trat.termofisico del acero
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Un resumen sobre los acerosTRANSCRIPT
UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN Enrique Guzmán y Valle
“Alma Máter del Magisterio Nacional”
FACULTAD DE TECNOLOGÍA
Construcciones Metálicas
TRATAMIENTOS TERMO – FÍSICOS
DEL ACERO
Dr. HUGO FERRO CUELLAR
El hierro.- El hierro es un metal gris que se encuentra en la corteza terrestre en una proporción aproximada del 5,06 % y es por tanto el metal más abundante de la naturaleza. El hierro al igual que algunos otros metales tiene la peculiaridad de cambiar de ordenamiento atómico con la temperatura. • cúbica centrada en el cuerpo CC, con
este ordenamiento atómico, el hierro recibe el nombre Fe “δ” (hierro delta).
• Cúbica centrada en las caras CCC, con esta nueva estructura el hierro recibe el nombre de Fe “γ” (hierro gama).
• CC, convirtiéndose en Fe “α” (hierro alfa).
Alotropía del hierro
Perlita
Austenita
Martensita
Troostita
Sorbita
Bainita Ledeburita
Steadita
Grafito
Ferrita BCC
Cementita
Constitución de
las aleaciones
Fe-C
ESTRUCTURA DE LAS ALEACIONES Fe-C Estructura micrográfica.- El
Elemento fundamental es el
grano, que en los aceros tiene
una gran importancia, por lo que
debe cuidarse su formación y
evolución de su tamaño en los
tratamientos térmicos.
Estructura macrográfica.- Está
formada por la fibra.
Si las inclusiones e impurezas que
tiene el metal son plásticas, se
alargaran en el sentido de la forja,
formando la fibra.
DIAGRAMA DE EQUILIBRIO DEL SISTEMA Fe-C
Cada aleación
Fe-C que tiene un
% de C diferente
tiene una
personalidad
interior muy
particular. Para
conocerla de una
manera practica
empleamos el
diagrama de
equilibrio del
sistema Fe-C,
que sirve para
conocer la fase o
fases existentes
en una aleación
que tiene una
determinada
composición
química.
ACEROS
El acero no es un metal puro sino lo que
conocemos como una aleación de Fe y
carbono.
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
Aceros
al crisol
Aceros
eléctricos
Aceros
Siemens
Aceros
Thomas
Aceros
Bessemer
1. Según su
fabricación
2. Según el
porcentaje de C.
Aceros hipoeutectoides, Son aceros cuyo porcentaje
de C es inferior al 0.89% de C.
Aceros eutectoides,
Son aceros que tienen
igual a 0.89% de C.
Aceros hipereutectoides, Son aceros cuyo porcentaje
De C es mayor al 0.89%.
3. Según el grado
de desoxidación
Aceros calmados Son los que se han
desoxidado completamente
y al solidificarse no
desprenden gases.
Aceros efervescentes Son los que se han
desoxidado incompletamente
y al solidificarse desprenden
abundantes gases.
Brida
4. SEGÚN SU COMPOSICIÓN
Aceros de alto %C (2 >
%C > 0.55 - SAE desde
1055 a 1095).- Se usan
en aplicaciones en las
que es necesario
incrementar la resistencia
al desgaste y conseguir
altos niveles de dureza.
4.1 Aceros al carbono, son aquellos que están formado fundamentalmente
por hierro y carbono.
Aceros de bajo
%C(%C < 0.25 - SAE
desde 1005 a 1015).-
Estos aceros son
usados para piezas
que van a estar
sometidas a un
conformado en frío.
fleje de acero al carbono SAE 1095 Barras de acero SAE 1045 trefiladas
Aceros de medio %C (0.25
< %C < 0.55 - SAE desde
1035 a 1053).
Son seleccionados en usos
donde se necesitan
propiedades mecánicas más
elevadas y llevan tratamiento
térmico de endurecimiento.
4.2. Aceros aleados, son los que además de contener un
determinado % C e impurezas, poseen otros elementos de aleación
en cantidades considerables.
Aceros de baja aleación
(elementos aleantes < 5%).-
Cuando se agrega otros elementos
de aleación se puede mejorar
algunas propiedades de los aceros
como resistencia a temperaturas de
hasta 600ºC, dureza, resistencia al
desgaste, etc.
