U-5 ING DE MATLS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS Y SUPERFICIALES DE LOS ACEROS

7/16/2019 U-5 ING DE MATLS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS Y SUPERFICIALES DE LOS ACEROS

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INGENIERÍA DE MATERIALESU

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V TRATAMIENTOS TÉRMOQUÍMICOS Y

SUPERFICIALES DE LOS ACEROS




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V TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS Y


5.1.-DIFUSIÓN Y AUTODIFUSIÓN

LA DIFUSION SE REFIERE A UN FLUJO NETO Y OBSERVABLE DE ÁTOMOS.

ESTA DEPENDE DEL GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN Y DE LATEMPERATURA.

LA TEMPERATURA INFLUYE SOBRE LA CINÉTICA DE LADIFUSIÓN Y LA DIFERENCIA DE CONCENTRACIONESCONTRIBUYE AL FLUJO NETO GENERAL DE LAS ESPECIES QUE SEDIFUNDEN.




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5.2.-VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA DIFUSIÓN

TEMPERATURACONCENTRACIÓNESTRUCTURA CRISTALINATAMAÑO DE LOS ÁTOMOS O IONES




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5.3.-PRIMERA LEY DE FICK LA CAPACIDAD QUE TIENEN LOS ÁTOMOS Y LOS IONES PARADIFUNDIRSE AUMENTA CON LA TEMPERATURA; ES DECIR

AUMENTA LA ENERGÍA TÉRMICA QUE POSEEN LOS ÁTOMOS Y LOS IONES. LA RAPIDEZ DEL MOVIMIENTO DE UN ÁTOMO O UNION, EN RELACIÓN CON LA TEMPERATURA O LA ENERGÍATÉRMICA, SE EXPRESA CON LA ECUACIÓN DE ARRHENIUS:

RAPIDEZ= C0 exp (-Q/RT)CO=CONSTANTER=CONSTANTE DE LOS GASES (1.987 cal/mol.k)T= TEMPERATURA ABSOLUTA EN (K)Q=ENERGÍA DE ACTIVACIÓN (cal/mol) NECESARIA PARA MOVER UN EQUIVALENTE AL NÚMERO DE AVOGADRO, EN ÁTOMOS O

IONES.




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SE PUEDE REEXPRESAR LA ECUACIÓN TOMANDO LOGARITMOSNATURALES DE AMBOS LADOS:

ln (rapidez)=ln (C0

) – Q/RTHAY DOS MECANISMOS IMPORTANTES POR LOS QUE SE PUEDENDIFUNDIR LOS ÁTOMOS O LOS IONES:

DIFUSIÓN DE VACANCIAS

DIFUSIÓN INTERSTICIAL




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ENERGIA DE ACTIVACIÓN:

EL ÁTOMO SE ENCUENTRA ORIGINALMENTE EN UN LUGAR DEBAJA ENERGÍA Y RELATIVAMENTE ESTABLE. PARA PASAR A UNNUEVO LUGAR, EL ÁTOMO DEBE SUPERAR UNA BARRERA DEENERGÍA; ESTA BARRERA ES LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN “Q”

LOS VALORES CARACTERÍSTICOS DE ENERGÍAS DE ACTIVACIÓNPARA DIFUSIÓN DE ÁTOMOS DIFERENTES EN DISTINTOSMATERIALES SE MUESTRAN EN LA TABLA 5-1 (siguiente diap.).

EL TÉRMINO PAR DE DIFUSIÓN SE USA PARA INDICAR UNACOMBINACIÓN DE UN ÁTOMO DE DETERMINADO



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EL TÉRMINO PAR DE DIFUSIÓN SE USA PARA INDICAR UNACOMBINACIÓN DE UN ÁTOMO DE DETERMINADO ELEMENTO

(POR EJEMPLO CARBONO) QUE SE DIFUNDE POR UN MATERIAL ANFITRIÓN (POR EJEMPLO Fe-BCC).

UNA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN BAJA INDICA QUE LA DIFUSIÓNES FÁCIL.

EN LA AUTODIFUSIÓN, LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN ES IGUAL ALA NECESARIA PARA CREAR UNA VACANCIA Y CAUSAR ELMOVIMIENTO DEL ÁTOMO.





ADOLF EUGEN FICK (1829-1901) FUE EL PRIMER CIENTIFICO QUEPRESENTÓ UNA DESCRIPCIÓN CUANTITATIVA DE DIFUSIÓN.

