UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL ESTADO DE ZACATECAS

TAREARESUMEN DEL CAPITULO 8

TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS METAALES

ALUMNO: FRANCISCO JAVIER GUERRERO GONZALEZ

PROFESOR: JULIAN RAMIREZ CARRILLO

MATERIA: MANTENIMIENTO A PROCESOS DE MANUFACTURA

5-A21 DE ENERO DEL 2013

TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS METALES

El tratamiento térmico involucra varios procesos de calentamiento y enfriamiento para efectuar cambios estructurales en un material, los cuales modifican sus propiedades.

Se pueden ejecutar operaciones de tratamientos térmicos sobre metales en varios procesos de manufactura, en algunos casos se aplica antes del proceso de formado, en otros casos se utiliza para aliviar los efectos de endurecimiento por deformación.

Los principales tratamientos térmicos son:

RECOSIDOS

Es un tratamiento térmico que consiste en calentar el metal a una temperatura adecuada, en el cual se mantiene por cierto tiempo (recalentado), y después se enfría lentamente.

El recocido se realiza sobre un metal en cualquiera de los siguientes casos:

-Para reducir la dureza y la fragilidad.

-Para alterar la microestructura para obtener las propiedades mecánicas deseadas

-Para ablandar el metal y mejorar su formabilidad.

-Para recristalizar los metales trabajados en frío.

-Para aliviar los esfuerzos residuales por los procesos de formado previo.

Se usan diferentes términos para los recosidos dependiendo de los detalles del proceso y la temperatura utilizada.

Recosido total.

Se asocia con metales ferrosos (aceros), el proceso implica calentar la aleación seguida de un enfriamiento lento en el horno. Las partes trabajadas en frio se recuecen frecuentemente para reducir los efectos de endurecimiento por deformación e incrementar su ductilidad. Este proceso permite la recristalización de los metales por medio de las temperaturas, los periodos de recalentamiento y la velocidad de enfriamiento.

Si las condiciones de recocido permite la recuperación total de la estructura de grano original del metal trabajado en frío, entonces ha ocurrido la recristalización,

las condiciones que favorecen a la recristalización son: una temperatura más alta, un tiempo más largo de recocido y una velocidad más baja de enfriamiento.

Las operaciones de recocido se ejecutan algunas veces con el único propósito de aliviar los esfuerzos residuales en la pieza de trabajo causada por los procesos de formado previo, a estos procesos se le denomina recocido para el alivio de esfuerzos los cuales reducen la distorsión y las variaciones dimensionales que pudieran resultar en las partes sometidas a esfuerzos.

FORMACION DE MARTENSITA EN EL ACERO

La martencita es una fase dura y frágil que da al acero su capacidad única de endurecerse a valores muy altos, si el enfriamiento ocurre a una velocidad suficientemente rápida la austenita se transforma en martensita la cual es un fase única que consiste en una solución hierro-carbono cuya composición es igual a la de la austenita de la cual deriva.

La dureza extrema de la martensita resulta de la deformación reticular creada por los átomos del carbono atrapados en la estructura.

PROCESOS DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS

El tratamiento térmico para formar martensita consiste en dos pasos: austenitización y temple. La austenitización implica calentamiento del acero a una temperatura lo suficientemente alta para convertirlo entera o parcialmente en austenita, la transformación implica barios cambios de fase que requiere tiempo y calentamiento en consecuencia, se debe mantener el acero a temperatura elevada por un tiempo suficiente para permitir que se forme la nueva fase y alcance la homogeneidad de composición requerida.

El templado implica que el enfriamiento sea lo suficientemente rápido, la velocidad de enfriamiento depende del medio de temple y velocidad de transmisión de calor dentro de la pieza de acero.

Existen varios medios de temple en las operaciones comerciales de tratamientos térmicos que incluyen:

-Salmuera (agua con sal)

-Agua fresca en reposo

-Aceites en reposo

-Aire

El temple en salmuera suministra el enfriamiento más rápido de las superficies calentadas, mientras que el temple al aire es el más lento, el principal problema es que mientras más efectivo sea el medio de temple en el enfriamiento, es más probable que cause esfuerzos internos, distorsión y grietas en el producto.

