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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
PROCESOS INDUSTRIALES
Profesor:
Álvaro Guzmán Aponte, Ph.D
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Recocido
Endurecimiento superficial
Formación de martensita
OPERACIONES DE PROCESAMIENTO
PROCESOS DE MEJORA DE
PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO DE
METALESEndurecimiento por precipitación
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Acorde al Metals Handbook el tratamiento térmico es: “una combinación deoperaciones de calentamiento y enfriamiento, de tiempos determinados yaplicadas a un metal o aleación en el estado sólido en una forma tal que seproducirán propiedades deseadas”.
TRATAMIENTO TÉRMICO
Diagrama de Fases de Fe – Fe3C
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
RECOCIDO
Reducir la dureza y fragilidad
Alterar la microestructura de manera que puedan obtenerse las
propiedades mecánicas deseadas
Ablandar los metales y mejorar su maquinabilidad o formabilidad
Recristalizar los metales trabajados en frío (endurecidos por deformación)
Aliviar los esfuerzos residuales inducidos por los procesos de formado
previos
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
RECOCIDO TOTAL
Acero hipoeutectoide
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
ESFEROIDIZACIÓN
Esferoidización de un acero de 0,8% C a 650°C: a) 0h, b) 4h, c) 16h y d) 64h.
a) b)
c) d)
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
OTROS TIPOS DE RECOCIDO
RECOCIDO PARA ELIMINACIÓN DE
ESFUERZOS
También llamado recocido subcrítico, es útil paraeliminar esfuerzos residuales causados en operacionesde maquinado y otros procesos de trabajo en frío. Esllevado a cabo al calentar el acero a temperaturas de80 – 170 °C por debajo de la temperatura críticainferior A1.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
OTROS TIPOS DE RECOCIDO
RECOCIDO DE PROCESO
Muy utilizado en las industrias de la lámina y elalambre y se lleva a cabo al calentar el acero atemperaturas de 80 – 170 °C por debajo de latemperatura crítica inferior A1. Es aplicado despuésdel trabajado en frío y suaviza el acero, medianterecristalización, para un trabajo ulterior; es muyparecido al recocido para eliminación de esfuerzos.
RECOCIDO PARA ELIMINACIÓN DE
ESFUERZOS
También llamado recocido subcrítico, es útil paraeliminar esfuerzos residuales causados en operacionesde maquinado y otros procesos de trabajo en frío. Esllevado a cabo al calentar el acero a temperaturas de80 – 170 °C por debajo de la temperatura críticainferior A1.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
NORMALIZACIÓN
Acero normalizado al 0,5% de carbono, calentado a 982 °C y enfriado en aire. Las áreas perlíticas
están rodeadas por ferrita proeutectoide.
Esquema que muestra la diferencia en estructura
perlítica, debido al recocido y al normalizado.
Austenitización 55°C > A3 o Acm
Enfriamiento en el aire
No enfriamiento en
condiciones de equilibrio, lo
que afecta la transformación
de la austenita y la
microestructura resultante.
Menos tiempo para la
formación de la constituyente
proeutectoide.
Menor temperatura de
transformación de la austenita
y más fina será la perlita.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
FORMACIÓN DE MARTENSITA Formas alternativas de
ferrita y cementita
Martensita
Curva TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación)
Curva TTT, que muestra la transformación de austenita en otras fases como una función del tiempo y la temperatura para una composición de cerca de 0,80% de
acero-carbono. La trayectoria de enfriamiento mostrada aquí produce martensita.
Austenita
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
FORMACIÓN DE MARTENSITA
Características importantes de la transformación
Es sin difusión y no hay cambio en la composición química
Es una transformación atérmica (depende sólo de la disminución de la temperatura y es
independiente del tiempo)
La temperatura Ms (inicio de transformación) es característica de cada aleación
(función de la composición química) y no puede disminuirse al incrementar la rapidez
de enfriamiento
La martensita es una fase metaestable
La propiedad más significativa es su potencial de dureza muy grande
a) Martensita en “listones” en acero al bajo carbono (80x). b) Martensita en “placas” en acero de alto
carbono (400x).
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
FORMACIÓN DE MARTENSITA
a) La celda unitaria de lamartensita TCCu está relacionadacon la celda unitaria de laaustenita CCCa. b) Cuandoaumenta el porcentaje de carbono,más sitios intersticiales sonllenados por los átomos decarbono, y la estructura tetragonalde la martensita se hace máspronunciada.
M °F = 1000− 650x%C − 70%x%Mn − 35x%Ni − 70x%Cr − (50x%Mo)
Influencia del carbono sobre el intervalo de martensita.
Efecto del carbono sobre la dureza de la austenita y la
martensita.
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1)Preparar un gran número de muestras cortadas de la misma barra. La sección transversal tiene que ser
pequeña para que reaccione rápidamente a los cambios de temperatura.
2)Colocar las muestras en un horno a la temperatura de austenización adecuada (aproximadamente
774°C para un acero eutectoide 1080) y durante un tiempo prudente.
3)Colocar las muestras en un baño de sal fundida que se mantenga a una temperatura constante
subcrítica (una temperatura por debajo de A1), por ejemplo 704 °C.
4)Después de variar los intervalos de tiempo en el baño de sal, cada muestra se templa en agua fría o en
salmuera enfriada con hielo.
5)Después del enfriamiento, a cada muestra se le toma la dureza y se estudia microscópicamente.
6)Los pasos anteriores se repiten a diferentes temperaturas subcríticas hasta que se determinan
suficientes puntos para graficar las curvas en el diagrama.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
¿ Cómo determinar una curva TTT ?