LA VELOCIDAD CON QUE SE DIFUNDEN LOS ÁTOMOS, IONES,

PARTÍCULAS U OTRAS ESPECIES EN UN MATERIAL, SE PUEDE MEDIR CON EL FLUJO “J”. LO QUE AQUÍ INTERESA ES LA DIFUSIÓN DE IONES ÓÁTOMOS.EL FLUJO “J” SE DEFINE COMO LA CANTIDAD DE ÁTOMOS QUEATRAVIESAN UN PLANO Ó UN ÁREA UNITARIA POR UNIDAD DE TIEMPO.LA PRIMERA LEY DE FICK EXPLICA EL FLUJO NETO DE ÁTOMOS:PRIMERA LEY DE FICK:

J= -D dc/dx

J= ES EL FLUJO

D=ES LA DIFUSIVIDAD O COEFICIENTE DE DIFUSIÓN (cm2/S)Dc/dx= GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN (átomos/cm3.cm)





Flujo durante la difusión:





Gradiente de concentración:



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DEPENDIENDO DEL CASO, LA CONCENTRACIÓN SE PUEDE EXPRESAR EN% DE ÁTOMOS (% at.), PORCENTAGE EN PESO(% en peso),PORCENTAJE MOLAR (% mol), FRACCIÓN DE ÁTOMOS Ó FRACCIÓN MOL.LAS UNIDADES DEL GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN Y DE FLUJOTAMBIÉN CAMBIAN EN FORMA CORRESPONDIENTE.

EL SIGNO NEGATIVO EN LA ECUACIÓN INDICA QUE EL FLUJO DE LASESPECIES QUE SE DIFUNDEN ES DE CONCENTRACIONES MAYORES AMENORES, HACIENDO QUE EL SIGNO DE dc/dx SEA NEGATIVO, ENCONSECUENCIA “J” ES POSITIVO.

A ESCALA MICROSCÓPICA, LA FUERZA TERMODINÁMICA IMPULSORA DELA DIFUSIÓN ES EL GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN.

EL GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN INDICA LA FORMA EN QUE LACOMPOSICIÓN DEL MATERIAL VARÍA EN FUNCION DE LA DISTANCIA.





∆C= ES LA DIFERENCIA DE CONCENTRACIÓN A TRAVÈS DE LADISTANCIA ∆X

SE PUEDE PRODUCIR UN GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN CUANDO SEPONEN EN CONTACTO DOS MATERIALES DE DISTINTA COMPOSICIÒN,CVUANDO ESTÁN EN CONTACTO UN GAS O UN LÍQUIDO CON UN SÓLIDO.

EL FLUJO A DETERMINADA TEMPERATURA SOLO ES CONSTANTE SI ELGRADIENTE DE CONCENTRACIÓN TAMBIÉN LO ES, ESTO ES, SI LASCOMPOSICIONES A CADA LADO DEL PLANO DE LA FIGURA 5-14

PERMANECEN INVARIABLES. SIN EMBARGO EN MUCHOS CASOS REALESESAS COMPOSICIONES VARÍAN, A MEDIDA QUE LOS ÀTOMOS SEREDISTRIBUYEN Y EN CONSECUENCIA TAMBIÉN CAMBIA EL FLUJO.





5.4.-MECANISMO DE LA DIFUSIÓNLA CINÉTICA DEL PROCESO DE DIFUSIÓN DEPENDEFUERTEMENTE DE LA TEMPERATURA. EL COEFICIENTE DEDIFUSIÓN “D” SE RELACIONA CON LA TEMPERATURA, DE ACUERDO CON UNA ECUACIÓN DE TIPO ARRHENIUS.D = D0 exp ( -Q/RT)Q=ENERGÍA DE ACTIVACIÓN (cal/mol) DE LA DIFUSIÓN DE LASESPECIES QUE SE CONSIDERAN.R=CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES IDEALES. ( 1.987

cal/mol.k) y “T” ES LA TEMPERATURA ABSOLUTA (K).

D0 ES EL TÉRMINO PREEXPONENCIAL SEMEJANTE A C0





5.5.-SEGUNDA LEY DE FICK FUNCION ERROR DESCRIBE LA DIFUSIÓN DINÁMICA, O ESTADO NOESTACIONARIO, DE LOS ÁTOMOS:

Cs – Cx------------ = erf ( X/2 )Cs – C0

Cs=CONCENTRACIÓN CONSTANTE DE LOS ÁTOMOS QUE SE DIFUNDEN EN LASUPERFICIE DEL MATERIAL.

C0=CONCENTRACION INICIAL UNIFORME DE LOS ÁTOMOS QUE SE DIFUNDENEN EL MATERIAL.