Aceros de alta aleación
(elementos aleantes > 5%).- con
mayores contenidos de elementos
aleantes y menores contenidos de
carbono se eleva la resistencia a la
corrosión y a temperaturas criticas
como los aceros austeníticos
(inoxidables) que tienen alta
resistencia a la corrosión y alta
tenacidad a bajas temperaturas.
PROPIEDADES DE LOS ACEROS
Propiedades atómicas
y cristalinas
Propiedades Eléctricas
Propiedades Ópticas
Propiedades Térmicas
1. Propiedades
físicas
3. Propiedades
tecnológicas
Soldabilidad son los
materiales que por unión de
las sustancias respectivas
pueden conseguir una
cohesión local.
Templabilidad indica
que la dureza del material
puede modificarse por
transposición de partículas.
Colabilidad, se funden
y pueden colarse en moldes a
temperaturas rentables.
Mecanizabilidad son
mecanizables por corte o
arranque de viruta.
Maleabilidad son los
materiales sólidos que por
la acción de fuerzas admiten
una variación plástica de
su forma.
3. Propiedades
mecánicas
Resistencia es la oposición
al cambio de forma y a la
Separación.
Ductibilidad es la propiedad
de alargarse o deformarse por acción
de los golpes, sin romperse, ni
agrietarse.
Dureza se designa como la
resistencia que opone a la
penetración de otro cuerpo.
Fragilidad es la facilidad
con que un material se
quiebra si está sometido a un
esfuerzo de choque, golpe
o de flexión
Tenacidad propiedad de
los cuerpos de resistir a los
esfuerzos de tracción,
deformándose antes
de romperse.
Elasticidad es la
propiedad de recobrar su
forma primitiva cuando cesa de
obrar aquella fuerza exterior.
RECONOCIMIENTO DE LOS ACEROS
Por medio de la chispa
Debemos esmerilar
levemente un extremo
de la pieza hasta que
despida chispas.
Por medio del sonido
Se debe soltar
repetidamente la pieza
de acero sobre un
piso de cemento o
sobre un ladrillo nunca
sobre mármol de trazos.
Por medio de la rotura
Hacer una incisión con
una herramienta de corte
suficiente como para
romperla, dar un golpe
hasta romperla
totalmente
Normalizado
Recocido
Tratamientos termo – físicos……..
Temple
Revenido
Cementación
Cianuración
Tratamientos termo – químicos… Nitruración
Carbonitruración
Sulfinuzación
En caliente: Forja
Tratamientos mecánicos……………
- Deformación profunda
En frío
-Deformación superficial
Cromado duro
Tratamientos superficiales………..
Metalización
TRATAMIENTOS DE LOS METALES
CLASIFICACIÓN
TRATAMIENTOS TERMO – QUÍMICOS
Son operaciones de calentamiento y
enfriamiento de los metales, completadas
con la aportación de otros elementos a la
superficie de las piezas.
Sulfinuzación, incorporar acero,
carbono, nitrógeno y sobre todo azufre
mediante su inmersión en un baño.
Cianuración, empleando
para el tratamiento, un
baño que contiene sales
a base de cianuro.
Cementación, Consiste
en calentar el material a
altas temperaturas en un
medio rico en carbono.
Nitruración, las piezas
absorben nitrógeno al ser
calentadas en un medio
rico de este elemento.
Carbonitruración, el material absorbe
carbono y nitrógeno, elementos que le
confiere gran dureza superficial.
TRATAMIENTOS MECÁNICOS
Son operaciones de deformación de los metales
realizadas con el objeto de mejoran las propiedades
mecánicas.
En caliente.- Se denomina
también forja y consiste en
deformar el metal, una ves
calentado a temperatura
elevada.
En frío.- Consiste en deformar
el metal a la temperatura
ambiente, bien sea golpeándolo
o por trefilado y laminación.
TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
Metalización.- consiste en
proyectar un metal fundido o en
estado plástico pulverizado
sobre superficie de otro.
Cromado duro.- Confiere a la
capa del cromo depositado
propiedades muy superiores a la
obtenida por medio del cromado
corriente decorativo.
Son procesos donde se deposita un metal, sobre la
superficie del metal base.
TRATAMIENTOS
TERMO – FÍSICOS
DEL ACERO
FUNDAMENTOS DEL TRATAMIENTO
TERMO- FÍSICO Son procesos térmicos a que se someten los aceros para
modificar su estructura y constitución, pero no su
composición química. El objeto de estos tratamientos es
mejorar las propiedades mecánicas de los aceros,
obteniendo unas veces mayor dureza y resistencia mecánica
y otras mayor plasticidad para facilitar su conformación.
