes the outer surface of

the component to heat up. Depending on the AC frequency and current, the

rate of heating as well as the depth of heating can be controlled. This process is

well suited for surface heat treatment.”

http://www.roymech.co.uk/index3.htm

“O tratamento térmico por indução eletromagnética é sem dúvida um dos mais

efetivos processos de tratamento térmico para diversas aplicações, incluindo:

têmpera total, têmpera superficial, revenido, alívio de tensões, recozimento,

normalização, sinterização de metais pulverizados e outros[1]. Na maioria das

aplicações, o tratamento térmico por indução é usado somente em partes

selecionadas da peça. O processo é executado em tempo muito curto e com

alta eficiência, porque a energia é aplicada somente na parte onde o

tratamento térmico é requerido. Isto promove alta produtividade, poucas

distorções na geometria da peça, permite o uso de pequeno espaço físico para

instalação de equipamentos e gera benefícios ambientais[2,3].

No aquecimento por indução convencional, todas as três maneiras de

transferência de calor (condução, convecção e radiação) estão presentes,

sendo que as transferências de calor por convecção e radiação refletem os

valores de perda de calor. Um alto valor de perda de calor reduz a eficiência da

bobina de indução.

A profundidade de penetração de corrente, em determinado objeto sob

tratamento, é definida pelo limite no qual a densidade de corrente alcança 37%

do valor obtido na superfície[4], conforme pode ser calculado pela equação 1[1].

� =( � /�.µ0.µ.f )1/2 eq.1

ou � = 503 (�/µ.f )1/2

sendo:

� = profundidade de penetração, em metros;

� = resistividade elétrica do metal, em ©.m;

µ0 = permeabilidade magnética no vácuo;

µ = permeabilidade magnética da peça;

f = freqüência do campo magnético alternado da bobina, em Hz.

A velocidade de aquecimento por indução de alta freqüência varia de 27 a

227ºC/s, o que chega a 100 vezes mais rápido que a velocidade de

aquecimento no forno convencional e condiciona importantes particularidades

da transformação microestrutural. Isto ocorre porque a velocidade de

nucleação da austenita cresce mais rapidamente que sua velocidade de

crescimento linear. Em decorrência disto, acima das temperaturas de início

(Ac1) e de fim (Ac3) da transformação em austenita, formam-se grãos

austeníticos pequenos, com tamanhos médios variando de 2 a 7µm[4]. Devido à

elevada velocidade de aquecimento e à curta exposição à temperatura

máxima, os ciclos dos processos de difusão mostram-se incompletos e os

átomos de carbono distribuem-se não uniformemente na estrutura da

austenita[4].

O processo de têmpera de tubos, nos tratamentos térmicos por indução

eletromagnética, permite obter uma estrutura martensítica na região tratada da

peça, cuja variação de dureza ao longo da peça depende da distribuição de

temperatura, da microestrutura prévia do aço, do seu teor de carbono, das

condições de resfriamento e temperabilidade do aço e, por fim, do grau de

superendurecimento, um fenômeno relacionado às altas velocidades de

aquecimento, onde os valores de dureza aumentam de 2 a 8 pontos HRc, em

relação ao máximo valor de dureza obtido, para um dado tipo de aço, por

tratamento convencional. Isso permite, para situações onde se requer alta

dureza superficial, usar uma classe de aço inferior à necessária, para a mesma

aplicação, nos tratamentos em fornos convencionais. O superendurecimento

pode ser atribuído ao fino tamanho de grão austenítico do aço tratado

termicamente por indução eletromagnética, que resulta em pequenos pacotes

de martensita na têmpera.

O tempo total para se completar o processo de endurecimento superficial,

utilizando indução eletromagnética e incluindo-se os ciclos de austenitização e

têmpera, é muito pequeno, em média de 5 a 27 segundos por componente[1,10].

Tempo e temperatura são dois parâmetros críticos no revenimento por indução.

Usualmente, adotam-se, para o revenimento por indução, temperaturas entre

300ºC e 600ºC[1] com tempos um pouco mais longos que os empregados na

austenitização[1].

Em tubos para sondagem geológica, o tratamento térmico por indução

eletromagnética, abordado nesse trabalho, é especialmente adequado, por

vários fatores. Trata-se de tubos de comprimento da ordem de metros, nos

quais se tem a necessidade de maior dureza, principalmente nas extremidades,

pois são as porções nas quais são usinadas as roscas de engate dos tubos,

com conseqüente redução da espessura da parede. A necessidade de alta

dureza nessas porções advém da menor espessura, conjuntamente com os

esforços de rosqueamentos repetidos, associados à abrasão, tração e flexão

durante a perfuração, já que esta tende a assumir uma trajetória helicoidal.”

http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0370-

44672004000100005&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt

“hardening with high power diode lasers

Steffen Bonss, Gunther Goebel, Marko Seifert, and Berndt Brenner

Fraunhofer-Institut fuer Werkstoff- und Strahltechnik (Germany)

Eckhard Beyer

Fraunhofer-Institut fuer Werkstoff- und Strahltechnik (Germany) and Technische

Univ. Dresden (Germany)

Laser Beam Hardening with High Power Diode Lasers is presented as an

excellent method for local heat treatment and minimum distortion. An overview

is given about several strategies for local heat treatment and different industrial

applications. Precise measuring and controlling of the surface temperature

makes the process very reliable and is an essential tool for industrial users. To

keep a constant penetration of the hardening zone at constant surface

temperatures the feed rate can be adapted to local heat flow conditions. A

former postprocessor of Fraunhofer IWS generates a CNC-program for the

treatment and changes the feed rate in dependence of the surface shape. The

new processor additionally considers local heat flow variations of a part caused

by boreholes, grooves and changing local thickness. The processing is very fast

and can be applied for solving daily problems of laser beam hardening. Some

examples show the performance of the new postprocessor.

©2003 COPYRIGHT SPIE--The International Society for Optical Engineering.

Downloading of the abstract is permitted for personal use only. “

http://spiedl.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=PSISDG004

831000001000053000001&idtype=cvips&gifs=yes

MEDIOS DE ENFRIAMIENTO

The cooling rate of an object depends on many things. The size, composition,

and initial temperature of the part and final properties are the deciding factors in

selecting the quenching medium. A quenching medium must cool the metal at a

rate rapid enough to produce the desired results.

Mass affects quenching in that as the mass increases, the time required for

complete cooling also increases. Even though parts are the same size, those

containing holes or recesses cool more rapidly than solid objects. The

composition of the metal determines the maximum cooling rate possible without

the danger of cracking or warping. This critical cooling rate, in turn, influences

the choice of the quenching medium.

The cooling rate of any quenching medium varies with its temperature;

therefore, to get uniform results, you must keep the temperature within

prescribed limits. The absorption of heat by the quenching medium also

depends, to a large extent, on the circulation of the quenching medium or the

movement of the part. Agitation of the liquid or the part breaks up the gas that

forms an insulating blanket between the part and the liquid.

Normally, hardening takes place when you quench a metal. The composition of

the metal usually determines the type of quench to use to produce the desired

hardness. For example, shallow-hardened low-alloy and carbon steels require

severer quenching than deep-hardened alloy steels that contain large quantities

of nickel, manganese, or other elements. Therefore, shallow-hardening steels

are usually quenched in water or brine, and the deep-hardening steels are

quenched in oil. Sometimes it is necessary to use a combination quench,

starting with brine or water and finishing with oil. In addition to producing the

desired hardness, the quench must keep cracking, warping, and soft spots to a

minimum.

The volume of quenching liquid should be large enough to absorb all the heat

during a normal quenching operation without the use of additional cooling. As

more metals are quenched, the liquid absorbs the heat and this temperature

rise causes a decrease in the cooling rate. Since quenching liquids must be

maintained within definite temperature ranges, mechanical means are used to

keep the temperature at prescribed levels during continuous operations.

LIQUID QUENCHING

The two methods used for liquid quenching are called still-bath and flush

quenching.