El revenido es un tratamiento térmico que se aplica a los aceros endurecidos para reducir su fragilidad, incrementa su ductilidad y tenacidad y aliviar los esfuerzos en la estructura de la martensita. El tratamiento implica calentamiento y mantenimiento a una temperatura por debajo de la eutectoide durante una hora aproximadamente seguido de un enfriado lento. La temperatura y el tiempo del tratamiento de revenido controlan el grado de suavización del acero endurecido, ya que el cambio de martensita no revenida a revenida implica difusión.

TEMPLABILIDAD

El termino templabilidad se refiere a la capacidad relativa de un acero de ser endurecido por transformación a martensita, es una propiedad que determina la profundidad por debajo de la superficie templada a la cual el acero se endurece. Los aceros con buena templabilidad pueden endurecerse más profundamente debajo de la superficie y no requiere de altas velocidades de enfriamiento.

La templabilidad de un acero se incrementa mediante la aleación, los elementos con mayor efecto son el cromo, el manganeso, el molibdeno y el níquel en menor grado. La velocidad de enfriamiento en el espécimen de prueba disminuye con el incremento de la distancia desde el extremo que se templa, la templabilidad es indicada por la dureza del espécimen como una función de la distancia desde el extremo templado

ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACION

El endurecimiento por precipitación involucra la formación de finas partículas que actúan para bloquear el movimiento de las disoluciones y hacer más resistente y duro al metal, es el principal tratamiento térmico para hacer resistentes las aleaciones de aluminio, cobre, magnesio, y níquel y otros metales ferros.

La condiciones que determina si un sistema de aleación puede ser endurecido por precipitación es la presencia de una línea de solvus. Una composición se puede

endurecer por precipitación es aquella que tiene dos fases a temperatura ambiente pero se puede calentar a temperatura tal que disuelva la segunda fase.

El proceso de tratamiento térmico consiste en tres pasos:

1) Tratamiento de la solución: se calienta la aleación a cierta temperatura.

2) Templado: a temperatura ambiente para crear una solución solida saturada.

3) Tratamiento por precipitación: se calienta la aleación a cierta temperatura para provocar la precipitación de partículas finas. A este paso también se le llama ENVEJECIMIENTO y por esto también se le llama proceso de envejecimiento, cuando se lleva a cabo este procedimiento es realizado a temperatura ambiente se usa el termino envejecimiento natural, pero a temperatura elevada se usa el termino envejecimiento artificial.

La continuación del proceso de envejecimiento da como una reducción de las propiedades de dureza y resistencia, a esta reducción se le da el nombre de sobrenvejecimiento similar al del recocido.

ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL

El endurecimiento superficial se refiere a tratamientos aplicados al acero en los cuales la composición de la superficie de la parte se altera por la adicción de carbono, nitrógeno y otros elementos, los tratamientos más comunes son:

-Carburación

-Nitruración

-Carbonitruración

Este proceso se aplica comúnmente en el acero de bajo carbono para lograr una corteza exterior dura resistente al desgaste a este proceso se le da el termino de endurecimiento de capa superficial.

CARBURACION.

Es el tratamiento de endurecimiento superficial más común, implica calentar la parte de acero al bajo carbono en presencia de un medio rico en carbono para que este se difunda dentro de la superficie a esto se le llama carburación de caja.

Existe otro método llamado carburación gaseosa: usando combustible de hidrocarburos tales como el propano, dentro de un horno sellado para difundir el carbono dentro de las partes.

Otro proceso es el de carburación liquida: la cual emplea un baño de sal fundida que contiene cianuro de sodio, cloruro de bario y otros componentes para difundir el carbono de el acero, las temperaturas típicas de carburización se encuentra en la escala de 1600° a 1700°F (875 a 925°C) dentro del rango de la austenita.

NITRURACIÓN

Es el tratamiento mediante el cual se difunde nitrógeno en las superficies de los aceros de aleación especial, para producir una delgada capa dura sin templar. Los métodos de nitruración incluyen la nitruración gaseosa en la cual las partes de acero se calientan en una atmosfera de amoniaco, y la nitruración liquida la cual se sumerge en baños de sales fundidas de cianuro, ambos procesos se llevan a cabo con temperaturas alrededor de 925°F o 510°C.

CARBONITRURACIÓN

Es el tratamiento en el cual el carbono como el nitrógeno se absorben en la superficie del acero en un horno que contiene carbono y amoniaco.

CROMIZACIÓN Y BORIZACIÓN

Estos dos tratamientos son de endurecimiento superficial difunden cromo y boro, el cromizado requiere temperaturas más altas y tiempos más largos de tratamiento que los de endurecimiento superficial.