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
¿ Cómo determinar una curva TTT ?
El progreso de la transformación de austenita a perlita a 704 °C está relacionado con la estructura a temperatura ambiente; A es austenita, M
martensita y P perlita.
Curva típica de transformación isotérmica de austenita a perlita para un acero 1080 (eutectoide) a 704 °C; la
martensita es el área clara (500x).
704 °C
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
¿ Cómo determinar una curva TTT ?
Diagrama que muestra cómo se resumen las mediciones de la transformación isotérmica mediante
el diagrama TTT.
Diagrama de transformación TTT para un acero 1080 (eutectoide).
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TRANSFORMACIÓN DE PERLITA Y BAINITA
Diagrama de transformación TTT para un acero 1080 (eutectoide).
Perlitas formadas por la transformación de austenita a varias temperaturas subcríticas; a) 1300 °F, b)
1225 °F, c) 1150 °F y d) 1075 °F.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Diagrama de transformación TTT para un acero 1080 (eutectoide).
a) Bainita plumosa o superior y perlita fina en una matriz martensítica (blanca) (1000x). b) Microestructura de bainita
transformada a 850 °F, tomada por MEB (15000x).
TRANSFORMACIÓN DE PERLITA Y BAINITA
a) Bainita acicular o inferior, agujas negras en una matriz martensítica (blanca) (2500x). b) Microestructura de bainita
transformada a 500 °F, tomada por MEB (15000x).
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Crecimientos de perlita, nucleada por un cristal de carburo, y de bainita, nucleada por un cristal de ferrita
con carburo rechazado como pequeñas placas discontinuas.
a) Bainita plumosa o superior y perlita fina en una matriz martensítica (blanca) (1000x). b) Microestructura de bainita
transformada a 850 °F, tomada por MEB (15000x).
TRANSFORMACIÓN DE PERLITA Y BAINITA
a) Bainita acicular o inferior, agujas negras en una matriz martensítica (blanca) (2500x). b) Microestructura de bainita
transformada a 500 °F, tomada por MEB (15000x).
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
EFECTO EN LA CONCENTRACIÓN
DE CARBONO
Curvas TTT para a) un acero 1050 y b) un acero 10110.
Curva TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación)
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Curva TTT para un acero 1050.
EJEMPLO DE DISEÑO DE UN TRATAMIENTO TÉRMICO PARA UN EJE
Diseñar un tratamiento térmico para producir una microestructura uniforme y una dureza HRC 23 en uneje de acero 1050.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Curva TTT para un acero 1050.
EJEMPLO DE DISEÑO DE UN TRATAMIENTO TÉRMICO PARA UN EJE
Diseñar un tratamiento térmico para producir una microestructura uniforme y una dureza HRC 23 en uneje de acero 1050.
770 °C
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Curva TTT para un acero 1050.
EJEMPLO DE DISEÑO DE UN TRATAMIENTO TÉRMICO PARA UN EJE
Diseñar un tratamiento térmico para producir una microestructura uniforme y una dureza HRC 23 en uneje de acero 1050.
Austenizar a 770 °C + (30 a 55 °C) = 800 a 825 °C,
durante un tiempo prudente (1 hora aproximadamente)
para obtener 100% .
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Curva TTT para un acero 1050.
EJEMPLO DE DISEÑO DE UN TRATAMIENTO TÉRMICO PARA UN EJE
Diseñar un tratamiento térmico para producir una microestructura uniforme y una dureza HRC 23 en uneje de acero 1050.
Austenizar a 770 °C + (30 a 55 °C) = 800 a 825 °C,
durante un tiempo prudente (1 hora aproximadamente)
para obtener 100% .
Templar el acero a 600 °C y mantenerlo durante mínimo
10 segundos.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Curva TTT para un acero 1050.
EJEMPLO DE DISEÑO DE UN TRATAMIENTO TÉRMICO PARA UN EJE
Diseñar un tratamiento térmico para producir una microestructura uniforme y una dureza HRC 23 en uneje de acero 1050.
Austenizar a 770 °C + (30 a 55 °C) = 800 a 825 °C,
durante un tiempo prudente (1 hora aproximadamente)
para obtener 100% .
Templar el acero a 600 °C y mantenerlo durante mínimo
10 segundos.
Enfriar al aire a temperatura ambiente. La
microestructura y dureza son uniformes debido al
recocido isotérmico.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
INTERRUPCIÓN DE LA
TRANSFORMACIÓN ISOTÉRMICA
Curva TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación)
Producción de estructuras complicadas al interrumpir el tratamiento isotérmico de un acero 1050.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Curvas de enfriamiento
Curvas de enfriamiento sobrepuestas en un diagrama hipotético TTT para un acero eutectoide. La porción hachurado de la curva en enfriamiento indica la
transformación.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Curva de transformación a enfriamiento continuo (TEC)
Curva TEC para un acero 1080 comparado con la curva TTT.
Curva TEC para un acero de baja aleación, 0,2% de C.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Curva TEC derivada de la curva TTT para un acero al carbono eutectoide.
Curva TEC para un acero de triple aleación (4340): 0,42% C, 0,78% Mn, 1,79% Ni, 0,80% Cr y 0,33% Mo.
Curva de transformación a enfriamiento continuo (TEC)
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Curva TTT de un acero 1035: 0,35% C, 0,37% Mn. Austenizado a 1550 °F.