Instill-bath quenching, you cool the metal in a tank of liquid. The only movement

of the liquid is that caused by the movement of the hot metal, as it is being

quenched.

For flush quenching, the liquid is sprayed onto the surface and into every cavity

of the part at the same time to ensure uniform cooling. Flush quenching is used

for parts having recesses or cavities that would not be properly quenched by

ordinary methods. That assures a thorough and uniform quench and reduces

the possibilities of distortion.

Quenching liquids must be maintained at uniform temperatures for satisfactory

results. That is particularly true for oil. To keep the liquids at their proper

temperature, they are usually circulated through water-cooled coils. Self-

contained coolers are integral parts of large quench tanks.

Figure 2-3.-Portable quench tank.

A typical portable quench tank is shown in figure 2-3. This type can be moved

as needed to various parts of the heat-treating shop. Some tanks may have one

or more compartments. If one compartment contains oil and the other water, the

partition must be liquid-tight to prevent mixing. Each compartment has a drain

plug, a screen in the bottom to catch scale and other foreign matter, and a

mesh basket to hold the parts. A portable electric pump can be attached to the

rim of the tank to circulate the liquid. This mechanical agitation aids in uniform

cooling.

Water

Water can be used to quench some forms of steel, but does not produce good

results with tool or other alloy steels. Water absorbs large quantities of

atmospheric gases, and when a hot piece of metal is quenched, these gases

have a tendency to form bubbles on the surface of the metal. These bubbles

tend to collect in holes or recesses and can cause soft spots that later lead to

cracking or warping.

The water in the quench tank should be changed daily or more often if required.

The quench tank should be large enough to hold the part being treated and

should have adequate circulation and temperature control. The temperature of

the water should not exceed 65°F.

When aluminum alloys and other nonferrous metals require a liquid quench, you

should quench them in clean water. The volume of water in the quench tank

should be large enough to prevent a temperature rise of more than 20°F during

a single quenching operation. For heavy-sectioned parts, the temperature rise

may exceed 20°F, but should be kept as low as possible. For wrought products,

the temperature of the water should be about 65°F and should never exceed

100°F before the piece enters the liquid.

Table 2-4.-Properties and Average Cooling Abilities of Quenching Media

Brine

Brine is the result of dissolving common rock salt in water. This mixture reduces

the absorption of atmospheric gases that, in turn, reduces the amount of

bubbles. As a result, brine wets the metal surface and cools it more rapidly than

water. In addition to rapid and uniform cooling, the brine removes a large

percentage of any scale that may be present.

The brine solution should contain from 7% to 10% salt by weight or three-

fourths pound of salt for each gallon of water. The correct temperature range for

a brine solution is 65°F to 100°F.

Low-alloy and carbon steels can be quenched in brine solutions; however, the

rapid cooling rate of brine can cause cracking or stress in high-carbon or low-

alloy steels that are uneven in cross section.

Because of the corrosive action of salt on nonferrous metals, these metals are

not quenched in brine. Oil

Oil is used to quench high-speed and oil-hardened steels and is preferred for all

other steels provided that the required hardness can be obtained. Practically

any type of quenching oil is obtainable, including the various animal oils, fish

oils, vegetable oils, and mineral oils. Oil is classed as an intermediate quench. It

has a slower cooling rate than brine or water and a faster rate than air. The

quenching oil temperature should be kept within a range of 80°F to 150°F. The

properties and average cooling powers of various quenching oils are given in

table 2-4.

Water usually collects in the bottom of oil tanks but is not harmful in small

amounts. In large quantities it can interfere with the quenching operations; for

example, the end of a long piece may extend into the water at the bottom of the

tank and crack as a result of the more rapid cooling.

Nonferrous metals are not routinely quenched in oil unless specifications call for

oil quenching.

Caustic Soda

A solution of water and caustic soda, containing 10 percent caustic soda by

weight, has a higher cooling rate than water. Caustic soda is used only for those

types of steel that require extremely rapid cooling and is NEVER used as a

quench for nonferrous metals.

WARNING

CAUSTIC SODA REQUIRES SPECIAL HANDLING BECAUSE OF ITS

HARMFUL EFFECTS ON SKIN AND CLOTHING. DRY QUENCHING

This type of quenching uses materials other than liquids. Inmost cases, this

method is used only to slow the rate of cooling to prevent warping or cracking.

Air

Air quenching is used for cooling some highly alloyed steels. When you use still

air, each tool or part should be placed on a suitable rack so the air can reach all

sections of the piece. Parts cooled with circulated air are placed in the same

manner and arranged for uniform cooling. Compressed air is used to

concentrate the cooling on specific areas of a part. The airlines must be free of

moisture to prevent cracking of the metal.

Although nonferrous metals are usually quenched in water, pieces that are too

large to fit into the quench tank can be cooled with forced-air drafts; however,

an air quench should be used for nonferrous metal only when the part will not

be subjected to severe corrosion conditions and the required strength and other

physical properties can be developed by a mild quench.

Solids

The solids used for cooling steel parts include castiron chips, lime, sand, and

ashes. Solids are generally used to slow the rate of cooling; for example, a cast-

iron part can be placed in a lime box after welding to prevent cracking and

warping. All solids must be free of moisture to prevent uneven cooling.


Tempering in Oil. -- Oil baths are extensively used for tempering tools

(especially in quantity), the work being immersed in oil heated to the required

temperature, which is indicated by a thermometer. It is important that the oil

have a uniform temperature throughout and that the work be immersed long

enough to acquire this temperature. Cold steel should not be plunged into a

bath heated for tempering, owing to the danger of cracking it. The steel should

either be pre-heated to about 300 degrees F., before placing it in the bath, or

the latter should be at a comparatively low temperature before immersing the

steel, and then be heated to the required degree. A temperature of from 650

degrees to 700 degrees F. can be obtained with heavy tempering oils; for higher

temperatures, a lead bath is generally used. A tempering oil which has given

satisfactory results in practice has the following characteristics: Composition,

mineral oil, 94 per cent; saponifiable oil, 6 per cent; specific gravity 0.920; flash

point, 550 degrees F.; fire test, 625 degrees F. The foregoing figures apply to

new oil. When the oil has been used long enough to be rendered practically

useless, an analysis shows the following changes: Composition, mineral oil, 30

per cent; saponifiable oil, 70 per cent; specific gravity, 0.950; flash point, 475

degrees F.; fire test, 550 degrees F. The great difference in the composition of

new and old oil is due to the loss of mineral oil, resulting from the high heats to

which tempering oil is frequently or constantly subjected; hence, the durability of

the tempering bath can be increased by occasionally adding new mineral oil.

Flash Point and Fire Test. -- The distinction between the "flash point" and the

"fire test" of an oil is as follows: The flash point is the temperature at which the

amount of vapor given off is sufficient to form an inflammable or explosive

mixture with the air over the surface of the oil, so that the gaseous mixture

ignites and burns with a momentary flash when a flame is applied. As the

temperature of the oil rises, more vapor is given off, and then the production of

vapor is rapid enough to maintain a continuous flame, the oil takes fire and

burns. The temperature at which this occurs is called the fire test, firing point or

burning point of the oil.

Tempering in a Lead Bath. -- The lead bath is commonly used for heating steel

preparatory to tempering, as well as for hardening. The bath is first heated to

the temperature at which the steel should be tempered; the pre-heated work is

then placed in the bath long enough to acquire this temperature, after which it is

removed and cooled. As the melting temperature of pure lead is 618 degrees

F., tin is commonly added to it to lower the temperature sufficiently for

tempering. Reductions in temperature can be obtained by varying the

proportions of lead and tin, as shown by the table, "Temperatures of Lead Bath

Alloys".

Temperatures of Lead Bath Alloys

Parts Lead

Parts Tin

Melting Temp., Deg. F.