C x=CONCENTRACIÓN DEL ÁTOMO QUE SE DIFUNDE EN EL LUGAR “X” ABAJO DELA SUPERFICIE, DESPUÈS DEL TIEMPO “t” .LA FUNCION “ERF” ES LA FUNCION DE ERROR Y SE PUEDE EVALUAR EN LA TABLA5-3

DT





5.6.-TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS

HAY 5 MÉTODOS PRINCIPALES DE TRATAMIENTO TERMICO

SUPERFICIAL:• CARBURIZACIÓN• NITRURACIÓN• CIANURACIÓN O CARBONITRURACIÓN• ENDURECIMIENTO POR FLAMA• ENDURECIMIENTO POR INDUCCIÓN





5.7.-CEMENTACIÓN O CARBURIZACIÓN DEL ACEROCEMENTACIÓN SÓLIDA, LÍQUIDA Y GASEOSA.

EL ACERO CON BAJO CONTENIDO DE CARBONO (SAE 1020), SE COLOCAEN UNA ATMOSFERA QUE CONTIENE GRANDES CANTIDADES DEMONOXIDO DE CARBONO.LA TEMPERATURA DE CARBURIZACIÓN ES DE (1700 ºF)

Fe + 2 CO Fe © + CO2



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CARBURACIÓN DE ESTA FORMA SE LOGRA HASTA 1.2% C

COMO LA PARTE INTERNA ES DE BAJO CONTENIDO DE CARBONO, LOS

ATOMOS DE CARBONO QUE TRATAN DE ALCANZAR EL EQUILIBROEMPEEZARAN A DIFUNDIR HACIA ADENTRO.

LA RAPIDEZ DE DIFUSIÓN DEL CARBONO EN AUSTENITA, A UNATEMPERATURA DADA, DEPENDE DEL COEFICIENTE DE DIFUSIÓN Y DEL

GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN DEL CARBONO.

DESPUÉS QUE LA DIFUSIÓN HA TENIDO LUGAR POR LA CANTIDAD DETIEMPO REQUERIDA DEPENDIENTE DE LA PROFUNDIDAD DESEADAPARA LA PARTE EXTERNA, LA PIEZA SE SACA DEL HORNO Y SE ENFRÍA.





CARBURACIÓN

LA PROFUNDIDAD DE LA SUPERFICIE DURA PUEDE MEDIRSEMICROSCÓPICAMENTE.




SUERFICIALES DE LOS ACEROSP

CARBURACIÓN



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DE LOS ACEROS

CARBURACIÓN





CARBURACIÓN LA CARBURIZACIÓN COMERCIAL PUEDE LLEVARSE A CABO POR MEDIODE MATERIAL SÓLIDO DE CARBURIZACIÓN, GAS RICO EN CARBONO Y CARBURIZACIÓN POR LÍQUIDO.

CARBURIZACIÓN SÓLIDALAS PIEZAS ESTÁN RODEADAS POR UN COMPUESTO DE CARBURIZACIÓN(CARBON VEGETAL DE MADERA DURA, COQUE Y APROXIMADAMENTE20% DE CARBONATO DE BARIO COMO ACTIVADOR), EN UN RECIPIENTECERRADO. EL RECIPIENTE SE CALIENTA A APROXIMADAMENTE 1100ºC

POR UN TIEMPO REQUERIDO Y LUEGO SE ENFRÍA CON LENTITUD.EL COMPUESTO DE CARBURIZACIÓN ESTA EN LA FORMA DE GRUESASPARTÍCULAS O TROZOS, ASI QUE CUANDO LA CUBIERTA SE SELLASOBRE EL RECIPIENTE, HABRÁ DENTRO DE ESTE SUFICIENTE AIRE ATRAPADO PARA FORMAR MONÓXIDO DE CARBONO.



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CARBURACIÓN

CARBURIZACIÓN POR GAS.-

EL ACERO SE CALIENTA EN CONTACTO CON MONOXIDO DE CARBONO Y/O UN HIDROCARBURO, QUE FACILMENTE SE DESCOMPONE A LATEMPERATURA DE CARBURIZACIÓN. EL HIDROCARBURO PUEDE SER METANO, PROPANO O GAS NATURAL.

CARBURIZACIÓN POR LÍQUIDO.-LA PIEZA SE COLOCA EN UN BAÑO DE ACERO FUNDIDO, DE MODO QUEEL CARBONO SE DIFUNDIRÁ DESDE EL BAÑO HACIA ADENTRO DELMETAL.





