TRATAMIENTOS TÉRMICOS

ISOTÉRMICOS

Christian Camilo Sánchez García 234468Leonidas Trujillo Castellanos 234477

Estructura.

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Introducción

Curva de la “S”

Tipos de tratamientos.

Bibliografía

Preguntas

Estructura.1. Introducción

1. ¿Qué son los tratamientos isotérmicos?

2. Curva de la “S”1. Tipos de determinación2. Microestructuras3. Transformaciones isotérmicas4. Influencia de los elementos

aleantes y factores modificantes. 3. Tipos de tratamientos isotérmicos

1. Recocido isotérmico2. Martempering3. Austempering4. Patenting5. Tratamientos subcero6. Temple en agua y aceite

4. Bibliografía

1. Introducción.

Dentro del mundo de lostratamientos térmicos hay ciertas aplicaciones que requieren de estructuras que no se pueden obtener mediante un tratamiento térmico tradicional, en los cuales el riesgo de grietas es bastante alto.

Fig. 1 Diagrama de transformación isotérmica

1.1 ¿Qué son los tratamientos isotérmicos?

En este tipo de tratamientos se busca la transformación del acero de austenita estable (723 °C) en martensita, bainita, troostita o sorbíta, mediante una transformación a temperatura constante.

Fig. 2 Horno de recalentamiento

2. Curva de la “S”.

La curva de la “S” o diagrama TTT señala el tiempo necesario a diferentes temperaturas para que inicie y se complete la transformación isotérmica de la austeníta en otros constituyentes.

Fig. 3 Curva de la “S” para un acero con 0.9% de C.

Fig. 4 Curva “S”

2.1 Métodos de Determinación

Existen dos métodos para determinar la curva de la “S”.Método metalográfico: en este método se toman varias probetas y se calientan hasta el punto de austenización para luego sumergirlas en un baño caliente del cual se sacan a intervalos regulares y sucesivos y se enfrían rápidamente en agua.

Fig. 5 Metalografía de la 3ra a la 6ta probeta de un tratamiento isotérmico.

2.1 Métodos de Determinación

Método dilatométrico: este método utiliza dos hornos, el de calentamiento y el de baño caliente. En ambos hornos se mide la dilatación de la probeta con un micrómetro y se determina el cambio de estructura mediante la dilatación.

Fig. 6 Micrómetro o reloj comparador.

2.1 Métodos de Determinación

Fig. 7 Método dilatométrico.

2.2 Microestructuras

Los diagramas isotérmicos se pueden dividir en 3 zonas principales: la superior, la intermedia y la inferior. Cada una de las zonas se caracteriza por la manera en la que sucede la transformaciónZona superior: Justo bajo Ae1Zona inferior: Formación de martensitaZona intermedia: Entre la superior y la inferior.

2.2 MicroestructurasEn la zona superior los cristales de la transformación “brotan” de los contornos de los cristales de austenita. En la zona intermedia primero aparecen agujas de ferrita sobre las que se desarrollan los otros constituyentes.Finalmente en la zona inferior no hay ninguna fase de nucleación.

Fig. 8 Microestructuras principales

2.2 Microestructuras

Zona superior:Estructuras laminares

PerlitaSorbita y Troostita

Estructuras granularesNodularArborescente

AcicularFerritaZona intermedia:Bainita

SuperiorInferior

Constituyente XZona inferior:Martensita.

2.3 Transformaciones Isotérmicas

La transformación de la austenita se da a diferentes velocidades. Cerca a Ae1 la transformación es muy lenta, en el intervalo de 525 a 575 °C la transformación es muy rápida. A 180°C comienza entre los 2 y 3 minutos pero el 100% requiere de varios días. Por debajo de los 125°C vuelve a ser muy rápida. Fig. 9 Variación de la

velocidad

2.3 Transformaciones Isotérmicas

Avance de la transformación de la austenita:En las zonas perlítica y bainítica la transformación avanza cuando la temperatura es cte. La transformación comienza bastante lento, del 15 al 60% se acelera y vuelve a disminuir entre el 80 y el 90%.

Fig. 10 Detalle de la variación de la velocidad

2.3 Transformaciones Isotérmicas

La formación de martensita, a diferencia de la de otros componentes, depende únicamente de la temperatura.Para una composición determinada y una misma temperatura de austenización, la formación de martensita comienza siempre a la misma temperatura crítica Ms, y termina a una temperatura Mf.

Fig. 11 Avance de la formación de martensita

2.4 Influencia de los Elementos Aleantes y factores modificantes.

El diagrama TTT se ve afectado por ciertos factores, el más determinante es la composición del acero mismo (los elementos aleantes), sin embargo, el tamaño de grano y la homogeneidad de la austenita son otros factores que influyen. Fig. 12

Microestructura de la martensita.

2.4 Influencia de los Elementos Aleantes y factores modificantes.

Influencias de la composiciónEl carbono es el elemento que más determina el comportamiento de la curva “S”, sin embargo, todos los elementos la afectan. Los componentes adicionales tienden a descender la temperatura del inicio de la transformación y a aumentar el tiempo necesario para que termine. La magnitud de estos cambios varía dependiendo de qué elemento se agregó y de qué cantidad hay en la mezcla.

2.4 Influencia de los Elementos Aleantes y factores modificantes.

Fig. 13 Influencia de los elementos aleantes en la curva “S”

2.4 Influencia de los Elementos Aleantes y factores modificantes.

Tamaño de GranoAl aumentar el tamaño del grano, la velocidad crítica del temple disminuye y se retrasa el comienzo y el final de la transformación. Esto desplaza la curva hacia la derecha.

Fig. 14 Representación de la velocidad crítica

3. Tipos de Tratamientos Isotérmicos

Recocido Isotérmico

Austempering

Martempering

Patenting

Tratamiento Subcero

Temple en Agua y en Aceite.