Parts Lead

Parts Tin


Parts Lead

Parts Tin


200 8 560 39 8 510 19 8 460 100 8 550 33 8 500 17 8 450 75 8 540 28 8 490 16 8 440 60 8 530 24 8 480 15 8 430 48 8 520 21 8 470 14 8 420

To Prevent Lead from Sticking to Steel. -- To prevent hot lead from sticking to

parts heated in it, mix common whiting with wood alcohol, and paint the part

that is to be heated. Water can be used instead of alcohol, but in that case the

paint must be thoroughly dry, as otherwise the moisture will cause the lead to

"fly". Another method is to make a thick paste according to the following

formula: Pulverized charred leather, 1 pound; fine wheat flour, 1-1/2 pound; fine

table salt, 2 pounds. Coat the tool with this paste and heat slowly until dry, then

proceed to harden. Still another method is to heat the work to a blue color, or

about 600 degrees F., and then dip it in a strong solution of salt water, prior to

heating in the lead bath. The lead is sometimes removed from parts having fine

projections or teeth, by using a stiff brush just before immersing in the cooling

bath. This is necessary to prevent the formation of soft spots.

Pots for Lead Baths. -- Melting pots for molten lead baths, etc., should,

preferably, be made from seamless drawn steel rather than from cast iron.

Experience has shown that the seamless pots will sometimes withstand six

months' continuous service, whereas cast iron pots will last, on average, only a

few days, under like conditions. Cast steel melting pots, if properly made, are as

durable as those made of seamless drawn steel.

(Fig. 9) Arrangement used for Sand tempering.

Tempering in Sand. -- The sand bath is used for tempering certain classes of

work. One method is to deposit the sand on an iron plate which is heated by

suitable means as indicated in the accompanying illustration, Fig. 9. With this

method of tempering, tools such as boiler punches, etc., can be given a varying

temper by placing them endwise in the sand. As the temperature of the sand

bath is higher toward the bottom, a tool can be so placed that the color of the

lower end will be a deep dark blue when the middle portion is a very dark straw,

and the working end or top a light straw color, the hardness gradually increasing

from the bottom up. Tools to be heated by this method must be polished, as the

temper is judged by the color. for tempering parts in quantity, sand tempering

machines have been developed. One well-known design has a horizontal

revolving cylinder containing rows of perforated pockets which become filled

with sand in steady streams upon the work. The drum revolves at different rates

of speed for different classes or work, usually making from 3 to 10 revolutions

per minute. The heat is supplied by a gas burner. The machine is equipped with

a thermometer, which does not indicate the actual temperature of the sand, but

a somewhat lower temperature than would be required for the same tempering

color, under other conditions. The thermometer reading, therefore, is relative

and not a precise indication of the tempering temperature.

(Fig. 10) Tempering by utilizing a Heated Inclined Plate on which the Objects

roll down to the Cooling Bath.

A plate arranged as shown in Fig. 10 will be found very convenient when

drawing small, round pieces. The pieces are rolled on the inclined plate which is

heated as indicated. The length of time the work is in contact with the plate can

be regulated by adjusting the amount of the incline, as well as the location of

the "stop". This arrangement can also be used for such work as punches, etc.,

in which case the plate, of course, should stand level and not in an inclined

position.

Tempering Temperatures for Various Tools Degrees F. Class of Tool 495 to 500 Taps 1/2 inch or over, for use on automatic screw machines

490 to 495 Taps 1/2 inch or over, for use on screw machines where they passthrough the work

495 to 500 Nut taps 1/2 inch and under 515 to 520 Taps 1/4 inch and under, for use on automatic screw machines 525 to 530 Thread dies to cut thread close to shoulder 500 to 510 Thread dies for general work 495 Thread dies for tool steel or steel tube 440 to 445 Circular thread chaser for use on lathes 525 to 540 Dies for bolt threader threading to shoulder 460 to 470 Thread rolling dies

430 to 435 Hollow mills (solid type) for roughing on automatic screw machinework

450 to 455 Hollow mills (solid type) for use on the drill press 485 Knurls 450 Twist drills for hard service 450 Centering tools for automatic screw machine 430 Forming tools for automatic screw machine 430 to 435 Cut-off tools for automatic screw machine 440 to 450 Profile cutters for milling machine 430 Formed milling cutters 435 to 440 Milling cutters 430 to 440 Reamers 460 Counterbores and countersinks 440 to 450 Fly-cutters for use on the drill press 480 Cutters for tube or pipe-cutting machine 430 to 440 Dies for heading bicycle spokes 430 Punches for heading bicycle spokes 430 Backer blocks for spoke drawing dies 400 Drawing dies for bicycle spokes 800 Leaf or carriage springs 460 and 520

Snaps for pneumatic hammers -- harden full length, temper to 460 degrees, then bring point to 520 degrees.

Tempering Furnaces. -- In tempering furnaces the only really important

consideration is to insure that the furnace is so built as to heat the bath

uniformly throughout. It is doubtful if there can be found a tempering furnace on

the market that will fill this requirement entirely, although many give good

results in general. It is never safe, however, to let any tools being tempered rest

against the bottom or sides of the tank, as no matter how scientifically the

furnace may be built these parts are, in most cases, hotter than the fluid itself. It

is, of course, just as important not to let the thermometer rest against any of

these parts in order to insure correct readings. After the pieces tempered are

taken out of the oil bath, they should immediately be dipped in a tank of caustic

soda (not registering over 8 or 9), and after that in a tank of hot water. This will

remove all oil which might adhere to the tools.

Fig. 7 shows an ordinary type of tempering furnace. In this the flame does not

strike the walls of the tank directly. The tools to be tempered are laid in a basket

which is immersed in the oil. In Fig. 8 is shown a tempering furnace in which

means are provided for preventing the tools to be tempered from coming in

contact with the walls or bottom of the furnace proper. The basket holding the

tools is immersed in the inner perforated oil tank. The same arrangement can,

of course, be applied to the furnace shown in Fig. 7.

In tempering, the best method is to immerse the pieces to be tempered in the oil

before starting to heat the latter. They are then heated with the oil.

Tempering High-Speed Steel. -- Heavy high-speed tools having well-supported

cutting edges (such as large planing or turning tools) are often used after

hardening and grinding, without tempering. Tools that are comparatively weak

should be toughened by tempering to suit the particular service required. The

steel is generally heated in a bath of lead, oil, or salts. The tempering

temperatures recommended by high-speed steel manufacturers usually vary

from 400 degrees to 1000 degrees F., so that definite information should be

obtained from the maker of the particular steel to be used. One well-known

manufacturer recommends re-heating hardened lathe tools to 1000 degrees F.,

and tools such as milling cutters, taps, dies, etc., to 500 degrees or 650 degrees

F. According to another manufacturer, it is desirable to temper most high-speed

steel tools in order to make them more resistant to shocks, the drawing

temperatures varying from 600 degrees to 1100 degrees F. Still another steel

maker advises tempering lathe and similar tools to 950 degrees F. Lower

temperatures varying from 400 degrees to 500 degrees F. are sometimes

recommended for tools such as cutters, dies, reamers, etc.

http://www.zianet.com/ebear/metal/heattreat4.html

“1040 to 1050 steel Water quench from 1525 to 1550 F. Hardens to approx. RC

58. Very easy to get cracks with water quenching. Draw at 350 F. for spring

temper, best for daggers, etc. Shallow hardening and can be done with

beautiful, Japanese style temper lines.

1050 to 1095 steel Brine quench from 1475 to 1500 F. hardens to RC 60 to 65.

Draw immediately. Oil quench at the same temperatures for slightly lower

hardness. Shallow hardening and can be done in the Japanese style with a

decorative temper line.

4150, 5150, 6150 steel Oil quench from 1525 to 1600 F.

5160 steel Oil quench from 1525 to 1600 F.

52100 steel Oil quench from 1525 to 1600 F. Harden, cool and let the blade

settle for a day (24 hours). Re-harden twice more at the same interval. Cutting

edge toughness is fantastic. Draw at about 350 F, three times, and the spine

may be torch drawn to spring temper. Ed Fowler gets incredible cutting and

flexibility with this method.