5.8.-TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LAS PIEZASCEMENTADAS.COMO EL ACERO SE CARBURIZA EN LA REGION DE AUSTENITA, ELTEMPLADO DIRECTO DESDE LA TEMPERATURA DE CARBURIZACIÓN

ENDURECERÁ TANTO LA PARTE EXTERNA COMO LA INTERNA SI LARAPIDEZ DE ENFRIAMIENTO ES MAYOR QUE LA RAPIDEZ CRÍTICA DEENFRIAMIENTO.POR LO CUAL EL ACERO CARBURIZADO UNA VEZ QUE ES ENFRIADO, SECALIENTA HASTA LA TEMPERATURA DE AUSTENIZACIÓN, SE TEMPLA Y

SE LE DA EL TRATAMIENTO TERMICO DE REVENIDO.LA FIG. 8.74 MUESTRA DIVERSOS TRATAMIENTOS TERMICOS PARA ACEROS CARBURIZADOS Y LA FIG. 8.75 MUESTRA UN ENGRANECARBURIZADO, ENDURECIDO Y REVENIDO.LA PARTE MEDIA DE LA ZONA DE TRANSICIÓN ES DE APROX. 50 HRC









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ACEROS

DESCARBURIZACIÓN

LA ECUACIÓN DE CARBURIZACIÓN DADA ANTERIORMENTE ESREVERSIBLE Y PUEDE PROCEDER A LA IZQUIERDA, ELIMINANDOCARBONO DE LA CAPA SUPERFICIAL SI EL ACERO SE CALIENTA EN UNA ATMOSFERA QUE CONTIENE DIÓXIDO DE CARBONO CO2

LA DESCARBURIZACIÓN ES UN PROBLEMA PRINCIPALMENTE EN LOS ACEROS AL ALTO CARBONO Y LOS ACEROS PARA HERRAMIENTA.

CUANDO UN ACERO ESTÁ DESCARBURIZADO, SE FORMA UNA CAPA DEFERRITA BLANDA, SOBRE LA SUPERFICIE DEL ACERO.

VER FIG. 8.73




ACEROS

DESCARBURIZACIÓN




ACEROS

DESCARBURIZACIÓN

LA DESCARBURIZACIÓN PUEDE PREVENIRSE MEDIANTE UNA ATMOSFERA ENDOTERMICA DE GAS EN EL HORNO, A FIN DE PROTEGER

LA SUPERFICIE DEL ACERO DE LA PRESENCIA DE OXIGENO, DELDIÓXIDO DE CARBONO Y DEL VAPOR DE AGUA.

UNA ATMOSFERA ENDOTERMICA DE GAS PODRIA SER:

40% DE NITROGENO40% DE HIDROGENO20% DE MONÓXIDO DE CARBONO



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DE LOS ACEROS

5.9.- CIANURACIÓN Y CARBONITRURACIÓN

LA PIEZA SE SUMERGE EN UN BAÑO LÍQUIDO DE SAL DE CIANURO DESODIO (NaCN) ENTRE 1400 ºF y 1600 ºF.CON ESTE PROCESO SE PRODUCEN PARTES EXTERNAS MAS DELGADAS

HASTA DE 0,010 PULG.EL CONTENIDO DE CARBONO VARIA DESDE 0.5 HASTA 0.8 %CLA SUPERFICIE ENDURECIDA CONTIENE HASTA 0.5 % DE NITROGENO.

LA MEZCLA QUE MÁS SE UTILIZA ES:

30 % DE CIANURO DE SODIO40% DE CARBONATO DE SODIO30 % DE CLORURO DE SODIO




ACEROS

CIANURACIÓN ESTA MEZCLA TIENE UN PUNTO DE FUSIÓN DE 1140 ºF Y SE CONSERVAESTABLE, EN CONDICIONES DE OPERACIÓN CONTINUAS.

ESTE PROCESO ES PARTICULARMENTE ÚTIL PARA PARTES QUEREQUIEREN UNA PORCIÓN EXTERNA MUY DURA Y DELGADA (0.005”):

• TORNILLOS• PEQUEÑOS ENGRANES

• TUERCAS Y PERNOS





CARBONITRURACIÓN ESTE PROCESO SE LLEVA A CABO EN ATMOSFERAS GASEOSAS ENTRE1400 Y 1600 ºF, ALCANZANDOCE HASTA 0.030” DE PROFUNDIDAD DE LACAPA ENDURECIDA.

EL ACERO SE CALIENTA EN UNA ATMOSFERA GASEOSA DE TALCOMPOSICIÓN QUE EL CARBONO Y EL NITROGENO SE ABSORBENSIMULTÁNEAMENTE.

MEZCLA:GAS PORTADOR.-(NITROGENO, HIDROGENO Y MONOXIDO DE CARBONO)GAS ENRIQUECEDOR.-(PROPANO O GAS NATURAL) AMONIACO.- A LA TEMPERATURA DEL HORNO SE DISOCIA PARA PROPORCIONAR ELNITROGENO A LA SUPERFICIE DEL ACERO. VER FIGURA 8.76





CARBONITRURACIÓN




ACEROS

5.10.-NITRURACIÓN

ESTE ES UN PROCESO PARA ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL DE ACEROS ALEADOS EN UNA ATMOSFERA CONSTITUIDA POR UNA MEZCLA ENPROPORCIONES ADECUADAS DE GAS AMONIACO Y AMONIACO DISOCIADO.