Fig. 15 Diagrama de las transformaciones

3.1 Recocido Isotérmico

Es uno de los procesos mas utilizados debido a que es económico y trae buenos resultados en cuanto a precisión en la obtención de la microestructura.

Puede aplicarse tanto a Aceros al Carbón como a Aceros Aleados.

Recocido Isotérmico Como en el Recocido

de Regeneración, este también reduce las tensiones internas del material y mejora las propiedades de Mecanizado.

Para un ciclo de Recocido Isotérmico, se deben seguir 3 reglas:

Fig. 16 Temple en Agua

Recocido Isotérmico 1. Temperaturas Altas de Austenización promueven

la formación de estructuras laminares (Perlita). Temperaturas Bajas promueven la formación de estructuras Esferoidales ( Feα + Fe₃C esferoidal)

2. Se obtienen estructuras “blandas” usando temperaturas bajas de Austenización y temperaturas máximas de Transformación

3. Se ahorra tiempo en el horno bajando rápidamente desde la temperatura de Austenización hasta la de Transformación, y enfriando rápidamente después de la Transformación.

3.2 Austempering

Es un proceso que consiste en 4 partes:

1. Se calienta el acero a temperaturas dentro del rango de Austenización.

2. Se sumerge el acero en un baño de sales manteniéndolo entre 260 a 400 °C.

Para calcular la temperatura del inicio de Martensita se usa la siguiente formula:

Ms =500-350(%C)-40(%Mn)-35(%V)-20(%Cr)-17(%Ni)-10(%Cu)-10(%Mo)-5(%W)+15(%Co)+30(%Al)

Austempering

Fig. 17 Comparación entre Temple Convencional y Austempering

Austempering

3. Se le permite transformarse isotérmicamente a Bainita mientras el acero esta en el baño de sales.

4. Se extrae y se deja enfriar al aire a temperatura ambiente.

Austempering

Fig. 18 Curva de la S para 4 Aceros Diferentes.

Austempering

El éxito del Austemplado depende en gran medida del medio que se use para el tratamiento, y de las características del acero a tratarse.

Se usa en partes mecánicas como eslabones de cadenas, resortes, palancas, bielas y barras estabilizadoras.

Austempering

Fig. 19 Diferencias en la Mecánica de Fractura entre Austempering y Templado Convencional

3.3 Martempering

Es un proceso que consiste en 3 partes:

1. Llevar el acero a la temperatura de austenización y luego templarlo en aceite o en un baño de sales fundidas, a una temperatura superior a la del rango de la martensita.

Martempering 2. Mantener el acero en

el medio de templado hasta que la temperatura promedio de la pieza sea uniforme.

3. Enfriar el acero a una tasa moderada, para prevenir grandes diferencias de temperatura entre la superficie y la sección central.

Fig. 20 Temple en Aceite

Martempering El Martempering no es

un reemplazo para el temple, aunque se llegue a la misma microestructura (Martensita).

A diferencia del temple, en la fase de enfriado tanto la superficie como la sección central se transforman al mismo tiempo.

Fig. 21 Diferencias de Piezas Templadas y Martempladas en Ensayos de Tensión, Impacto y Doblado

Martempering El Martempering se puede modificar con el

fin de templar aceros poco endurecibles, extendiendo el periodo en el cual ocurre la transformación en martensita.

Fig. 22 Diagramas TTT de Temple Convencional, Martempering y Martempering Modificado

3.4 Patenting

Es un tratamiento exclusivo para la manufactura de alambres y cintas troqueladas.

Tiene como propósito facilitar el proceso de manufactura, al permitir microestructuras mas aptas para el trefilado y estirado.

Fig.23 Cinta de Concertina (Razor Wire)

Patenting Se usa en aceros de

alto contenido de Carbono (0,5% a 0,8%)

Pretende reducir la cantidad de cementita libre en los espacios entre granos, y el de permitir la reorientación de la microestructura perlítica.

Fig. 24 Proceso de Trefilado

3.5 Tratamientos Subcero

Es un tratamiento altamente aceptado dentro de la profesión metalúrgica para mejorar la transformación de Austenita en Martensita, y para reducir los esfuerzos internos en fundiciones y partes mecanizadas.

Fig. 25 Enfriado en Nitrógeno Líquido

Tratamientos Subcero Es un tratamiento relativamente nuevo (1942),

que logra con facilidad aumentar el porcentaje de Martensita desde la Austenita Transformada.

A temperatura ambiente, se presenta una relación 80-20 de Martensita-Austenita sin transformar.

Al bajar la temperatura tras el temple a -100°C la relación aumenta a 92-8.

Tratamientos Subcero Su principal aplicación

es la producción de elementos de precisión, alta dureza y tolerancias de fabricación estrictas.

También tiene un gran uso en piezas cementadas con tratamiento de temple.

Fig. 26 Instrumentos de Precisión

3.6 Temple en Agua y en Aceite

Es un tratamiento que consiste en el temple en 2 medios.

Primero en Agua, el cual es interrumpido antes de la temperatura de transformación.

Luego se templa en aceite para así evitar que aparezcan grietas en la pieza.

4. Bibliografía “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Ronald P.

Askeland. 4ta edición Thomson. “Tratamientos Térmicos de los Aceros”. José Apraiz

Barreiro. 7ma edición Dossat-Plaza de Santa Ana. “Metals Handbook”. American Society for Metals .

8va edición, Volumen II. http://www.slideshare.net/xMorfe0x/tratamientos-

termicos-no-2 http://materias.fi.uba.ar/7201/TRATAMIENTOS

%20TERMICOS.pdf

Muchas Gracias por su Atención

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