O-1, O-2, O-6, O-7 steel Preheat slowly to 1200 F. Oil quench from 1450 to

1500 F. Draw at about 350 F. O-6 reaches RC 65.

W-1, W-2, W-3 steel Preheat slowly to 1050 F. Water (brine) quench from 1400

to 1500 F. Draw immediately. May also be oil hardened if cross sections are

radical, or simply for less chance of cracking. Shallow hardening and will work

with Japanese temper lines.

L-6, L-7 steel Quench from 1450 to 1550 F in water or brine. Doesn't really

need to be drawn. L-7 will give slightly more hardness.

D-2, D-7 steel Preheat at 1500 F. Harden from 1850 to 1875 F. Draw

immediately.

A-2 steel Preheat at 1450. Air harden from 1700 to 1800 F. Draw at 350 F.

S-1, S-2, S-5, S-7 steel Preheat at 1200 to 1300 F. Harden from 1650 to 1750 F

for S-1, 1550 to 1650 F for S-2, 1600 to 1700 F for S-5 and 1700 to 1750 F for

S-7. Draw at 350 to 400 F.

M-2 steel Preheat at 1400. Oil or air quench from 2175 to 2250 F. Draw at 1000

F.

440-C steel Air harden from 1850 to 1950 F. Draw at 325 F. Freezing to dry ice

temperature for several hours before the draw will enhance toughness and

hardness remarkably. Don't bother with 440-A or 440-B.

154 CM, ATS 34 steel Air harden from 1975 F. Straighten before they cool

below 250. Freeze at -220 F for 6 to 8 hours. Double draw at 950 F, two hours

each cycle. (Paul Bos method) Gives RC 59 - 60 and marvelous durability.

Damascus Harden to specifications of the highest carbon content component.

Damascus may be treated a bit rougher than homogenous alloys. San-mai

Damascus sometimes has severe shrinking problems which will pull apart the

center layer.

Water hardening is a mis-used

term. In virtually all cases where a

steel is referred to as water

hardening, they're actually talking

about quenching in brine, heated

to a temperature of 170 degrees,

(F) or above. Brine is made by

dissolving non-iodized salt in

water until a egg will float in it. Jim

Hrisoulas uses bluing salts to make his brine. The whole idea is to raise the

boiling temperature of the liquid and make it transfer heat better. Brine will eat

right through an ordinary steel barrel in a very short time. Jim Ferguson just

mixes in borax and detergent to reduce the surface tension.

Drawing is normally done for 30 minutes when one has the equipment to

properly maintain the temperature. Flash drawing, that is, heating to show a

certain oxide color on the metal surface and then letting it cool, is fine for

softening a spine, but not best for the cutting edge.

Any steel which has a low draw temperature may be drawn to a softer temper

along the spine to give it better shock resistance. If this is done, the blade will

almost always curve a bit towards the softer part of the blade. This works better

on shallow hardening steel than on others but can be done on 5160, 52100, A-

2, 440-C and others.”

http://www.engnath.com/public/harden.htm

TEMPLABILIDAD

Susceptibilidade de endurecimento por um rápido resfriamento.

Capacidade de um aço transformar-se total ou parcialmente de austenita

para martensita. Relacionar então o tamanho de grão e elementos de liga com

a temperabilidade.

Quando se avalia a temperabilidade de um aço, investiga-se a

possibilidade do aço eliminar as reações que são dependentes de difusão

como a reação perlítica (eutetóide) e bainítica.

Dureza → formação de martensita → é dependente do diâmetro que afeta

a velocidade de resfriamento.

Elementos de liga → efeito → deseja-se ter dureza para componentes de

grandes seções. Assim, estes elementos aumentam o tempo para a

decomposição da austenita.

Na temperabilidade, deve-se também observar-se a variação de dureza

ao longo da peça, bem como ao longo de seções idênticas fabricadas com

aços de diferentes composições.

Fatores que afetam a distribuição de dureza:

Experimento → Várias barras de diâmetros diferentes são austenitizados

e resfriados rapidamente, fazendo-se medições de dureza ao longo do

diâmetro das barras (ver Figuras 1 e 2).

Aços 1045 e 6140 (0,6-0,95%Cr, 0,1-0,15%V, 0,4%C).

Figura 1 - Perfis de dureza em barras de aço SAE 1045 e 6140 temperadas

em água.

Figura 2 - Perfis de dureza em barras de aço SAE 1045 e 6140 temperadas

em óleo.

Lembrar que a adição dos elementos de liga retardam a difusão e,

portanto, as reações que dependem desta. Assim, a temperabilidade do

material é maior (menor variação de dureza), ou seja, mais tempo para o

material se transformar em martensita. Lembrar também do efeito do meio de

resfriamento, o qual afeta a velocidade de resfriamento.

Conclusão: Quedas menos acentuadas de dureza, ao longo da seção da

barra, para o aço 6140, devido ao efeito dos elementos de lega. Este efeito é

importante quando deseja-se manter uma dureza alta-média para barras de

grande diâmetro.

Tratamentos Térmicos: (ver Metals Handbook, vol.4, Heat treating).

FACTORES QUE AFECTAN EL TEMPLE

“Deve-se observar uma série de fatores. Um erro de avaliação produz

uma microestrutura diferente com propriedades não desejadas.

1. Temperatura:

Específica para o tratamento térmico que se deseja. Não deve ser

excessivamente alta para não promover o crescimento de grão (queda da

tenacidade).

2. Tempo:

As reações levam um tempo para ocorrerem. Deve haver a completa

homogeneização da estrutura (austenitização). Não deve ser excessivamente

longo para não ocorrer o crescimento de grão.

3. Velocidade de resfriamento:

Erro na escolha pode produzir microestruturas diferentes que levam a

diferentes propriedades mecânicas. É o mais importante!

Dois pontos → Microestruturas diferentes (martensita)

Trincas e empenamento

4. Proteção das peças:

Acima de 600oC: C(aço) + O2 → CO2 Descarbonetação

Camadas descarbonetadas → menor teor de C

Depende: T e t

Menor conteúdo de C → Menor dureza obtida por têmpera.

Proteção → atmosfera neutra (argônio).”

AULA 8

ALGUNOS DEFECTOS OCURRIDOS DURANTE EL TEMPLE

FISURAS POR TEMPLE

“Trincas de têmpera nos aços, geralmente, resultam das tensões

produzidas pelo acréscimo de volume que acompanha a transformação

austenita/martensita. Quando um aço é temperado, a martensita forma-se

inicialmente na superfície e, à medida que o resfriamento prossegue, a

austenita interna se transforma, aumentando de volume e tracionando a

superfície do material. A martensita resultante é dura e frágil (martensita não

revenida); o que torna a peça suscetível ao trincamento por causa das tensões

localizadas. Esta suscetibilidade ao, trincamento é aumentada pela presença

de fontes de tensões tais como filetes agudos, marcas de ferramentas e outros

entalhes, além de inclusões ou vazios; outros fatores que afetam o trincamento

pela têmpera são a temperabilidade do aço, a taxa de resfriamento e o tempo

de espera entre a têmpera e o revenido. “

AÇOS


Informática para Ciência, Ensino e Pesquisa


“Depois da tempera com a formação da martensita, o material apresenta níveis

de tensões internas muito alto, devido ao resfriamento drástico e pela brusca

mudança de fases, então imediatamente após a têmpera, é preciso que essas

tensões sejam aliviadas ou eliminadas, para devolver ao aço o equilíbrio

necessário.”

TRATAMIENTO TERMICO

MARCOS SCHROEDER

“Martensite is about 4% less dense than Austenite, thus during the A to M

transformation steel expands. 4% is a huge amount of stress. This is why we're

taking plenty of time with the Martensite transformation. Martensite is hard and

strong and a cooling path which avoids Ferrite, converts most of the Austenite

to Martensite. By and large, a successful cooling path is measured by the

resultant hardness. Taking 15 minutes from 450F to 130F gives plenty of time

for the Martensite transformation to take place in a smooth and trouble-free

manner.”

http://www.navaching.com/forge/heattreat.html

“La torcedura que es un problema de forma y no solamente de volumen, ocurre

en tratamientos térmicos porque generalmente se olvida que debido a las

temperaturas de proceso baja la resistencia mecánica de la pieza y no se realiza

un arreglo adecuado de las piezas en el horno o en la cesta.”