COMPOSICIÓN QUÍMICA
Curva TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación)
Microestructura de un acero de bajo carbono, templado en agua, que muestra
una red de ferrita blanca rodeando las grises áreas de martensita de bajo carbono. a) 100x y b) 500x. Atacada químicamente
en Nital al 2%.
RCE
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Curva TTT de un acero 1050: 0,50% C, 0,91% Mn. Austenizado a 1670 °F.
Microestructura de un acero de medio carbono, templado en agua, que muestra áreas oscuras de perlita fina que parecen delinear alguna parte de las fronteras de
grano de austenita previas, alguna bainita oscura y plumosa y una matriz de
martensita. a) 100x y b) 750x. Atacada químicamente en Nital al 2%.
COMPOSICIÓN QUÍMICA
Curva TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación) RCE
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Curva TTT de un acero 1335: 0,35% C, 1,85% Mn. Austenizado a 1550 °F.
Curva TTT de un acero 1035: 0,35% C, 0,37% Mn. Austenizado a 1550 °F.
COMPOSICIÓN QUÍMICA
Curva TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación) RCE
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Curva TTT de un acero al 0,33% C, 0,45% Mn, 1,97% Cr. Austenizado a 1600 °F.
Curva TTT de un acero 1035: 0,35% C, 0,37% Mn. Austenizado a 1550 °F.
COMPOSICIÓN QUÍMICA
Curva TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación) RCE
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Curva TEC para un acero de triple aleación (4340): 0,42% C, 0,78% Mn, 1,79% Ni, 0,80% Cr y 0,33% Mo.
Naríz
+ -V, W, Mo, Cr, Mn, Si y Ni
COMPOSICIÓN QUÍMICA
Curva TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación) RCE
Curva TTT para un acero al 0,87% C, 0,30% Mn, 1,27% V. Tamaño del grano: - de 2 a 3, austenizados a 1925 °F y - - de 11,
austenizados a 1500 °F. La curva TTT se desplaza a la derecha engrosando el grano austenítico.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Número = Número de granos / unidad de área
TAMAÑO DE GRANO
AUSTENÍTICO
FinoGrueso
Curva TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación) RCE
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Enfriamiento por:
A Capa vapor
B Transporte de
vapor
C Líquido
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Mecanismos de eliminación de calor
Curva típica de enfriamiento para un cilindro pequeño de acero templado en agua tibia.
Tipo de medio de temple
Temperatura del medio de temple
Condición superficial del fragmento
Tamaño y masa del fragmento
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Factores que afectan la rapidez real de enfriamiento
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Tipo de medio de temple
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Factores que afectan la rapidez real de enfriamiento
Curvas de enfriamiento obtenidas en el centro de una barra de acero inoxidable de ½ pulg de diámetro 2 ½ pulg de largo. Sin
agitación.
Temperatura del medio de temple
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Factores que afectan la rapidez real de enfriamiento
Curvas de enfriamiento obtenidas en el centro de muestras templadas en agua de grifo a temperaturas de baño de 75 y
125 °F. Sin agitación.
Velocidades de enfriamiento en el centro de una muestra de acero inoxidable de ½ pulg de diámetro 2 ½ pulg de
largo cuando se templa a 1500 °F en varios medios.*
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Temperatura del medio de temple
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Factores que afectan la rapidez real de enfriamiento
Efecto de la agitación sobre las curvas de enfriamiento obtenidas en el centro de una muestra de acero inoxidable
templada en aceite convencional para templar. Temperatura del aceite: 125 °F.
Severidad de temple en relación con agua inmóvil con valor de 1,0 para varias condiciones de temple.*
Condición superficial
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Factores que afectan la rapidez real de enfriamiento
Efecto de la escama sobre las curvas de enfriamiento obtenidas en el centro de muestras de acero 1095 SAE templadas en Gulf
superquench. Temperatura del aceite: 125 °F; agitación violenta.
Cobrizado
Atmósfera de protección
Recipientes con sal líquida
Virutas de hierro fundido
Escamas gruesas
Escamas ligeras
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Tamaño y masa
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Factores que afectan la rapidez real de enfriamiento
Efecto de la masa sobre las curvas de enfriamiento obtenidas en el centro de muestras de acero inoxidable
templadas en aceite convencional para templar. Temperatura del aceite: 125 °F.
Tamaño y masa
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Factores que afectan la rapidez real de enfriamiento
Curvas de enfriamiento para la superficie, en una posición intermedia y en el centro de dos barras
redondas de diferentes tamaños templadas en agua.
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Tamaño y masa
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Factores que afectan la rapidez real de enfriamiento
Curvas de enfriamiento en la superficie, la estructura final y la dureza de barras redondas de diferentes
tamaños en relación con el TTT de un acero al 0,45% de C.
Tamaño y masa
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Factores que afectan la rapidez real de enfriamiento
Curvas de enfriamiento tiempo-temperatura para diferentes posiciones en una barra de una pulg de
diámetro templada drásticamente en agua.
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Tamaño y masa
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Factores que afectan la rapidez real de enfriamiento
Curvas de penetración de dureza o transversal de dureza para muestras de varios tamaños empleadas en agua: a) acero SAE 1045; b) acero SAE 6140 al Cr-
Vn.
Tamaño y masa
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Factores que afectan la rapidez real de enfriamiento
Curvas de penetración de dureza o transversal de dureza para muestras de varios tamaños empleadas en agua: a) acero SAE 1045; b) acero SAE 6140 al Cr-
Vn.
Para un acero de composición y tamaño de grano austenítico determinados, sin considerar la forma o el tamaño de la
pieza ni las condiciones de temple, dondequiera que la rapidez real de
enfriamiento sea la misma, la dureza debe ser la misma.