Este proceso se aplica en aceros bajos en carbono, el borizado se lleva a cabo en aceros de herramientas que tienen aleaciones en níquel y cobalto, el resultado de este proceso es una capa delgada de alta resistencia a la absorción y un bajo coeficiente a la fricción y mejora la resistencia a la corrosión.

MÉTODOS E INSTALACIONES PARA TRATAMIENTOS TERMICOS

Los tratamientos térmicos se ejecutan en los hornos, que pueden usarse para calentar selectivamente la superficie del trabajo o una porción de la superficie, también incluye la fundición de metales para colado, calentamiento previo para trabajos en caliente y medio caliente, soldaduras fuertes, blandas y curado de adhesivos, y procedimientos de semiconductores.

HORNOS PARA TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Los hornos varían en cuanto a tecnología, tamaño y capacidad, calientan las piezas por una combinación de radiación, convección y conducción. La tecnología de calentamiento se divide entre los calentados por combustible y los calentados por electricidad. Los calentados por combustible son calentados directamente, lo cual significa que las partes de trabajo quedan expuestas directamente a los productos de la combustión, esto incluye gases y aceites ligeros que se pueden atomizar como el diesel, petróleo, diáfano o combustóleo.

Los hornos eléctricos usan una resistencia eléctrica para calentar; son mas limpios y silenciosos porque dan un calentamiento más uniforme, pero son más caros en cuanto a compra y operación.

Los hornos se clasifican en carga de lotes y continuos, los de carga por lotes son más simples consisten en un sistema de calentamiento dentro de una cámara aislada con una puerta para cargar y descargar las piezas. Los hornos continuos se usan generalmente para velocidad de producción más alta y proveen un medio para transportar la carga del interior de la cámara de calentamiento.

Para estos tratamientos se requiere de atmosferas especiales como en los tratamientos de endurecimiento, este proceso evita la oxidación excesiva o la descarburización.

Los hornos al vacio son capaces de crear un vacio en la cámara de calentamiento y de calentar las piezas por radiación evitando la oxidación superficial de la pieza y la desventaja es el tiempo requerido en cada siclo para crear el vacio.

Otro tipo de horno son los de baño de sales, son recipientes que contienen sales fundidas como cloruros y nitratos. Los hornos de lecho de fluidez tienen un deposito en el que se encuentran pequeñas partículas internas suspendidas en

una corriente de gases calientes y da como resultado un calentamiento más rápido de las partes sumergidas.

METODO DE ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL SELECTIVO

Estos métodos solo calientan la superficie del trabajo o áreas limitadas de la superficie de trabajo, en este proceso no ocurren cambios químicos, incluyen el endurecimiento por flama, inducción, resistencia a alta frecuencia, por haz de electrones y por rayos laser.

El calentamiento por flama es aquel que utiliza uno o más sopletes seguidos de un enfriamiento o temple rápido, los combustibles incluyen acetileno, propano y otros gases, la operación es de forma manual para regular la flama y la temperatura.

El calentamiento por inducción involucra la aplicación de energía generada electromacneticamente por medio de una bobina de inducción en una parte de inducción de electricidad, este proceso es utilizado en la industria para procesos de soldadura fuerte, blanda y curado de adhesivos. Este proceso puede calentar la superficie, parte dela superficie o la masa entera de la parte, los ciclos de calentamiento son cortos.

El calentamiento por resistencia a alta frecuencia (AF) se utiliza para endurecer áreas especificas de partes de aceros mediante la aplicación de calentamiento localizado por resistencia a altas frecuencias.

El calentamiento por haz de electrones esta técnica es relativamente nueva su aplicación incluye el corte, la soldadura y el tratamiento térmico, este tratamiento implica el endurecimiento de la superficies localizadas del acero. El haz de electrones se genera por medio de un bombardeo de electrones que hace que se caliente, se temple y se endurece la superficie inmediatamente por transferencia de calor. Una desventaja es que se obtienen mejores resultados cuando el proceso se ejecuta al vacio elimina la incrustación de oxidación en la superficie de el trabajo.

El calentamiento por rayo laser es una nueva técnica que incluye el corte, soldadura, medición e impresión y tratamientos térmicos. Laser es un acrónimo de de la frase inglesa amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación. En este proceso se enfoca un rayo de luz coherente de alta densidad en una pequeña área se templa inmediatamente por transferencia de calor al metal circundante.