AÇOS


Informática para Ciência, Ensino e Pesquisa.


CARTAS DE COLORES PARA TEMPLE

“Hardened steel can be tempered or made softer and less brittle by re-

heating it to a certain temperature (depending on the nature of the steel and its

intended use), and then cooling. When steel is tempered by the color method,

the temper is gaged by the colors formed on the surface as the heat increases.

First the surface is brightened to reveal the color changes, and then the steel is

heated either by placing it upon a piece of red-hot metal, a gas-heated plate or

in any other available way. As the temper increases, various colors appear on

the brightened surface. First there is a faint yellow which blends into straw, then

light brown, dark brown, purple, blue and dark blue, with various intermediate

shades. The temperatures corresponding to the different colors and shades are

given in the table on temperatures and colors for tempering. Turning and

planing tools, chisels, etc., are commonly tempered by first heating the cutting

end to a cherry-red, and then quenching the part to be hardened. When the tool

is removed from the bath, the heat remaining in the unquenched part raises the

temperature of the cooled cutting end until the desired color (which will show on

a brightened surface) is obtained, after which the entire tool is quenched. The

foregoing methods are convenient, especially when only a few tools are to be

treated, but the color method of gaging temperatures is not dependable, as the

color is affected, to some extent, by the composition of the metal. The modern

method of tempering, especially in quantity, is to heat the hardened parts to the

required temperature in a bath of molten lead, heated oil, or other liquids; the

parts are then removed from the bath and quenched. The bath method makes it

possible to heat the work uniformly, and to a given temperature with close

limits.”

High Temperatures judged by Color, and Colors for Tempering Degrees Centi- grade

Degrees Fahren- heit

High Temperatures judged by Color

Degrees Centi- grade

Degrees Fahren- heit

Colors for Tempering

400 752 Red heat, visiblein the dark 221.1 430 Very pale

yellow

474 885 Red heat, visiblein the twilight 226.7 440 Light yellow

525 975 Red heat, visiblein the daylight 232.2 450 Pale straw-

yellow

581 1077 Red heat, visiblein the sunlight 237.8 460 Straw-yellow

700 1292 Dark red 243.3 470 Deep straw-yellow

800 1472 Dull cherry-red 248.9 480 Dark yellow

900 1652 Cherry-red 254.4 490 Yellow-brown

1000 1832 Bright cherry-red 260.0 500 Brown-yellow

1100 2012 Orange-red 265.6 510 Spotted red-brown

1200 2192 Orange-yellow 271.1 520 Brown-purple

1300 2372 Yellow-white 276.7 530 Light purple

1400 2552 White weldingheat 282.2 540 Full purple

1500 2732 Brilliant white 287.8 550 Dark purple

1600 2912 Dazzling white(bluish-white) 293.3 560 Full blue

298.9 570 Dark blue http://www.zianet.com/ebear/metal/heattreat4.html

http://www.navaching.com/forge/heattreat.html

TEMPLE DE ACEROS PARA HERRAMIENTA

Tabla de temperaturas para templar acero endurecido

Color Grados F Grados C Tipos de aceros Paja claro 430 220 Herramientas como brocas,

machuelos Paja mediano

460 240 Punzones dados y fresas

Paja obscuro

490 255 Cizallas y martillos

Morado 520 270 Árboles y cinceles para madera Azul obscuro

570 300 Cuchillos y cinceles para acero

Azul claro 600 320 Destornilladores y resortes

http://www.aprendizaje.com.mx/Curso/Proceso1/Temario1_VI.html#dos

BASIC GROUPS OF TOOL STEELS

AISI TYPE DESCRIPTION

WATER HARDEN ING

CARBON

Wl

All of the water-hardening grades can be furnished with 1.00/1.10 pet carbon for general tool die applications; with .70/.90 pet carbon for shock applications; with .90/1.00 pet carbon for cold-heading applications; or with 1.10/1.30 pet carbon for maximum abrasion resistance.

01 A versatile safe-hardening

steel for general purpose tools and dies. Has good edge holding ability at high hardness levels.

OIL HARDEN ING

06 This grade has the highest machinability rating of any tool steel. It is good for general purpose applications particularly those requiring resistance to sliding wear rather than maintaining a cutting edge.

A2 An extremely safe-hardening

steel with low distortion and high abrasion resistance.

A6 A low-alloy air-hardening steel. The low austenitizing temperature offers safe, economical heat treatment.

COLD WORK

AIR HARDEN ING

D2 A high-carbon, high-chromium grade for maximum service and minimum dimensional change in heat treatment.

SHOCK RESISTING

S7 A general purpose cold work grade with high shock resistance and strength. Air-hardening reduces quenching hazards, and offers good resistance to distortion during heat treatment. Also used for injection and compression molding of plastics.

HOT WORK H13 Chrome-moly-high vanadium.

For die-casting dies and extrusion tooling.

M2 This is the most widely used

type of high speed steel.

HIGH SPEED

Tl A tungsten-base, high speed steel. T-1 can be used where modern heat treatment equipment is not available. It is often used for roughing cuts.

420 A machined-cavity mold steel

for injection or compression operations subject to corrosive media.

PLASTIC MOLD P20 A prehardened (Brinell 300) medium alloy machined-cavity mold steel. Expressly for deep cavities in large cross sections.

4101 West Marginal Way SW #B9 * SEATTLE * WA * 98106 - 1270(206) 382 - 0305 PHONE * TOLL FREE (800) 785 - 9778 *(206) 382 -9204 FAX

http://www.metalshorts.com/tsa.htm

What is a Jominy End Quench Test? Introduction

The Jominy end quench test is used to measure the hardenability of a steel. This tutorial considers the basic idea of the Jominy test and the data which can be obtained from it to understand effects of alloying and microstructure.

Hardenability

The hardenability is the ability of a steel to partially or to completely transform from austenite to some fraction of martensite at a given depth below the surface, when cooled under a given condition. For example, a steel of a high hardenability can transform to a high fraction of martensite to depths of several millimetres under relatively slow cooling, such as an oil quench, whereas a steel of low hardenability may only form a high fraction of martensite to a depth of less than a millimetre, even under rapid cooling such as a water quench. The hardenability therefore describes the capacity of the steel to harden in depth under a given set of conditions.

Steels with high hardenability are needed for large high strength components, such as large extruder screws for injection moulding of polymers, pistons for rock breakers, mine shaft supports, aircraft undercarriages, and also for small high precision components such as die-casting moulds, drills and presses for stamping coins.

Steels with low hardenability may be used for smaller components, such as chisels and shears, or for surface hardened components such as gears.

Hardenability can be measured using the Jominy End Quench test.

The Jominy End Quench Test

The test sample is a cylinder with a length of 102 mm (4 inches) and a diameter of 25.4 mm (1 inch). The steel sample is normalised (to eliminate differences in microstructure due to previous forging) and then austenitised. This is usually at a

temperature of 800 to 900�C. The test sample is quickly transferred to the test fixture which sprays a controlled flow of water onto one end of the sample. The cooling rate varies along the length of the sample from very rapid at the quenched end, to rates equivalent to air cooling at the other end.

The test is demonstrated in a video tutorial.

The round specimen is then ground flat along its length to a depth of 0.38 mm (15 thousandths of an inch) to remove decarburised material. The hardness is measured at intervals from the quenched end. The interval is typically 1.5 mm for alloy steels and 0.75 mm for carbon steels.

High hardness occurs where high volume fractions of martensite develop. Lower hardness indicates transformation to bainite or ferrite/pearlite microstructures.