LA EFECTIVIDAD DEL PROCESO DEPENDE DE LA FORMACIÓN DE NITRUROS ENEL ACERO POR LA REACCIÓN DE NITROGENO CON CIERTOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN.

LOS PRINCIPALES ELEMENTOS DE ALEACIÓN QUE FORMAN NITRUROS SON:

ALUMINIOCROMOMOLIBDENO




ACEROS

NITRURACIÓN EL NITROGENO DEBE PROPORCIONARSE EN LA FORMA ATÓMICA O NACIENTE,EN TANTO QUE EL NITROGENO MOLECULAR NO REACCIONARÁ.

LAS PIEZAS QUE SE NITRURAN SE COLOCAN EN UN RECIPIENTE HERMÉTICO, ATRAVÉS DEL CUAL SE PROPORCIONA CONTINUAMENTE LA ATMOSFERA DENITRURACIÓN, MIENTRAS QUE LA TEMPERATURA SE ELEVA Y MANTIENE ENTRE925 Y 1050 ºF.

El CICLO DE NITRURACIÓN ES MUY LARGO, DEPENDIENDO DE LA PROFUNDIDADDE LA SUPERFICIE DURA DESEADA.

VER FIGURA 8.77





NITRURACIÓN





NITRURACIÓN UNA SUPERFICIE ENDURECIDA POR NITRURACIÓN CONSTA DE DOSZONAS DISTINTAS; EN LA ZONA EXTERIOR, LOS ELEMENTOS QUEFORMAN EL NITRURO, INCLUYENDO EL HIERRO, SE HAN CONVERTIDOEN NITRUROS. ESTA REGIÓN QUE VARÍA EN ESPESOR HASTA UNMÁXIMO DE UNOS 0.002 PULG. COMÚNMENTE SE CONOCE COMO CAPABLANCA. EN LA ZONA POR DEBAJO DE ESTA CAPA BLANCA, SOLO LOSNITRUROS ALEADOS SE HAN PRECIPITADO.





5.10.-SULFINIZACIÓN

UNA SUPERFICIE ENDURECIDA POR NITRURACIÓN CONSTA

DE DOS ZONAS DISTINTAS; EN LA ZONA EXTERIOR, LOSELEMENTOS QUE FORMAN EL NITRURO, INCLUYENDO ELHIERRO, SE HAN CONVERTIDO EN NITRUROS. ESTA REGIÓNQUE VARÍA EN ESPESOR HASTA UN MÁXIMO DE UNOS 0.002

PULG. COMÚNMENTE SE CONOCE COMO CAPA BLANCA. ENLA ZONA POR DEBAJO DE ESTA CAPA BLANCA, SOLO LOSNITRUROS ALEADOS SE HAN PRECIPITADO.





5.11.-TRATAMIENTOS SUPERFICIALES; TEMPLE A LALLAMALAS ÁREAS SELECCIONADAS DE LA SUPERFICIE DE UN ACERO SE CALIENTAN ENEL INTERVALO DE AUSTENITA Y LUEGO SE TEMPLAN PARA FORMAR

MARTENSITA; POR LO TANTO SE USAN ACEROS ENRE 0.30% Y 0.60% DECARBONO.

EL CALOR PUEDE APLICARSE MEDIANTE UN SOPLETE DE OXIACETILENO.

EN GENERAL SR UTILIZAN 4 MÉTODOS PARA ENDURECIMIENTO POR LLAMA;(a).-Estacionario (b).-Progresivo ©.-Giratorio (d).-Progresivo giratorio.(a).-ESTACIONARIO.-

TANTO EL SOPLETE COMO LA PIEZA SON ESTACIONARIOS VÀSTAGOS DE VÁLVULALLAVES INGLESAS DE EXTREMO ABIERTO





ENDURECIMENTO POR LLAMA(b).-PROGRESIVO.-EL SOPLETE SE MUEVE SOBRE UNA PIEZA DE TRABAJO ESTACIONARIA; SEEMPLEA PARA ENDURECER PIEZAS GRANDES COMO LA GUÍA O BANCADA DE UNTORNO Y TAMBIÉN SE ADAPTA AL TRATAMIENTO DE DIENTES DE GRANDES

ENGRANES VER FIGURA 8.80

©.-GIRATORIO.-EL SOPLETE ES ESTACONARIO EN TANTO QUE LA PIEZA GIRA; SE UTILIZA PARAENDURECER PIEZAS DE SECCIÓN TRANSVERSAL CIRCULAR, COMO ENGRANAJESDE PRECISIÓN, POLEAS.

