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METALOGRAFÍA Y TRATAMIENTOS TÉRMICOS. Trabajo práctico: Tratamientos térmicos. RECOCIDO ISOTÉRMICO. TRATAMIENTO ISOTÉRMICO PATENTING.

Profesor: Veron, Ricardo. Jefe TPs: Martire, Hugo. Kalbermatter, Eduardo Alumno: Kalbermatter,

5° año de Ingeniería Mecánica Mecánica

AÑO 2018

Asignatura: Metalografía y tratamientos térmicos.

Contenido INTRIDUCCION ...............................................................................................................................2 RECOCIDO ISOTÉRMICO

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PATENTING ......................................................................................................................................8 BIBLIOGRAFIA. .............................................................................................................................11

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Asignatura: Metalografía y tratamientos térmicos.

INTRIDUCCION

RECOCIDO. El recocido es un tratamiento térmico que consiste en calentar un producto siderúrgico durante un cierto tiempo, en general a una temperatura mayor que la del punto crítico superior, para luego dejarlo enfriar según una ley de enfriamiento impuesta o seleccionada (generalmente dentro del horno). En general el tratamiento se caracteriza entre otras cosas por reducir la acumulación de energía interna (que puede haber producido por ejemplo un trabajo de deformación  plástica en frio), gran parte de las dislocaciones, defectos reticulares y de las fuentes que originan y multiplican tales efectos, así como la energía acumulada por otros orígenes, como son tratamientos térmicos, precipitaciones, difusión, autodifusión, efectos de borde de grano etc. Es decir, que el acero recocido se caracteriza por  presentar el nivel más bajo de energía interna acumulada. El recocido se aplica a los productos siderúrgicos para obtener entre otros algunos de los siguientes objetivos. 1) Homogenizar y remover la desigual concentración de una solución sólida. 2) Reducir o eliminar la heterogeneidad de la estructura proveniente de la solidificación. 3) Regenerar o afinar la estructura cristalina del acero sobrecalentado. 4) Regula, modificar o eliminar la desigualdad de las características mecánicas. 5) Ajustar el tamaño de grano. 6) Recristalizar el acero que ha sufrido un tratamiento de deformación plástica en frio. 7) Destruir la acritud y las tensiones internas producidas en el acero por un tratamiento mecánico de deformación plástica en frio. 8) En piezas trabajadas en frio, para evitar que luego de enderezadas, al quedar tensionadas vuelva a curvarse cuando el sobre metal se quite por corte de herramienta. 9) Obtener baja dureza, restaurar y aumentar la ductilidad y tenacidad, facilitando y mejorando la maquinabilidad. 10) Eliminar tensiones provenientes de enfriamientos desiguales. 11) Establecer un medio de comparación entre los aceros 12) Eliminar o remover gases ocluidos en el metal. 13) Producir una reorientación de los granos. 14) Modificar la microestructura y desarrollar la más conveniente para el temple. 15) Producir la gratificación de la función blanca 16) Producir la gratificación de determinados aceros y fundiciones grises. 17) Modificar características eléctricas o magnéticas. Página 2 de 11 INTEGRANTES: Kalbermatter, Eduardo; Original.

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18) Atenuar, reducir o eliminar las tensiones internas de las estructuras soldadas. 19) Regenerar, mejorar y uniformar el grano de los constituyentes de la estructura soldada. 20) Si se lo realiza en atmosferas adecuadas el objetivo es obtener superficies  brillantes. 21) Eliminar o regenerar la estructura de un tratamiento anterior. 22) Engrosamiento del grano para mejorar templabilidad y maquinabilidad. 23) Realizar las condiciones establecidas para el recocido, temperatura y tiempo, y luego practicar el enfriamiento en un medio ligeramente inferior al  punto crítico A1, permaneciendo en tales condiciones (temperatura constante) hasta lograr la transformación total de la austenita en un agregado de ferrita y cementita. El enfriamiento final se realiza al aire a temperatura ambiente. Este tipo de recocido además de producir una estructura homogénea que favorece la maquinabilidad, se caracteriza por su considerable menor duración, con respecto al de recocido de enfriamiento continuo. Este hecho representa una considerable economía en el tratamiento.(recocido isotérmico) Cada uno de los objetivos citados y aún más se obtienen mediantes diferentes tratamientos de recocido cada uno con sus particularidades, en este caso desarrollaremos recocido isotérmico. RECOCIDO ISOTÉRMICO Entre las numerosas aplicaciones industriales de la curva "S" o de Bain, se debe incluir al recocido cíclico o isotérmico, que se caracteriza por una reducción considerable de la duración del tratamiento, disminuyendo hasta valores mínimos las tensiones internas y las posibilidades de deformación y/o riesgos de fisuras o roturas.