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Tamaño y masa
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Factores que afectan la rapidez real de enfriamiento
Curvas de penetración de dureza o transversal de dureza para muestras de varios tamaños empleadas en agua (izquierda) y aceite (derecha): a) acero SAE 1045; b) acero SAE 6140 al Cr-Vn.
AGUA ACEITE
Capacidad relativa de un acero de ser endurecido portransformación a martensita. Es una propiedad que determina laprofundidad por debajo de la superficie enfriada por inmersión a lacual el acero se endurece o la severidad de la inmersión requeridapara lograr una cierta penetración de la dureza.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Templabilidad
TEMPLE
Representación esquemática del efecto de la variación en
composición química para un acero de clase dada. La curva
de enfriamiento queda sobrepuesta al principio de la
curva de transformación.
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Capacidad relativa de un acero de ser endurecido portransformación a martensita. Es una propiedad que determina laprofundidad por debajo de la superficie enfriada por inmersión a lacual el acero se endurece o la severidad de la inmersión requeridapara lograr una cierta penetración de la dureza.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Templabilidad
TEMPLE
Representación esquemática del efecto de la variación en
composición química para un acero de clase dada. La curva
de enfriamiento queda sobrepuesta al principio de la
curva de transformación.
¿Cuál es el método
utilizado para determinar la templabilidad?
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Templabilidad
TEMPLE
Representación esquemática de la probeta del ensayo Jominy a) insaturada durante el temple y b) después del ensayo de dureza a partir del extremo templado y a lo largo de la arista.
Ensayo Jominy
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Típico gráfico de templabilidad: dureza Rockwell C en función de la distancia al extremo templado.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Templabilidad
TEMPLE
Ensayo Jominy
Relación entre la rapidez de enfriamiento y la distancia
Jominy.
Correlación entre el diagrama enfriamiento continuo y la curva TTT
con los datos del ensayo Jominy para un acero del tipo 8630.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Templabilidad
TEMPLE
Ensayo Jominy
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Curvas de templabilidad para cinco diferentes aceros aleados que contienen 0,4% de C. las composiciones
aproximadas (% en peso) son: 4340 - 1,85 Ni, 0,80 Cr y 0,25 Mo; 4140 – 1,0 Cr y 0,2 Mo; 8640 – 0,55 Ni, 0,50 Cr y 0,20 Mo; 5140 – 0,85 Cr; 1040 es un acero al carbono.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Templabilidad
TEMPLE
Ensayo Jominy
Curvas de templabilidad para cuatro aceros aleados de la serie 8600 cuyo contenido en carbono se indica.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Templabilidad
TEMPLE
Ensayo Jominy
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Banda de templabilidad de un acero 8640 con indicación de los límites máximo y mínimo.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Templabilidad
TEMPLE
Ensayo Jominy
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Curvas de templabilidad para varios aceros.
EJEMPLO DE DISEÑO DE UN ENGRANE RESISTENTE AL DESGASTE
Un engrane hecho de acero 9310 , que tiene una dureza según se templó en un punto crítico deHRC 40, se desgasta con una rapidez excesiva. Pruebas han demostrado que se requiere de unadureza después del templado de al menos HRC 50 en ese punto crítico. Diseñe un acero que seaapropiado.
TRATAMIENTO TÉRMICO
Templabilidad
TEMPLE
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Curvas de templabilidad para varios aceros.
Un engrane hecho de acero 9310 , que tiene una dureza según se templó en un punto crítico deHRC 40, se desgasta con una rapidez excesiva. Pruebas han demostrado que se requiere de unadureza después del templado de al menos HRC 50 en ese punto crítico. Diseñe un acero que seaapropiado.
TRATAMIENTO TÉRMICO
Templabilidad
TEMPLE
HRC 40 en un acero 9310Distancia Jominy de 10/16 pulg
(10 °C/s)
EJEMPLO DE DISEÑO DE UN ENGRANE RESISTENTE AL DESGASTE
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Curvas de templabilidad para varios aceros.
Un engrane hecho de acero 9310 , que tiene una dureza según se templó en un punto crítico deHRC 40, se desgasta con una rapidez excesiva. Pruebas han demostrado que se requiere de unadureza después del templado de al menos HRC 50 en ese punto crítico. Diseñe un acero que seaapropiado.
TRATAMIENTO TÉRMICO
Templabilidad
TEMPLE
HRC 40 en un acero 9310Distancia Jominy de 10/16 pulg
(10 °C/s)
EJEMPLO DE DISEÑO DE UN ENGRANE RESISTENTE AL DESGASTE
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Gráfica de Grossman empleada con el fin de determinar la templabilidad en el centro de una barra
de acero para diferentes medios de temple.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Severidad del templado y la gráfica de Grossman
Templabilidad
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Templabilidad
EJEMPLO DE DISEÑO UN PROCESO DE TEMPLADO
Diseñe un proceso de templado para producir una dureza mínima de HRC 40 en el centro de unabarra de acero 4320 de 1,5 pulgadas de diámetro.
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Formación de grietas por templado causadas por esfuerzos residuales
producidos durante el templado. La figura ilustra el desarrollo de esfuerzos cuando la austenita se transforma en martensita durante el enfriamiento.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE
Esfuerzos residuales y agrietamiento
Tratamiento térmico de temple arriba de Ms, diseñado para reducir esfuerzos
residuales y grietas por templado.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
TEMPLE + REVENIDO
Efecto de la temperatura de revenido en las propiedades mecánicas de un acero 1050.