(d).-PROGRESIVO-GIRATORIO.-EL SOPLETE SE MUEVE SOBRE UNA PIEZA GIRATORIA, SE UTILIZA PARAENDURECER LA SUPERFICIE DE PIEZAS LARGAS Y CIRCULARES, COMO EJES Y RODETES.





ENDURECIMENTO POR LLAMAEN TODOS LOS PROCEDIMIENTOS, DESPUÉS DE QUE LA SUPERFICIE SE HACALENTADO A LA TEMPERATURA REQUERIDA SE DEBE TEMPLAR RÁPIDAMENTE.

EL MEDIO DE TEMPLE PUEDE SER AGUA ROCIADA O TEMPLANDO LA PIEZA

COMPLETA EN AGUA O ACEITE (O EN AIRE EN ALGUNOS ACEROS).

DESPUÉS DEL TEMPLADO LA PIEZA DEBE LIBERARSE DE ESFUERZOSCALENTANDOLA ENTRE 350 A 400 ºF y ENFRIANDOLA EN AIRE.

LA ZONA ENDURECIDA VARIA DE 1/8 A ¼ DE PULGADA DE PROFUNDIDAD

SUPERFICIES ENDURECIDAS DELGADAS, DEL ORDEN DE 1/16” PUEDENOBTENERSE AUMENTANDO LA VELOCIDAD DE CALENTAMIENTO Y DE TEMPLADO.





ENDURECIMENTO POR LLAMA

ENTRE LAS VENTAJAS DEL ENDURECIMIENTO POR LLAMA ESTÁN SUPORTABILIDAD Y SU ADAPTABILIDAD.

EL EQUIPO PUEDE LLEVARSE AL TRABAJO Y AJUSTARSE PARA TRATAR SOLO EL ÁREA QUE REQUIERE ENDURECIMIENTO.

DESVENTAJAS:(a).-LA POSIBILIDAD DE SOBRECALENTAMIENTO, DAÑANDO DE ESTA MANERA LAPIEZA.

(b).-DIFICULTAD PARA PRODUCIR ZONAS ENDURECIDAS MENORES DE 1/16” DEPROFUNDIDAD.





ENDURECIMENTO POR LLAMA




ACEROS

5.12.-TEMPLE POR INDUCCIÓN

EL CALENTAMIENTO SE EFECTUA POR CORRIENTES INDUCIDAS EN UN METALBAJO LA ACCIÓN DE UN CAMPO MAGNÉTICO RÁPIDAMENTE CAMBIANTE.

LA OPERACIÓN ES SEMEJANTE A LA DE UN TRANSFORMADOR EN EL CUÁL ELPRIMARIO O BOBINA DE TRABAJO ESTÁ CONSTITUÍDO POR VARIAS VUELTAS DETUBERÍA DE COBRE ENFRIADAS POR AGUA Y LA PIEZA QUE VA A ENDURECERSEDESEMPEÑA EL PAPEL DEL SECUNDARIO DE UN APARATO DE INDUCCIÓN DE ALTA FRECUENCIA.

LAS FIGURAS 8.81ª A 8.81e MUESTRA LOS CINCO DISEÑOS BÁSICOS DEBOBINAS DE TRABAJO PARA EMPLEARLOS CON UNIDADES DE ALTA FRECUENCIA.




ACEROS

TEMPLE POR INDUCCIÓN FORMAS BÁSICAS:(a).-SOLENOIDE SIMPLE PARA CALENTAMIENTO EXTERNO

(B).-BOBINA PARA UTILIZARLA INTERNAMENTE EN EL CALENTAMIENTO DEDIÁMETROS INTERIORES.

©.-BOBINA DEL TIPO “PLATO PARA PASTEL” ; DISEÑADA PARA PRODUCIR ALTASDENSIDADES DE CORRIENTE EN UNA BANDA ANGOSTA PARA APLICACIONES ENLAS QUE ES NECESARIO RECORRER LA SUPERFICIE A LO LARGO.

(d).-UNA BOBINA DE UNA SOLA VUELTA PARA RECORRER A LO LARGO DE UNASUPERFICIE GIRATORIA, CON UN ADITAMENTO QUE AYUDARÁ A CALENTAR ELCHAFLÁN

(e).-BOBINA TIPO “TORTA” PARA CALENTAMIENTO LOCALIZADO EN UN PUNTO

ESPECÍFICO.