El acero al carbono y, sobre todo los aleados, tienen un aleado para su efectividad y economía en el recocido isotérmico, para modificar su dureza a valores convenientes  para el mecanizado. El recocido isotérmico en principio consiste en: 1) Calentar el producto siderúrgico hasta estado austenítico y mantenerlo en esas condiciones el mismo tiempo que se emplea para el recocido completo. 2) Enfriarlo rápidamente en otro horno de aire caliente con circulación forzada o baños de sales, que debe estar a menor temperatura, generalmente por debajo del punto crítico inferior (temperatura variable según el acero, aproximadamente 680 a 800 °C). 3) Mantener el metal a temperatura constante durante el tiempo necesario  para que se produzca la descomposición isotérmica de toda la austenita. Página 3 de 11 INTEGRANTES: Kalbermatter, Eduardo; Original.

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4) Concluido el ciclo anterior, el producto siderúrgico se enfría al aire. La ventaja de este recocido, como se verá a continuación en los diagramas y cifras obtenidas, estriba en la reducción considerable de todo el ciclo, en particular en los aceros aleados que tienen que enfriarse con una velocidad controlada, muy lenta para hacer posible el logro de bajas durezas. Desde el punto de vista estructural otra de las ventajas que ofrece este tratamiento térmico consiste en que la estructura obtenida es la más homogénea, porque la temperatura se iguala en la segunda etapa, y la transformación es simultánea en toda la masa del metal, durante el tiempo de permanencia a temperatura constante; vale decir, que de esta manera la transformación en todo el producto siderúrgico se produce con la misma velocidad. Además, el recocido isotérmico mejora la maquinabilidad y el grado de terminación superficial, reduce el riesgo de deformaciones y permite en muchos casos de piezas forjadas, aprovechar el calor residual (temperatura final de forja que siempre es superior a 700 °C) para introducirlas en otro horno y realizar la segunda parte del ciclo. El estado superficial en piezas pequeñas, sobre todo cuando el tratamiento concluye en  baños de sales fundidas, se mantiene bien. Es interesante hacer notar la conveniencia de este tratamiento, para aceros laminados o forjados que suelen, luego del enfriamiento al aire, alcanzar entre 100 y 120 kg/mm2 de tensión de rotura para medio carbono, valor que se incrementa en los aceros aleados, llegando hasta 50 a 56 Rockewell C. Sobre la base de estos números es conveniente efectuar algunas reflexiones. Es necesario y conveniente evitar, luego del trabajo de deformación plástica en caliente, el enfriamiento rápido al aire, porque, además de obtener durezas heterogéneas que no se pueden controlar durante el proceso, se corre el riesgo de que se produzcan lesiones en la etapa final de enfriamiento y que las desiguales variaciones volumétricas den lugar a elevadas tensiones internas, estados frágiles y a la posibilidad de que puedan originarse fisuras. En la figura 1 se han esquematizado los dos ciclos correspondientes al recocido completo, con enfriamiento continuo y al recocido isotérmico. En la figura 2 se han trazado sobre un mismo diagrama TTT, los dos sistemas de enfriamiento: el segmento AB en el isotérmico, indica la duración del tratamiento a temperatura constante TÍ y las curvas de enfriamiento representadas por Ht, H2 y H3 corresponden a ciclos continuos con tres velocidades de enfriamiento distintas.