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Efecto de la temperatura de revenido en las propiedades mecánicas de un acero 1050 y curva TTT para un acero 1050.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
TRATAMIENTO TÉRMICO
Diseñe un tratamiento térmico para producir una flecha giratoria hecha en acero 1050 cuyafunción es transmitir la energía de un motor eléctrico. Su resistencia a la fluencia debe ser almenos de 145000 psi y al menos un 15% de elongación para obtener tenacidad.
TEMPLE + REVENIDO
EJEMPLO DE TRTAMIENTO TÉRMICO DE TEMPLE + REVENIDO
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Es producido por una secuencia de transformaciones de fase que lleva a unadispersión uniforme de precipitados (finas partículas) coherentes a nanoescalaen una matriz dúctil y blanda, que bloquean el movimiento de las dislocacioneshaciendo más resistente y duro el metal.
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Es producido por una secuencia de transformaciones de fase que lleva a unadispersión uniforme de precipitados (finas partículas) coherentes a nanoescalaen una matriz dúctil y blanda, que bloquean el movimiento de las dislocacioneshaciendo más resistente y duro el metal.
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Ventajas
Aumento de la resistencia a la fluencia de (límite elástico) de numerosos materiales metálicos, sin
crear cambios importantes en la densidad
Mejora la relación resistencia densidad (aleación de Al 20000 psi a 60000 psi)
Aleaciones de Al, Cu, Mg, Ni y otros metales no ferrosos.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Es producido por una secuencia de transformaciones de fase que lleva a unadispersión uniforme de precipitados (finas partículas) coherentes a nanoescalaen una matriz dúctil y blanda, que bloquean el movimiento de las dislocacioneshaciendo más resistente y duro el metal.
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Ventajas
Desventajas
Las aleaciones endurecidas por envejecimiento se emplean en un rango limitado de temperaturas, ya
que los precipitados formados crecen y se pueden disolver a temperaturas elevadas.
Aumento de la resistencia a la fluencia de (límite elástico) de numerosos materiales metálicos, sin
crear cambios importantes en la densidad
Mejora la relación resistencia densidad (aleación de Al 20000 psi a 60000 psi)
Aleaciones de Al, Cu, Mg, Ni y otros metales no ferrosos.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Tratamiento térmico de endurecimiento por precipitación
Parte del diagrama Al-Cu.
Al- 4%Cu
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Tratamiento térmico de endurecimiento por precipitación
Al- 4%Cu
Parte del diagrama Al-Cu.
1.Tratamiento por solución. Calentar por encima de la
temperatura de solvus y sostener hasta producir una
solución α sólida homogénea y reducir cualquier
segregación. (T (500 – 548 °C))
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Tratamiento térmico de endurecimiento por precipitación
Al- 4%Cu
Parte del diagrama Al-Cu.
1.Tratamiento por solución. Calentar por encima de la
temperatura de solvus y sostener hasta producir una
solución α sólida homogénea y reducir cualquier
segregación. (T (500 – 548 °C))
2.Templado. Enfriar rápidamente, produciendo así una
solución sólida sobresaturada (αSS) con exceso de Cu y
estructura metaestable.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Tratamiento térmico de endurecimiento por precipitación
Al- 4%Cu
Parte del diagrama Al-Cu.
1.Tratamiento por solución. Calentar por encima de la
temperatura de solvus y sostener hasta producir una
solución α sólida homogénea y reducir cualquier
segregación. (T (500 – 548 °C))
2.Templado. Enfriar rápidamente, produciendo así una
solución sólida sobresaturada (αSS) con exceso de Cu y
estructura metaestable.
3.Envejecimiento. Calentar α SS por debajo de la
temperatura de solvus (temperatura de
envejecimiento), los átomos adicionales de Cu
difunden a sitios de formación de núcleos y los
precipitados crecen.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Tratamiento térmico de endurecimiento por precipitación
Al- 4%Cu 1.Tratamiento por solución. Calentar por encima de la
temperatura de solvus y sostener hasta producir una
solución α sólida homogénea y reducir cualquier
segregación. (T (500 – 548 °C))
2.Templado. Enfriar rápidamente, produciendo así una
solución sólida sobresaturada (αSS) con exceso de Cu y
estructura metaestable.
Parte del diagrama Al-Cu.
3.Envejecimiento. Calentar α SS por debajo de la
temperatura de solvus (temperatura de
envejecimiento), los átomos adicionales de Cu
difunden a sitios de formación de núcleos y los
precipitados crecen.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Parte del diagrama Mg-Al.
EJEMPLO DE TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO
Suponga que una aleación Mg 8%- Al (ver figura) es responsable de un tratamiento térmico deendurecimiento por envejecimiento. Diseñe un tratamiento térmico para la aleación.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Parte del diagrama Mg-Al.
1.Realizar un tratamiento por solución a una temperatura
entre solvus y eutéctica (340 – 451 °C).
EJEMPLO DE TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO
Suponga que una aleación Mg 8%- Al (ver figura) es responsable de un tratamiento térmico deendurecimiento por envejecimiento. Diseñe un tratamiento térmico para la aleación.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Parte del diagrama Mg-Al.
1.Realizar un tratamiento por solución a una temperatura
entre solvus y eutéctica (340 – 451 °C).
2.Templar a temperatura ambiente lo suficientemente
rápido para evitar que se forme el precipitado fase β.
EJEMPLO DE TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO
Suponga que una aleación Mg 8%- Al (ver figura) es responsable de un tratamiento térmico deendurecimiento por envejecimiento. Diseñe un tratamiento térmico para la aleación.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
EJEMPLO DE TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO
Parte del diagrama Mg-Al.