Martensite Ferrite/Pearlite

Jominy End Quench hardness data for two steels of different hardenability can be seen in another part of this tutorial, with images of the microstructure variation along the length of the sample.

Similar tests have been developed in other countries, such as the SAC test, which uses a sample quenched from all sides by immersion in water. This is commonly used in the USA.

Uses of Jominy data

The Jominy end quench test (and similar tests) can be used to measure hardenability, and to study the effects of alloying and processing on the hardenability.

Measurement of Hardenability.

Data from the Jominy end quench test can be used to determine whether a particlar steel can be sufficiently hardened in different quenching media, for different section diameters.

For example, the cooling rate at a distance of 9.8 mm from the quenched end is equivalent to the cooling rate at the centre of an oil-quenched bar with a diameter of 28 mm. Full transformation to martensite in the Jominy specimen at this position indicates that a 28 mm diameter bar can be through hardened, i.e. hardened through its full thickness.

A high hardenability is required for through hardening of large components. This data can be presented using CCT diagrams (Continuous Cooling Transformation) which are used to select steels to suit the component size and quenching media. Slow quenching speeds are often chosen to reduce distortion and residual stress in components.

Slower cooling rates occur at the core of larger components, compared to the faster cooling rate at the surface. In the example here, the surface will be transformed to martensite, but the

CCT chart for an alloy steel.These charts can be obtained by analysis of Jominy End Quench tests.

core will have a bainitic structure with some martensite.

Effects of Alloying and Microstructure.

The Jominy end quench test can also be used to demonstrate the effects of microstructure and alloying variables on the hardenability of steels. These include alloying elements and grain size.

Alloying Elements.

The main alloying elements which affect hardenability are carbon, boron and a group of elements including Cr, Mn, Mo, Si and Ni.

Carbon Carbon controls the hardness of the martensite. Increasing the carbon content increases the hardness of steels up to about 0.6wt%. At higher carbon levels, the formation of martensite is depressed to lower temperatures and the transformation from austenite to martensite may be incomplete, leading to retained austenite. This composite microstructure of martensite and austenite gives a lower hardness to the steel, although the microhardness of the martensite phase itself is still high.

Carbon also increases the hardenability of steels by retarding the formation of pearlite and ferrite. However, the effect is too small be be commonly used for control of hardenability. High carbon steels are prone to distortion and cracking during heat treatment, and can be difficult to machine in the annealed condition before heat treatment. It is more common to control hardenability with other elements, and to use carbon levels of less than 0.4wt%.

Effect of carbon content (wt%) on hardness.

Boron

Boron is a very potent alloying element, typically requiring 0.002 to 0.003wt% to have an equivalent effect as 0.5wt% Mo. The effect of Boron is also independent of the amount of Boron, provided sufficient is added, and the effect

of Boron is greatest at lower carbon contents. It is typically used with lower carbon steels.

Boron has a very strong affinity for oxygen and nitrogen, with which it forms compounds. Boron can therefore only affect the hardenability of steels if it is in solution. This requires the addition of "gettering" elements such as Aluminium and Titanium to react preferentially with the oxygen and nitrogen in the steel.

Chromium, Molybdenum, Manganese, Silicon, Nickel, Vanadium

The elements Cr, Mo, Mn, Si, Ni and V all retard the phase transformation from austenite to ferrite and pearlite. The most commonly used elements are Cr, Mo and Mn.

The retardation is due to the need for redistribution of the alloying elements during the diffusional phase transfromation from austenite to ferrite and pearlite. The solubility of the elements varies between the different phases, and the interface between the growing phase cannot move without diffusion of the slowly moving elements. There are quite complex interactions between the different elements, which also affect the temperatures of the phase transformation and the resultant microstructure. Steel compositions are sometimes described in terms of a carbon equivalent which describes the magnitude of the effect of all of the elements on hardenability.

Grain Size Increasing the austenite grain size increases the hardenability of steels. The nucleation of ferrite and pearlite occurs at heterogeneous nucleation sites such as the austenite grain boundaries. Increasing the austenite grain size therefore decreases the available nucleation sites, which retards the rate of the phase transformation. This method of increasing the hardenability is rarely used since substantial increases in hardenability require large austenite grain size, obtained through high austenitisation temperatures. The resultant microstructure is quite coarse, with reduced toughness and ductility.

The austenite grain size can be affected by other stages in the processing of steel, and therefore the hardenability of a steel also depends on the previous stages employed in its production.

Effect of Austenite Grain Size on Hardenability in the Jominy End Quench Test.

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The Materials Science Internet Microscope � Dr. James Marrow Manchester Materials Science Centre, UMIST and University of Manchester.

.INSTRUMENTOS DE PRECISION METROLOGIA - METALOGRAFIA - ENSAYOS

Máquina Jominy Máquina para la prueba de la templabilidad.

Esta prueba, según Jominy, consiste en calentar una probeta cilíndrica de dimensiones establecidas, durante un tiempo, a la temperatura de temple del acero. Luego la probeta se enfría desde uno de sus extremos con un chorro de agua y en condiciones controladas. Más tarde, se realizan sobre dicha probeta dos superficies planas a lo largo de dos generatrices opuestas. La variación de la dureza a lo largo de estas generatrices partiendo de la extremidad refrigerada, es lo que caracteriza la templabilidad del acero.

El equipo consiste en un horno de mufla con su regulador de temperatura, y en su base un

.

dispositivo para la refrigeración de la probeta calentada.(según EURONORM 23-71).

Mesa Jominy

Consiste en una mesa para durómetro, con movimiento de traslación controlado por un nonius, y diseñada para albergar la probeta del ensayo Jominy.

Es utilizable en cualquier tipo de durómetro.

.

TEORIA DEL REVENIDO Es un tratamiento habitual a las piezas que han sido previamente templadas. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento. Normalmente, a continuación del temple se efectúa un tratamiento, denominado revenido. Si un acero se templa correctamente, alcanza su máxima dureza, que depende en primer lugar de su contenido en carbono, pero el acero en este estado es muy frágil y en consecuencia debe ser revenido a una temperatura entre 150 ºC y el punto de transformación del mismo. Los revenidos efectuados entre 150-220 ºC influyen poco en la dureza pero mejoran la resistencia, eliminando una parte de las tensiones producidas durante el enfriamiento. Esta clase de revenido se utiliza sobre todo en aceros para herramientas que requieren una gran dureza, en otros casos se efectúan los revenidos entre los 450-600 ºC. En estos casos el acero templado pierde parte de la dureza conseguida pero se aumenta la resistencia y la elasticidad. Variando la temperatura y la duración del revenido se influye sobre el resultado final en lo referente a dureza y resistencia del acero. Una prolongación del tiempo de mantenimiento a temperatura, visto desde el punto de la dureza, significa lo mismo que un aumento de la