ETAPAS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO - FÍSICO
Calentamiento.- Esta etapa consiste
en elevar la temperatura del material
hasta que la estructura de este se
transforme o modifique.
Duración del calentamiento.-
Depende del tratamiento térmico, de
las dimensiones de las piezas y de
las características de la aleación.
Enfriamiento.- Tiene mucha
importancia porque de ella dependen
las propiedades y características
finales, con las que quedan los
materiales después de ser tratados.
NORMALIZADO
CLASIFICACIÓN DE LOS TRATAMIENTOS TERMO - FÍSICOS
El normalizado sirve
para refinar los
granos, afinar su
estructura, eliminar
tensiones internas
y elevar las
propiedades
mecánicas de los
aceros
Es un tratamiento
que se da a los
aceros para que
queden con l os
constituyentes y
características que
puedan considerarse
normales o propios
de su composición.
ETAPAS DEL NORMALIZADO
Calentamiento.- Las
piezas que van a ser normalizadas,
Se deben calentar a una
temperatura de 40º a 50ºC
superior a la crítica.
Enfriamiento.- Se
realiza en el aire tranquilo, esto
se hace con el fin de obtener una
estructura fina y uniforme en
el material tratado.
Permanencia.- este
tiempo es generalmente corto,
dependiendo de la rapidez con
que se haya efectuado el
calentamiento del
material.
% de Carbono
Temperatura °C
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
935
910
880
860
840
Temperaturas recomendadas para el normalizado de los
aceros al C.
Características obtenidas del normalizados en aceros al
carbono de 25mm de diámetro.
% de C Temperatura R
Kg/mm2
E
Kg/mm2
A
%
0. 15
0.30
0.50
925
880
840
45
58
70
27
35
42
27
20
16
Microestructuras X100 de aceros de 0.20% y 0.40% de C Normalizados
Recocido Con este tratamiento se consigue ablandar los aceros y las
fundiciones, con el objeto de que estos materiales puedan ser
maquinados fácilmente. El fin del recocido es la obtención de la
estructura equilibrada, la eliminación de las tensiones residuales
y en relación con esto, la elevación de las propiedades
mecánicas y tecnológicas
De austenización completa – De
regeneración
Se caracterizan por ser tratamientos
de ablandamiento, con los que los
aceros quedan con estructuras
perlíticas.
De austenización incompleta -
Globular de austenización
incompleta
Se emplea para facilitar el maquinado
de los aceros, dejándolos con una
dureza menor que la obtenida con el
recocido de regeneración.
1.Recocidos Supercríticos
Clases de recocidos
Globular, Sirve para eliminar las
tensiones internas
y ablandar el
Material.
De estabilización
tensiones internas que
quedan frecuentemente
en las piezas,
complicadas
Contra acritud
Recristalización de
la ferrita, recobrando el
acero su maleabilidad
y ductibilidad
inicial
De ablandamiento
La ventaja de este
tratamiento es que es
muy sencillo,
rápido.
2. Recocidos
subcríticos
3. Recocidos isotérmicos De austenización completa
Este tipo de recocido térmico se da
cuando la temperatura de
calentamiento ha sido superior a la
critica Ac3, y al terminar el
calentamiento el acero está formado
por austenita.
De austenización incompleta
La temperatura de calentamiento está
comprendida entre la temperatura crítica
y la superior crítica, en este tipo de
recocido la perlita solamente se habrá
transformado en austenita al terminar el
calentamiento.
Aplicación de los recocidos isotérmicos
Este tratamiento se emplea mucho para el recocido de los aceros de herramientas de
alta aleación por durar aproximadamente la mitad de tiempo que el recocido de
regeneración clásico.
Normas para el
recocido
Velocidad de calentamiento.- Evitar diferencias de temperaturas
fuertes entre las partes exteriores e
interiores, lo que podría crear
tensiones internas.
Temperatura de recocido.- Depende de la composición del
acero, del grado de acritud a
eliminar, y del objeto deseado.
Permanencia a la
temperatura.- Por cada
50mm de espesor de la pieza,
se requiere una hora de
permanencia en el horno.