1.Realizar un tratamiento por solución a una temperatura
entre solvus y eutéctica (340 – 451 °C).
2.Templar a temperatura ambiente lo suficientemente
rápido para evitar que se forme el precipitado fase β.
3.Envejecer a un temperatura debajo de solvus, es decir,
por debajo de 340 °C, para formar una dispersión fina de
la fase β
Suponga que una aleación Mg 8%- Al (ver figura) es responsable de un tratamiento térmico deendurecimiento por envejecimiento. Diseñe un tratamiento térmico para la aleación.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Efecto de la temperatura y el tiempo
Efecto de la temperatura y el tiempo en la resistencia a la fluencia de una aleaciónAl-4% Cu.
A T = 260 °C mayor difusión y formación de precipitados
rápidamente. Sobrenvejecimiento a más de 0,1 h (6
minutos).
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Efecto de la temperatura y el tiempo
Efecto de la temperatura y el tiempo en la resistencia a la fluencia de una aleaciónAl-4% Cu.
A T = 260 °C mayor difusión y formación de precipitados
rápidamente. Sobrenvejecimiento a más de 0,1 h (6
minutos).
A T = 190 °C requiere tiempos mayores para producir la
resistencia óptima. Sin embargo:
La resistencia máxima aumenta a temperatura más baja
de envejecimiento.
La resistencia máxima se mantiene por más tiempo.
Las propiedades son más uniformes.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Efecto de la temperatura y el tiempo
Efecto de la temperatura y el tiempo en la resistencia a la fluencia de una aleaciónAl-4% Cu.
A T = 260 °C mayor difusión y formación de precipitados
rápidamente. Sobrenvejecimiento a más de 0,1 h (6
minutos).
A T = 190 °C requiere tiempos mayores para producir la
resistencia óptima. Sin embargo:
La resistencia máxima aumenta a temperatura más baja
de envejecimiento.
La resistencia máxima se mantiene por más tiempo.
Las propiedades son más uniformes.
Envejecimiento artificial
Envejecimiento natural
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Efecto de la temperatura y el tiempo en la resistencia a la fluencia de una aleaciónAl-4% Cu.
Un operador de un horno olvidó por un periodo de 1 hora, remover la aleación de Al-4% Cu delhorno empleado para el tratamiento térmico por envejecimiento. Compare el efecto en laresistencia a la fluencia de la hora adicional de envejecimiento para las temperaturas deenvejecimiento de 190 y 260 °C.
EJEMPLO DE EFECTO DEL TIEMPO DEL TRATAMIENTO TÉRMICO POR ENVEJECIMIENTO EN LA RESISTENCIA DE ALEACIONES DE ALUMINIO
82
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Efecto de la temperatura y el tiempo en la resistencia a la fluencia de una aleaciónAl-4% Cu.
A T = 190 °C, la resistencia máxima de 400 MPa ocurre en 2
horas. A 3 horas, la resistencia sigue siendo igual.
Un operador de un horno olvidó por un periodo de 1 hora, remover la aleación de Al-4% Cu delhorno empleado para el tratamiento térmico por envejecimiento. Compare el efecto en laresistencia a la fluencia de la hora adicional de envejecimiento para las temperaturas deenvejecimiento de 190 y 260 °C.
EJEMPLO DE EFECTO DEL TIEMPO DEL TRATAMIENTO TÉRMICO POR ENVEJECIMIENTO EN LA RESISTENCIA DE ALEACIONES DE ALUMINIO
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Efecto de la temperatura y el tiempo en la resistencia a la fluencia de una aleaciónAl-4% Cu.
A T = 190 °C, la resistencia máxima de 400 MPa ocurre en 2
horas. A 3 horas, la resistencia sigue siendo igual.
A T = 260 °C, la resistencia máxima de 340 MPa ocurre en
0,06 horas. A 1 hora, la resistencia disminuye a 250 MPa.
Un operador de un horno olvidó por un periodo de 1 hora, remover la aleación de Al-4% Cu delhorno empleado para el tratamiento térmico por envejecimiento. Compare el efecto en laresistencia a la fluencia de la hora adicional de envejecimiento para las temperaturas deenvejecimiento de 190 y 260 °C.
EJEMPLO DE EFECTO DEL TIEMPO DEL TRATAMIENTO TÉRMICO POR ENVEJECIMIENTO EN LA RESISTENCIA DE ALEACIONES DE ALUMINIO
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Efecto de la temperatura y el tiempo en la resistencia a la fluencia de una aleaciónAl-4% Cu.
A T = 190 °C, la resistencia máxima de 400 MPa ocurre en 2
horas. A 3 horas, la resistencia sigue siendo igual.
A T = 260 °C, la resistencia máxima de 340 MPa ocurre en
0,06 horas. A 1 hora, la resistencia disminuye a 250 MPa.
Un operador de un horno olvidó por un periodo de 1 hora, remover la aleación de Al-4% Cu delhorno empleado para el tratamiento térmico por envejecimiento. Compare el efecto en laresistencia a la fluencia de la hora adicional de envejecimiento para las temperaturas deenvejecimiento de 190 y 260 °C.
> Temperatura de envejecimiento lleva a una menor resistencia y más sensible al tiempo de
envejecimiento
EJEMPLO DE EFECTO DEL TIEMPO DEL TRATAMIENTO TÉRMICO POR ENVEJECIMIENTO EN LA RESISTENCIA DE ALEACIONES DE ALUMINIO
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO POR
ENVEJECIMIENTO O PRECIPITACIÓN
Requisitos para el endurecimiento por envejecimiento
La aleación debe formar una sola fase al calentarse por encima de la línea de solvus y luego entrar a
una región de dos fases al enfriarse.