temperatura, pero no en absoluto en lo referente a la estructura, por lo tanto, la temperatura y duración del tratamiento depende de los resultados finales exigidos, (dureza, resistencia En casos determinados se precisan dos revenidos consecutivos, ya que en el temple puede no transformarse la austenita en su totalidad, a veces tres revenidos. Permaneciendo en la estructura parte de la misma no transformada (austenita residual). Esta austenita puede transformarse en el curso de un revenido, ya sea en el calentamiento a temperatura o en periodo de mantenimiento de ésta, o bien en el enfriamiento después del revenido, lográndose martensita o bainita. Un segundo revenido puede ser necesario para eliminar la fragilidad debida a las tensiones producidas por la transformación en las distintas fases. Los aceros que poseen una asutenita residual muy estable, como algunos aceros rápidos, requieren. El revenido nace como tratamiento secuencial y adicional del temple, que facilita la desaparición de las tensiones, descompone parte de la martensita, y disminuye la distorsión de la red de ferrita en tanto mayor grado en cuanto mayor sea la temperatura y el tiempo de revenido. Generalmente, más intenso es el revenido, más aumenta la tenacidad pero disminuye la resistencia mecánica y la dureza. Temperatura del revenido. La mejor temperatura para revenir el acero esta por encima de su punto de transformación. Sin necesidad de termómetro puede determinarse esta temperatura del modo siguiente: se introducen las piezas del acero una por una y a intervalos iguales en una mufla calentada a una temperatura un poco superior al punto de transformación del acero. Si al cabo de un cierto tiempo se sacan las piezas en orden inverso al de la entrada, es decir, empezando por la ultima, y se ve que cada vez van siendo mas brillantes y de color mas fino, es señal de que están en el punto de transformación. Cuando se pasa este punto las piezas adquieren rápidamente un brillo superior y deben enfriarse inmediatamente. Colores de revenido. También sirven muy bien para apreciar la temperatura los colores que adquieren las piezas, siendo los convenientes los que indican a la tabla de la pagina 1163. A veces resulta muy difícil calentar una pieza de acero uniformemente, por lo cual se emplean mezclas metálicas fundidas, hechas principalmente de estaño y plomo: el acero se tiene en estas mezclas asta tome la temperatura del baño. En la tabla se ven los puntos de fusión de las diferentes mezclas, adaptadas cada una a un articulo especial de acero. Revenido del acero por colado. Se disuelve un poco de amoniaco en agua, se calienta el acero al rojo, y se tiene en el liquido durante unos o dos minutos, después de lo cual se saca para que no se enfrié del todo pues de se así, queda demasiado duro.

Revenido de brocas. a) Calentado una broca la rojo oscura y sumergiéndola en una solución concentrada de cloruro de zinc, puede taladrar el vidrio. b) Se calienta la broca y se cubre con cianuro potasico, debiendo estar aquella lo bastante caliente para que se funda el cianuro. Se calienta otra vez al rojo cereza oscuro y se enfría en una salmuera muy concentrada hecha con agua caliente. No debe calentarse asta que la temperatura de temple. La broca queda blanca, pero dura y tenaz. c) Se calienta la broca al rojo cereza en fuego de carbón, y después se sumerge en agua fría a la que se habrá agregado un puñado de sal. Se debe calentar la broca asta en color paja pálido. Revenido de cinceles. a) Se calienta el cincel a temperatura relativamente baja, para evitar que se formen cascarilla, y se sumerge a continuación en una salmuera compuesta de 10 partes de sal por 10 de agua. El temple que da la mayor dureza queda acusado por el color tórtola de acero. b) Se calienta la herramienta al rojo cereza y se enfría en el liquido siguiente: agua 6 litros, amoniaco 45 gr, vitriolo blanco 45 gr, sal amoniaco 45 gr, espíritu de nitro 45 gr, alumbre15 gr, sal 90 gr, y un puñado de raspaduras de casco de caballo. Este líquido debe conservarse en un frasco muy bien tapado. Revenido de calibradores de roscas. Se calientan en plomo derretido, se enfrían en agua fría o en salmuera, y se bruñen, reviniéndolos en baño de arena hasta color paja. Si el acero es homogéneo, no cambian nada en tamaño en tamaño ni se deforman. Revenido de hojas de cuchillo. Se calientan bien por igual y se sumergen de punta en un baño de aceite de linaza crudo. En revenido debe darse sobre una plancha caliente, pudiéndose calentar las hojas y endurecerse entre dos trozos de hierro. Revenido de terrajas. Se filtra la terraja y se calienta con unas tenazas o mordazas al rojo sangre, en un fuego de carbón o en un mechero de Buncen, dándole vueltas para que no se caliente una parte antes que otra. Se echa un puñado de sal en una cubeta llena de agua fría y limpia, que se agita para que se forme en un centro un remolino en forma de embudo, en el que se introduce la terraja verticalmente, para que

se enfrié. Tanto el dar vueltas a la terraja mientras se calienta como el movimiento del agua mientras se enfría evitan la distorsión de la herramienta. El revenido debe hacerse a un color amarillo paja, del modo siguiente: se calienta un trozo de tubo de hierro a unos 7 a 8 cm de diámetro, al rojo oscuro, en unos 10 cm de longitud, se coloca la terraja, valiéndose de las tenazas, en centro del tubo, moviendo aquella asta que aparezca el color amarillo en su superficie. Después se hecha la terraja en agua, con lo cual queda perfectamente dura. Revenido de muelles y resortes. a) Cada clase de muelle en espiral requiere un tratamiento particular: en general, los muelles que tienden a perder su forma en la fragua ordinaria, se calienta en una mufla o estufa, y se templan en agua o aceite. El revenido debe hacerse en aceite de linaza hirviendo. Los muelles duro como los de automóviles y cohetes, deben calentarse en fragua cubierta, y también en grasa de cerdo fundida, revolviéndose quemando esta ultima. b) Se calienta el muelle al rojo, mas bien oscuro, y se introduce en agua templada. Se pone después en un caso con bastante sebo para cubrirlo: se calienta hasta que este arda con llama alargada, y solo queda quitar el caso del fuego y dejarlo enfriar. c) Muelles de armas de fuego. Se calienta el muelle al rojo cereza y se sumerge en aceite de linaza. Para dar el revenido preciso se pone el muelle sobre el fuego y se deja que arda el aceite, se retira entonces del fuego, se llena otra vez de aceite y se vuelve a quemar; tres veces se repite esta operación probando la dureza con frecuencia con una lima. también se pueden prevenir los muelles de armas de fuego del modo siguiente: se calientan al rojo oscuro en fuego de carbón y se introducen en agua fresca, donde se tienen hasta que tomen la temperatura de la misma. Se coloca entonces al fuego una cacerola de hierro conteniendo manteca de cerdo, y sebo en cantidades iguales, y se introducen en ella los muelles, calentándola hasta que empiece a arder su contenido; se suspenden los muelles en las llamas, dándoles vueltas y sumergiéndolos de cuando en cuando en la cacerola; cuando la grasa que se adhiere al muelle arde bien al retirar aquellos de las llamas, se ponen ya en sitio aparte para que se enfrié. Líquidos para el revenido. a) Salitre 30 gr, alumbre en polvo 2 cucharadas, sal una taza, agua dulce 8 litros; no debe calentarse el acero mas del rojo cereza, ni templarse después. b) Agua 30 litros, salitre 150 gr, sal amoniaco 150 gr, alumbre 150 gr, después de sumergirlo en el liquido se calienta el objeto.

c) Agua 8 litros, salitre 60 gr, alumbre 60 gr, sal amoniaco en polvo 30 gr, sal común 750 gr. se calienta el acero al rojo cereza y se echa en este baño. d) Agua 8 litros, salitre 15 gr, bórax en polvo 15 gr, vitriolo 30 gr, sal ¾ de litro. e) Se echan 15 gr de sublimado corrosivo en 3 litros de agua y se agrega un puñado de sal común. Este liquido es un veneno muy activo. f) Alumbre30 gr, salitre 30 gr, sal amoniaco 30 gr, sal común 375gr, agua 6 litros. No hay que calentar después. g) Salitre 30 gr, bórax 30 gr, sal común 360 gr, agua 6 litros. también los ácidos aumentan el efecto que produce el agua en el revenido, tanto o mas que la sal común; se agregan estos en proporción del 2 por 100 y con frecuencia combinados con sales. Los ácidos orgánicos (acético, cítrico, etc.) son menos activos que los minerales (clorhídrico, nítrico, sulfúrico, etc.) El agua acidulada se emplea para revenir herramientas muy duras, como las que se sirven para cortar o trabajar objetos extraordinariamente duros, o cuando hay que dar una capa muy dura o una clase de acero incapaz de endurecerse hasta el extremo que se necesita. El alcohol hace bajar el punto de ebullición del agua, dando lugar a una evaporación tan enérgica al ponerse esta en contacto con el metal al rojo, que el revenido se retrasa bastante, en razón directa de la cantidad de alcohol agregada al agua. El agua con mucho alcohol no sirve para templar ni revenir. El jabón y el agua jabonosa no sirven para revenir el acero, por lo cual se emplea para enfriarlo rápidamente cuando no se requiere una gran dureza. Cuando se quiere que ciertas partes de acero completamente templado pierdan su dureza, se calientan aquellas al rojo y se enfrían en jabonaduras. Esto es lo que se hace con la espiga de las limas, cuchillos, serruchos, etcétera. Las sustancias orgánicas solubles retardan el revenido en proporción con la cantidad empleada; estas sustancias (como leche, cerveza, etc.) se usan en realidad muy poco. Masas de revenido. a) 1º carbón animal obtenido de cuerno quemado 24 partes, raspaduras de cuerno 4 partes, cola 6 partes, nitrato potasico 9.5 partes, sal común 55 partes. 2º Cianuro potasico 1 parte, salitre purificado 1 parte, pezuñas quemadas y pulverizadas 1 parte, goma arábiga 1/30 partes, acíbar 1/30 partes, sal común ½ parte. Se reúnen ambas mezclas después de reducidos a polvo todos los ingredientes, se extiende el producto resultante sobre el acero al rojo, y si se trata de hierro forjado, al rojo blanco, y después de quemarse se enfría el metal como de ordinario.