TEMPLE POR INDUCCIÓN





TEMPLE POR INDUCCIÓN PRINCIPIO DE OPERACIÓN:CUANDO LA CORRIENTE ALTERNA DE ALTA FRECUENCIA PASA POR LABOBINA DE TRABAJO O PRIMARIO, SE FORMA UN CAMPO MAGNÉTICODE ALTA FRECUENCIA, EL CUÁL INDUCE CORRIENTES PARÁSITAS DE

ALTA FRECUENCIA EN EL METAL; EL CALENTAMIENTO RESULTA DE LARESISTENCIA DE ESTE METAL AL PASO DE ESTAS CORRIENTES.LAS CORRIENTES INDUCIDAS DE ALTA FRECUENCIA TIENDEN A VIAJARPOR LA SUPERFICIE DEL METAL, LO CUÁL SE CONOCE COMO EFECTO

DE PIEL ; POR LO TANTO ES POSIBLE CALENTAR UNA CAPA POCOPROFUNDA DEL ACERO SIN CALENTAR EL INTERIOR. SIN EMBARGO EL

CALOR APLICADO A LA SUPERFICIE TIENDE A FLUIR HACIA EL CENTROPOR CONDUCCIÓN; DE ESTE MODO EL TIEMPO DE CALENTAMIENTO ESUN FACTOR IMPORTANTE PARA CONTROLAR LA PROFUNDIDAD DE LAZONA ENDURECIDA.





TEMPLE POR INDUCCIÓN PRINCIPIO DE OPERACIÓN:LA CAPA SUPERFICIAL SE CALIENTA PRÁCTICAMENTE AL INSTANTE, AUNA PROFUNDIDAD QUE ES INVERSAMENTE PROPORCIONAL A LA RAIZCUADRADA DE LA FRECUENCIA.

EL INTERVALO DE FRECUENCIAS COMÚNMENTE UTILIDADO ESTÁENTRE 10,000 A 50,000 Hz

DEBIDO A QUE ESTOS MÉTODOS DE CONTROL DE TEMPERATURA SONINDIRECTOS, LAS CONDICIONES QUE PRODUCEN LA PROFUNDIDAD

REQUERIDA DE LA SUPERFICIE ENDURECIDA SUELEN DETERMINARSEEXPERIMENTALMENTE.

UN PIRÓMETRO DE RADIACIÓN PUEDE UTILIZARCE PARA MEDIR YCONTROLAR LA TEMPERATURA REAL DE LA PIEZA Y MEJORAR LAUNIFORMIDAD DEL ENDURECIMIENTO.





TEMPLE POR INDUCCIÓN

DESPUÉS DE QUE LA PIEZA HA ALCANZADO LA TEMPERATURADESEADA, SE DEBE TEMPLAR RÁPIDAMENTE Y POSTERIORMENTE DAREL TRATAMIENTO DE REVENIDO.

CON ESTE MÉTODO ES POSIBLE OBTENER SUPERFICIES ENDURECIDASMÁS DELGADAS.

APLICACIÓN A PIEZAS CON CONTENIDO DE CARBONO ENTRE 0.30 Y0.60% DE CARBONO.

LOS ACEROS ALEADOS TAMBIÉN PUEDEN ENDURECERCE PORINDUCCIÓN.





5.13.-PROBLEMAS DE APLICACIÓN

5.13.1.-SE HACE UN PROCESO DE CEMENTACIÓN ENUN ACERO CON 0.10% DE “C”, INTRODUCIENDO

1.0% DE “C” EN LA SUPERFICIE, A 980°C, CUANDOEL FIERRO ES FCC. CALCULE EL CONTENIDO DECARBONO A 0.01 cm, 0.05 cm y 0.10 cm BAJO LASUPERFICIE, DESPUÉS DE UNA HORA. (5-66

ASKELAND)






5.13.2.-SE CALIENTA A 912°C HIERRO QUECONTIENE 0.05% DE “C”, DENTRO DE UNA

ATMOSFERA QUE PRODUCE 1.20% “C” EN LASUPERFICIE Y SE MANTIENE ASÍ DURANTE 24HORAS. CALCULE EL CONTENIDO DE CARBONO A0.05% “C” cm BAJO LA SUPERFICIE, SI (5-67

ASKELAND)

A)EL HIERRO ES BCCB)EL HIERRO ES FCC. EXPLIQUE LA DIFERENCIA.






5.13.3.-¿QUE TEMPERATURA SE REQUIERE PARAOBTENER 0.50% DE “C” A 0.5 mm BAJO LA

SUPERFICIE DE UN ACERO CON 0.20% DE “C” ENDOS HORAS, CUANDO HAY 1.10% DE “C” EN LASUPERFICIE? SUPONGA QUE EL HIERRO ES FCC.(5-68 ASKELAND).






5.13.4.-SE VA A CEMENTAR UN ACERO CON 0.15% DE “C” A 1100°C , PARA OBTENER 0.35% DE “C” A 1 mm

BAJO LA SUPERFICIE. SI LA COMPOSICIÓN SEMANTIENE A 0.90 % DE “C” EN LA SUPERFICIE ¿QUETIEMPO SE REQUIERE?. (5-69 ASKELAND).