La matriz debe ser blanda y dúctil, y el precipitado duro y quebradizo.
La aleación debe poder templarse.
Debe formarse un precipitado coherente.
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Tratamientos termoquímicos aplicados al acero en los cuales la composición dela superficie de la pieza se altera por la adición de C, N u otros elementos.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
CARBURIZACIÓN
EN CAJA
GASEOSA
LÍQUIDA
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Tratamientos termoquímicos aplicados al acero en los cuales la composición dela superficie de la pieza se altera por la adición de C, N u otros elementos.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
CARBURIZACIÓN
EN CAJA
GASEOSA
LÍQUIDA
Materiales carbonáceos (carbón vegetal o coque)
Capa relativamente gruesa 0,6 – 4,0 mm (0,025 -
0,150 pulg)
88
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Tratamientos termoquímicos aplicados al acero en los cuales la composición dela superficie de la pieza se altera por la adición de C, N u otros elementos.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
CARBURIZACIÓN
EN CAJA
GASEOSA
LÍQUIDA
Materiales carbonáceos (carbón vegetal o coque)
Capa relativamente gruesa 0,6 – 4,0 mm (0,025 -
0,150 pulg)
Hidrocarburos (propano (C3H8))
Capa delgada 0,13 – 0,75 mm (0,005 -0,030 pulg)
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Tratamientos termoquímicos aplicados al acero en los cuales la composición dela superficie de la pieza se altera por la adición de C, N u otros elementos.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
CARBURIZACIÓN
EN CAJA
GASEOSA
LÍQUIDA
Materiales carbonáceos (carbón vegetal o coque)
Capa relativamente gruesa 0,6 – 4,0 mm (0,025 -
0,150 pulg)
Hidrocarburos (propano (C3H8))
Capa delgada 0,13 – 0,75 mm (0,005 -0,030 pulg)
Baño de sal fundida que contiene cianuro de sodio
(NaCN), cloruro de bario (BaCl2) y otros
componentes.
Espesor de capa fluctúa entre los otros dos
90
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Tratamientos termoquímicos aplicados al acero en los cuales la composición dela superficie de la pieza se altera por la adición de C, N u otros elementos.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
CARBURIZACIÓN
EN CAJA
GASEOSA
LÍQUIDA
Materiales carbonáceos (carbón vegetal o coque)
Capa relativamente gruesa 0,6 – 4,0 mm (0,025 -
0,150 pulg)
Hidrocarburos (propano (C3H8))
Capa delgada 0,13 – 0,75 mm (0,005 -0,030 pulg)
Baño de sal fundida que contiene cianuro de sodio
(NaCN), cloruro de bario (BaCl2) y otros
componentes.
Espesor de capa fluctúa entre los otros dos
Este proceso se lleva a cabo a temperaturas alrededor de 875 - 925 °C (1600 - 1700 °F) dentro del
rango de la austenita
Carburización + enfriamiento por inmersión produce HRC 60
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La mayoría de los procesos comerciales de difusión ocurre en condicionesno estacionarias, es decir, el flujo de difusión y los perfiles deconcentración varían con el tiempo, con una acumulación o agotamientode las especies que se difunden. En este caso:
DIFUSIÓN EN ESTADO NO ESTACIONARIO [SEGUNDA LEY DE FICK]
= 퐷( )
Álvaro Guzmán Aponte
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
CARBURIZACIÓN
La solución para esta ecuación depende de las condiciones limitantes para una situación enparticular. Una solución es:
푐 − 푐푐 −푐 = 푒푟푓
푥2 퐷푡
Siendo cs la concentración constante de los átomos que se están difundiendo en la superficie del material,c0 es la concentración uniforme inicial de los átomos que se están difundiendo en el material y cx es laconcentración del átomo que se está difundiendo en la localización x debajo de la superficie después de untiempo t.
91
DIFUSIÓN EN ESTADO NO ESTACIONARIO [SEGUNDA LEY DE FICK]
Álvaro Guzmán Aponte
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
CARBURIZACIÓN
Difusión de átomos en la superficie de un material que ilustra el uso de la segunda ley de Fick.
푐 − 푐푐 −푐 = 푒푟푓
푥2 퐷푡
Siendo cs la concentración constante de los átomos que se estándifundiendo en la superficie del material, c0 es la concentraciónuniforme inicial de los átomos que se están difundiendo en el material ycx es la concentración del átomo que se está difundiendo en lalocalización x debajo de la superficie después de un tiempo t.
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La función de error “erf” puede evaluarse a partir de la tabla y figurasiguientes:
Álvaro Guzmán Aponte
Gráfica que muestra el argumento y el valor de la función de error encontrados en la segunda ley de
Fick.
Valores de la función de error para la segunda ley de Fick.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
CARBURIZACIÓN
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
93
La definición matemática de la función error es:
Álvaro Guzmán Aponte
erf = 2휋
exp −푦 푑푦
Siendo y el argumento de la función de error.
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ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
CARBURIZACIÓN
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
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Ejemplo. La superficie de un piñón de acero AISI 1010 senecesita endurecer por medio de un tratamiento decarburación, por lo que se coloca en una atmósfera cuyaconcentración de C es 1,2% a altas temperaturas. El carbonose difunde desde la superficie hacia el interior. Para obtenerlas propiedades deseadas, el acero debe contener 0,45% C auna profundidad de 0,2 cm de la superficie. Diseñar eltratamiento térmico para obtener estas características.Asumir que la temperatura es lo suficientemente alta (almenos 900 °C) para que el acero tenga estructura FCC.