b) Se calienta el acero al rojo y se introduce en una pomada hecha de mercurio y grasa de cerdo, con lo que adquiere gran dureza y una elasticidad y tenacidad que no se obtienen con ningún otro medio. c) Se calienta el acero al rojo y se introduce en una barra de lacre, donde se deja un segundo; se cambia de sitio y se repite la operación hasta que el acero no pueda penetrar en el lacre. Para abrir taladros con brocas templadas de este modo se mojan estas con aguarrás. Revenido del cobre Para templar y revenir objetos o piezas de cobre se calientan hasta cierto punto y durante un tiempo determinado, sin dejar de espolvorearlos mientras tanto con azufre. Una vez calientes se sumergen en una solución de sulfato de cobre y después pueden calentarse otra vez. Hornos de templar y revenir Hornos de aceite. Para calentar aceite o sebo a uso 315 º C y poder medir la temperatura para dar el temple preciso a cuchillos, punzones, tijeras, etc., que no han de presentar el color propio del temple. Hornos de aire. Empleados para todo trabajo en que los objetos hayan de presentar el color del temple. Hornos de arena. Sirven para trabajos especiales, en que nos objetos deben presentar en su superficie el color del temple, y sobre todo para grandes piezas que no pueden calentarse con rapidez en aire caliente y que requieren estar en movimiento. Revenir es calentar a temperaturas menores una pieza templada y a continuación enfriada. La estructura uniforme de la martensita se logra forzadamente por el enfriamiento brusco y como estado forzado es poco estable. Con muy poco calentamiento se descompone en ferrita y perlita y, si el contenido de carbono es mayor, en perlita y cementita. Por medio del revenido se pretende hacer el acero más tenaz a costa de su dureza. Con el temple aumenta la resistencia, pero también la fragilidad del acero. Con el posterior calentamiento a 200 grados centígrados, se pierde la mayor parte de la fragilidad y también parte de la dureza, aumentándose la tenacidad. Cuanto mas elevada es la temperatura de revenido, menor es la dureza remanente, pero mayor la tenacidad alcanzada. Al aumentar la temperatura de revenido disminuyen la dureza, la resistencia a la tracción y el limite de fluencia de un acero templado, mientras que aumenta el alargamiento y la resistencia de resiliencia.

Para controlar la temperatura de revenido hay que observar los colores que toma la pieza pulida (colores de oxidación). Cuando se alcanza el color deseado se debe enfriar inmediatamente. En el revenido del exterior al interior, la pieza se calienta en un horno o con la llama de un soplete. En el revenido del interior al exterior, el calentamiento se produce por el calor remanente de la pieza. Para ello, al efectuar el temple se enfría bruscamente una parte de la pieza, por ejemplo, el filo de un cincel. El mango del cincel conserva aun el calor suficiente para calentar el filo hasta la temperatura de revenido. Grado de dureza Color Temperatura Aplicación Muy duro Blanco

amarillento 200 C Instrumentos de medida,

cuchillas para cortar papel Amarillo

pajizo 220 C Escariadores, fresas, sierras

para metales Amarillo

oro 230 C Puntas trazadoras

Pardo amarillento

240 C Herramientas para tallado de roscas, pivotes y gorrones

Duro Rojo 260 C Brocas, herramientas para

punzonar, martillos Rojo púrpura 270 C cinceles Duro tenaz Violeta 280 C Formones, cortafríos, fresas

para madera Azul oscuro 290 C Escoplos de cantería, muelles Azul claro 320 C Destornilladores, cuchillos

para carnicería Azul

grisáceo gris 360 C Hachas, azuelas, estampas

para forja, herramientas para forja en frió

Teoría del normalizado

Un tratamiento térmico en el cual las aleaciones porosas se calientan hasta aproximadamente 100F sobre el rango crítico, sosteniendo esa temperatura por el tiempo requerido, y enfriándola a la temperatura del medio ambiente.

Se realiza calentando el acero a una temperatura unos 50ºC superior a la crítica y una vez austenizado se deja enfriar al aire tranquilo. La velocidad de enfriamiento es más lenta que en el temple y más rápida que en recocido.

Con este tratamiento se consigue afinar y homogeneizar la estructura.

Este tratamiento es típico de los aceros al carbono de construcción de 0.15% a 0.60% de carbono.

A medida que aumenta el diámetro de la barra, el enfriamiento será más lento y por tanto la resistencia y el límite elástico disminuirán y el alargamiento aumentará ligeramente. Esta variación será más acusada cuanto más cerca del núcleo realicemos el ensayo.

Los objetivos de un normalizado pueden ser: 1. Refinar y homogenizar la micro estructura para mejorar la respuesta del acero en una operación de endurecimiento por temple. 2. Mejorar las características de maquinabilidad del acero. 3. Modificar y refinar las estructuras dendríticas de colada. El normalizado puede aplicarse a aceros al carbono y aleados ya sea colados o con estructura de colada destruida por laminación o forja. Algunas temperaturas de para el normalizado en aceros al carbono son:

Temperatura (°C) Aceros (SAE)

900 a 925 1020 –1035 870 a 900 1040 845 a 870 1045 –1050 815 a 845 1060 -1095

Para aceros aleados: Para aceros aleados de forja, laminación y de colados el normalizado se usa como un acondicionamiento para el tratamiento térmico final. Los aceros para cementación se normalizan a temperaturas superiores a las de cementación para minimizar la distorsión durante la cementación y para mejorar las características de maquinado. Los aceros hipereutectoides se normalizan para eliminar parcial o totalmente la red de carburos y así, producir una estructura que es más susceptible de un 100% de esferoidización. Algunas temperaturas para normalizado de aceros aleados son:

Temperatura (°C) Aceros (SAE)

870 1340, 3310, 4037-4063, 4130-4150, 4337-4340, 5046, 5120-5160, 8637-8660, 50B40 –50B60, 81B45-86B45, 9840-9850.

900 1330, 4027-4032, 5130, 8625-8630, 9260, 94B30-94B40

925 4118, 4716-4820, 6120-6150, 8720-8740 9310, 96B15, 94B17.

Un buen proceso de normalizado requiere: 1. Que la pieza tratada sea calentada uniformemente a una temperatura suficientemente alta como para alcanzar la transformación completa de la ferrita y cementita a austenita.

2. Que permanezca a esta temperatura un tiempo suficientemente largo como para alcanzar la uniformidad de temperatura a través de toda su masa.

3. Que se permita el enfriamiento en aire quieto, de manera uniforme.

Una disminución en la velocidad de enfriamiento convertirá un tratamiento de normalización en un tratamiento de recocido. El aumento en la velocidad de enfriamiento cambia el tratamiento de normalizado en un tratamiento de temple.

Un normalizado puede ablandar, endurecer o relevar tensiones en un

acero, dependiendo esto de la condición del material antes del normalizado.

Tratamientos Termicos Más Usados

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