5.13.5.-SE VA A CEMENTAR UN ACERO CON 0.02 %DE CARBONO A 1200 °C EN CUATRO HORAS, PARA

QUE UN PUNTO QUE ESTÉ 0.6 mm BAJO LASUPERFICIE ALCANCE 0.45% DE “C” . CALCULE ELCONTENIDO DE CARBONO NECESARIO EN LASUPERFICIE DEL ACERO. (5-70 ASKELAND).






5.13.6.-UN ACERO PARA HERRAMIENTAS CON 1.2 %DE “C” SE MANTIENE A 1150 °C EXPUESTO A

OXÍGENO DURANTE 48 HORAS. EL CONTENIDO DECARBONO EN LA SUPERFICIE DEL HIERRO ES CERO;¿A QUE PROFUNDIDAD SE DESCARBURIZARÁ EL

ACERO A MENOS DE 0.20% DE “C”? (5-71 ASKELAND).

Í






5.13.7.-UN ACERO CON 0.80 % DE CARBONO DEBEFUNCIONAR A 950°C EN UN AMBIENTE OXIDANTE,

DONDE EL CONTENIDO DE CARBONO EN LASUPERFICIE DEL ACERO ES CERO. SOLO LOS 0.02 cmDE LA PARTE EXTERNA DEL ACERO PUEDEN BAJAR DE 0.75 % DE CARBONO. ¿CUÁL ES EL TIEMPOMÁXIMO A LA QUE PUEDE OPERAR LA PARTE DEL

ACERO?. (5-72 ASKELAND).

Í






5.13.8.-UN ACERO CON ESTRUCTURA CRISTALINABCC QUE CONTIENE 0.001% DE “N” SE NITRURA A

550 °C DURANTE 5 HORAS, SI EL CONTENIDO DENITROGENO EN LA SUPERFICIE DEL ACERO ES0.08%, DETERMINE EL CONTENIDO DE NITROGENO

A 0.25 mm DE LA SUPERFICIE. (5-73 ASKELAND).

Í






5.13.9.-¿QUE TIEMPO SE REQUIERE PARA NITRURAR UN ACERO CON 0.002% DE NITROGENO PARA

OBTENER 0.12% DE “N” A 0.002 PULG BAJO LASUPERFICIE SI EL TRATAMIENTO SE REALIZA A 625°C?. EL CONTENIDO DE NITROGENO EN CONTACTOCON LA SUPERFICIE ES DE 0.15%. (5-74 ASKELAND).

Í






5.13.10.-SE PUEDE HACER UN BUEN TRATAMIENTOTÉRMICO DE CEMENTACIÓN A 1200 °C DURANTE

UNA HORA. PARA TRATAR DE REDUCIR EL COSTODEL FORRO REFRACTARIO DEL HORNO, SE PROPONEREDUCIR LA TEMPERATURA DE CEMENTACIÓN A 950°C. ¿QUE TIEMPO SE NECESITARÁ PARA ONTENER UNA CEMENTACIÓN EQUIVALENTE?. (5-75

ASKELAND).

Í






5.13.11.-UNA HOJA DE ORO SE UNE POR DIFUSIÓN AUNA HOJA DE PLATA, EN UNA HORA A 700 °C. A 500

°C SE REQUIEREN 440 HORAS PARA OBTENER ELMISMO GRADO DE UNIÓN, Y A 300 °C, LA UNIÓNREQUIERE 1530 AÑOS ¿CUÁL ES LA ENERGÍA DE

ACTIVACIÓN PARA EL PROCESO DE UNIÓN POR DIFUSIÓN? ¿QUE CONTROLARÁ LA VELOCIDAD DEUNIÓN, LA DIFUSIÓN DEL ORO A LA DIFUSIÓN DE LAPLATA? (SUGERENCIA: TENGA EN CUENTA QUE LA VELOCIDAD ES RECIPROCA AL TIEMPO). 5-91 ASKELAND.

Í






5.13.12.-UN ENGRANE DE ACERO CONTIENEINICIALMENTE 0.10 % DE “C”, Y SE VA A CEMENTAR

DE TAL MODO QUE EL CONTENIDO DE CARBONO AUNA PROFUNDIDAD DE 0.05 PULG SEA 0.50%. SEPUEDE GENERAR UN GAS CEMENTANTE PARA QUE LASUPERFICIE TENGA UN CONTENIDO DE ENTRE0.95% Y 1.15% DE “C” . DISEÑE UN TRATAMIENTOTERMICO DE CEMENTACIÓN ADECUADO. (5-93

ASKELAND).

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