Horno utilizado en los tratamientos de carburación.
95
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
CARBURIZACIÓN
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
La definición matemática de la función error es:
erf = 2휋
exp −푦 푑푦
Siendo y el argumento de la función de error.
Teniendo en cuenta que cs = 1,2% C, c0 = 0,1% C, cx = 0,45% C y x = 0,2 cm, setiene:
Álvaro Guzmán Aponte
푐 − 푐푐 −푐 = 푒푟푓
푥2 퐷푡
= , % , %, % , %
= 0,68 = 푒푟푓 , = 푒푟푓 ,
A partir de la tabla, se encuentra que:
, = 0,71ó퐷푡 = ,,
=0,0198 cm2
Cualquier combinación de D y t con un producto de 0,0198 cm2 funcionará. Para la difusión delcarbono en el hierro FCC, el coeficiente de difusión se relaciona con la temperatura por medio de laecuación:
96
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
CARBURIZACIÓN
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Donde Q es la energía de activación (en unidades de cal/mol) para la difusión dela especie bajo consideración (por ejemplo, Al en Si), R es la constante de losgases (1,987 cal/mol*K) y T es la temperatura absoluta (K). D0 es una constantepara un sistema de difusión dado y es igual al valor del coeficiente de difusión a1/T = 0 o T = α.
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Teniendo en cuenta que Do y Q del carbono en el hierro FCC son 0,23 y32900 cal/mol, respectivamente, se tiene:
Por tanto, la temperatura y el tiempo del tratamiento térmico se relacionanpor medio de:
Algunas combinaciones típicas de temperatura y tiempo son: T = 900 °C = 1173 °K, entonces t = 116273 s = 32,3 h T = 1000 °C = 1273 °K, entonces t = 38362 s = 10,7 h T = 1100 °C = 1373 °K, entonces t = 14876 s = 4,13 h T = 1200 °C = 1473 °K, entonces t = 6560 s = 1,82 h
퐷 = 0,23푒푥푝
, ∗ = 0,23 exp
푡 = 0,0198푐푚
퐷 푐푚푠
= 0,0198푐푚
0,23 exp −16558푇 푐푚푠
=0,0861푠
exp −16558푇
La combinación exacta (t, T) dependerá de la temperatura máxima que pueda alcanzar el horno, lavelocidad de producción, la economía de los balances de temperatura vs tiempo, etc.
97
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
CARBURIZACIÓN
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
98
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Tratamientos termoquímicos aplicados al acero en los cuales la composición dela superficie de la pieza se altera por la adición de C, N u otros elementos.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
NITRURACIÓN
GASEOSA
LÍQUIDA
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50
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PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Tratamientos termoquímicos aplicados al acero en los cuales la composición dela superficie de la pieza se altera por la adición de C, N u otros elementos.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
NITRURACIÓN
GASEOSA
LÍQUIDA
Atmósfera de amoniaco u otra mezcla gaseosa rica
en nitrógeno
100
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Tratamientos termoquímicos aplicados al acero en los cuales la composición dela superficie de la pieza se altera por la adición de C, N u otros elementos.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
NITRURACIÓN
GASEOSA
LÍQUIDA
Atmósfera de amoniaco u otra mezcla gaseosa rica
en nitrógeno
Sales de cianuro fundidas
01/09/2015
51
101
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Tratamientos termoquímicos aplicados al acero en los cuales la composición dela superficie de la pieza se altera por la adición de C, N u otros elementos.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
NITRURACIÓN
GASEOSA
LÍQUIDA
Atmósfera de amoniaco u otra mezcla gaseosa rica
en nitrógeno
Sales de cianuro fundidas
Este proceso se lleva a cabo a temperaturas alrededor de 500 °C (950 °F)
Espesores de 0,025 – 0,500 mm (0,001 – 0,020 pulg)
HRC 70
102
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Tratamientos termoquímicos aplicados al acero en los cuales la composición dela superficie de la pieza se altera por la adición de C, N u otros elementos.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
CARBONITRURACIÓN
Calentamiento en un horno que contiene C y amoniaco (NH3)
Espesor 0,07 – 0,50 mm (0,003 – 0,020 pulg)
Durezas comparables con las de los otros tratamientos
01/09/2015
52
103
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Tratamientos termoquímicos aplicados al acero en los cuales la composición dela superficie de la pieza se altera por la adición de C, N u otros elementos.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
CROMIZADO
POLVOS O GRÁNULOS RICOS EN CROMO
DEPOSICIÓN DE VAPORES QUÍMICOS
Requiere temperaturas y tiempos mayores que los métodos anteriores
Espesores de 0,025 – 0,050 mm (0,001 – 0,002 pulg)
Capa resistente al calor y a la corrosión
INMERSIÓN EN BAÑO DE SAL CON CROMO Y SALES DE CROMO
104
PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES
Tratamientos termoquímicos aplicados al acero en los cuales la composición dela superficie de la pieza se altera por la adición de C, N u otros elementos.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
BORIZADO
POLVOS RICOS EN BORO
ATMÓSFERAS GASEOSAS QUE CONTIENEN BORO
Espesores de 0,025 – 0,050 mm (0,001 – 0,002 pulg)
Capa resistente a la abrasión y la corrosión, bajo coeficiente de fricción
HRC 70
SALES CON BORO
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