Enfriamiento después del
recocido.- Ha de ser
necesariamente muy lenta para
permitir la formación de
estructuras estables de dureza.
Temple El temple en los aceros consiste en un calentamiento a temperatura
ligeramente más elevada que la critica superior para transformar
Toda la masa de acero en austenita, seguido de un enfriamiento
suficientemente rápido para transformar a la austenita en martensita.
Permanencia, la duración
de calentamiento varía de
acuerdo al espesor de las
piezas y a la composición
del material.
Enfriamiento, se debe enfría
a velocidades superiores a la
crítica, la transformación de
austenita en martensita es casi
total.
Calentamiento,esta
etapa tiene por objeto
transformar a toda la
masa del acero en
austenita.
Etapas del
temple
Factores que influyen
en el temple
Tamaño de las piezas
Composición del
acero
+ %C
Temple enérgico
Medios de
enfriamientos Tamaño del grano
grano grueso –
Grano fino +
Baja dureza • Temperatura insuficiente
• Permanencia excesiva
• No destrucción de la
camisa de vapor
Deformaciones
•Calentamiento excesivo
• Calentamiento irregular
• Falta de apoyos adecuados
• Enfriamiento irregular
• Excesiva complicación en
las formas
Fragilidad excesiva • Exceso de temperatura y
permanencia excesiva. • Calentamiento a temperatura
Elevadísima.
• Calentamiento irregular
defectos durante
el temple
Grietas y roturas
• Por calentamiento demasiado
rápido. • Forma irregular,
con ángulos agudos y aristas
pronunciadas y secciones
débiles
Clases de temple
Normales Interrumpidos Isotérmicos Superficiales
De austenización
completa
De austenización
incompleta
En agua y
aire
En agua y
aceite
Martempering
Austempering
Por inducción
Oxiacetilénico
Limas
Revenido Es un tratamiento que se da a las piezas de acero que han sido
previamente templadas. Este tratamiento consiste en calentar el
acero a una temperatura inferior a la crítica, y enfriándolo después
generalmente en aire, aunque algunos tipos de acero se enfrían en
agua o aceite.
Estado inicial
de la pieza
Factores que
influyen
en el revenido
Influencia de
la
temperatura
Tamaño de las
piezas
Duración del
calentamiento
Clases de revenido
Bajo
150º - 200º C
Medio
350º - 450ºC
Alto
550º - 680ºC Doble revenido
Con él se reduce
las tensiones internas
pero se conserva
la estructura
martensíticas.
Se utiliza para
herramientas de corte
y medición.
Se reduce
considerablemente
la dureza, viscosidad
y límite de resistencia,
y aumenta el límite
de elasticidad y el de
proporcionalidad.
En este caso ocurre la
disminución de la
dureza y el aumento
de la viscosidad. Este tipo de revenido se
utiliza para las piezas
sometidas a altas
cargas de impacto.
Después del temple.
A los aceros rápidos e
indeformables,
con un % elevado de
cromo, empleados
para la construcción
de herramientas,
MEDIOS Y APARATOS PARA TRATAMIENTOS
TERMO - FÍSICOS
Medios de calentamiento
Medios de enfriamiento
Aparatos para control
de temperaturas
Hornos
Fraguas
Baños de agua
Baños de aceite
Baños de sales
Baños de plomo fundido
Al aire
Sustancias sólidas en polvo
Enfriamiento en el horno
Lápices
Termómetros
Pares termoeléctricos
Pirómetros ópticos
Hornos.- son de muy diferente forma tamaño y sistema de calefacción,
adaptándose sus características al tratamiento a efectuar e incluso a la
producción y condiciones del taller en que se emplean.
1. Los hornos de mufla, se utilizan bastante para tratamientos
corrientes, pues en estos hornos las piezas quedan
Completamente aisladas de las llamas y gases de la
Combustión.
2. Hornos de baños de sales, En los hornos de este tipo las piezas se
calientan por inmersión en un baño de sales fundidas, cuya temperatura
se va elevando hasta alcanzar la correspondiente al tratamiento.
Ventajas • Calentamiento unas tres veces más rápido.
• Calentamiento uniforme.
• Menos deformación de las piezas.
• Calentar solo una parte de la pieza.
Tipos de sales
• Sales de bajo punto de fusión (150–550ºC)
mezclas de nitratos alcalinos, E baños de
revenido a baja temperatura.
• Sales de punto de fusión medio
(500–750ºC) mezclas de cloruros alcalinos.
E baños de revenido de los aceros y para
precalentamiento en general.
• Sales de alto punto de fusión (600–900 ºC)
mezclas de cloruros y carbonatos de bario,
E baños de recocido y austenización.
Añadiendo una proporción adecuada de
cianuro sódico, sirven para cementación.
• Sales de muy alto punto de fusión
(1050–1350 ºC) formadas principalmente
por cloruro de bario. Se emplean para
calentar aceros especiales para su
temple y recocido.
3. Hornos eléctricos
Hornos de crisol Estos hornos se emplean normalmente
para tratamientos que no requieran
temperaturas superiores a los 950 ºC.
Electrodos sumergidos El baño se calienta con el calor desarrollado
por un arco voltaico que salta entre dos o
más electrodos sumergidos en el crisol que
contiene las sales
Horno de crisol
1 Forro de plancha
2 material aislante
3 Mampostería
refractaria
4 Crisol
5 Elementos de
calefacción
1 Forro de plancha
2 Material aislante
3 Refractario
poderoso
comprimido
4 Crisol
5 Electrodos
6 Transformador
7 Baño de sales
4.Hornos de atmosfera controlada En los hornos de este tipo la
calefacción es por resistencias
eléctricas dispuestas alrededor de un
recipiente en el que se colocan las
piezas y por el que se hace circular
una atmosfera apropiada que se
controla periódicamente.
5. Hornos de inducción Estos hornos se calientan basándose
en el principio de la inducción
electromagnética.
- Para piezas muy gruesas se usan
bajas frecuencias, con tensiones
pequeñas y grandes intensidades.
-Para piezas finas se emplean
frecuencias altas, con tensiones
elevadas e intensidades reducidas.
Fraguas
Fraguas portátiles Está formado por una bandeja, que
contiene el combustible, empleado
para calentar la pieza y un ventilador,
encargado de avivar la combustión.
Puedes ser manual o eléctrico.
Fraguas Fijas Disponen de un hogar donde se produce
la combustión del combustible. También
disponen de una campana para la
extracción de humos, y de un ventilador
para impulsar el aire, suele ser manual
Medios de
enfriamientos
Baños de aceite Usado para templar
aceros aleados y
aceros con alto %C.
Baños de agua Este medio se utiliza
especialmente en el temple
de aceros de bajo %C.
Sustancias sólidas en polvo Los más usados son la ceniza,
arena, tierra refractaria u otra
sustancia incombustible y
mala conductora del calor
Aire a presión se usa para templar
aceros de alta aleación. El aire
tranquilo se utiliza en el
normalizado, en el revenido y
en el recocido subcrítico.
Baños de plomo fundido Se emplean para templar
herramientas de aceros
especiales, muelles y
alambres “cuerdas de
piano”.
Baños de sales se usan a temperatura
entre 150 y 1300° C.
Horno Se consiguen las velocidades de
enfriamiento más bajas, para
efectuarlo se apaga el horno y
se deja enfriar con la tapa cerrada
Condiciones para
el enfriamiento
Deben ser agitadas enérgicamente,
con el fin de eliminar la capa de
vapor que se produce alrededor
de la misma, al entrar en contacto
con el agua o el aceite.
Las piezas de forma alargadas
se deben introducir en el baño,
en posición vertical y su
agitación debe realizarse de
arriba hacia abajo.
Las piezas alargadas o de poco
espesor deben enfriarse en posición
vertical, para lograr esta condición,
puede utilizarse soportes guías,
u otros dispositivos especiales.
APARATOS PARA CONTROL DE TEMPERATURAS
Al ojo
Se puede realizar
por medio:
• Lápices
• Termómetros
• Pares termoeléctricos
• Pirómetros
Al juicio Cuando el operario se vale de su
experiencia, de acuerdo a la gama
de colores que presenta el acero
a determinada temperatura
Métodos para controlar la temperatura
Lápices, cambian de color
a cierta temperatura, cuando
se frota en el material.
120º 600º
Termómetro de resistencia
eléctrica, se basa en la variación
que en su resistencia eléctrica
experimenta un hilo metálico,
al variar su temperatura. 200º - 1100º
Pirómetros ópticos
Son usados cuando las
medidas que se debe medir
son alta. Se aprecia la
temperatura por comparación
de filamentos.
Sarita