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Los constituyentes estructurales resultantes en los dos casos, están íntegramente representados por perlita laminar y ferrita. En las tablas de valores 1 y 2 se han indicado los tiempos para las formas de enfriamiento, correspondientes, respectivamente, a un acero con 1 % de carbono y otro al tungsteno para matrices de trabajo en caliente.

Al acero para matrices de corte, llamado indeformable o indiferente con carbono 2 % y cromo 12 %, que ofrece dificultades para llevarlo a durezas compatibles con un buen mecanizado, se le puede practicar el siguiente tratamiento isotérmico, sobre la base de su diagrama TTT: Página 6 de 11 INTEGRANTES: Kalbermatter, Eduardo; Original.

Asignatura: Metalografía y tratamientos térmicos. 1) Calentar para austenizar a 925 °C, con

mantenimiento según la dimensión de

la pieza, no menos de dos horas. 2) Enfriar rápidamente en un baño de sales fundidas a 780 "C y mantenerlo a temperatura constante, durante cuatro horas. 3) Enfriar al término del ciclo anterior al aire. La dureza resultante está comprendida en torno a 225 Brinell. En los tratamientos esquematizados en la figura 3, para un acero rápido (W =B 18 %, Cr = 4 % y V = 1 %), los resultados obtenidos por Peter Payson (Jefe de la sección experimental de Crucible Steel Company of America), que fue uno de los primeros investigadores que aplicó este tratamiento, se señalan los valores logrados en muestras  pequeñas, en ensayos efectuados en laboratorio. Se observa que los juegos de probetas fueron austenizados a 875 8C, durante una y doce horas, y después sumergidas en un  baño de sales a 780 °C, manteniéndolas en esas condiciones durante tiempos variables, entre diez minutos y seis horas. Concluido el ciclo siempre fueron enfriadas en agua. Es digno de hacer notar que con tiempos breves, aproximados a las tres horas y media, se consiguen durezas de alrededor de 260 Brinell, que hace susceptible su mecanizado sin inconvenientes. El recocido isotérmico en grandes cargas de horno (20 a 30 toneladas) no es posible su aplicación, dado que el enfriamiento de toda la masa no es factible de realizarlo, ni rápidamente ni en forma uniforme, a la temperatura isotérmica. Esto es bien atendible,  puesto que siendo el volumen muy considerable, no es accesible lograr la uniformidad de temperatura en los distintos puntos; por consiguiente, el resultado final conduce a estructuras no uniformes y, por ende, el material podrá no poseer la dureza adecuada. A una determinada temperatura, el proceso se inicia luego de un tiempo y concluye en otro; resulta obvio hacer recalcar la necesidad imprescindible de conocer concretamente la composición química, tamaño de grano y la curva de la "S" del acero que se va a tratar.

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PATENTING El patenting es un tratamiento termomecánico que se aplica en la fabricación de alambres de alta resistencia y que consiste en coordinar ciclos continuados y alternados de calentamiento y enfriamiento, en general en baño de plomo fundido seguido de deformaciones (trefilado) sucesivas del diámetro del alambre hasta lograr las dimensiones y características mecánicas deseadas. El proceso consiste en calentar el alambre hasta una temperatura superior al punto crítico A3 (logrando la austenización completa) y luego enfriarlo rápidamente en un  baño de plomo o sales fundidas que se encuentra a una temperatura por debajo del  punto crítico inferior; a continuación se trefila el metal y se repite este ciclo cuantas veces se considere necesario para lograr el objetivo deseado. Uno de los procesos utilizados consiste en hacer pasar el alambre a través de un horno tubular que se Página 8 de 11 INTEGRANTES: Kalbermatter, Eduardo; Original.

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encuentra a una temperatura de 80 a 100°C sobre el punto criticoA3 y después enfriarlo sumergiéndolo en un baño de plomo que se encuentra alrededor de 550°C durante un tiempo suficiente corno para provocar un endurecimiento isotérmico. En la fugura 6 se ha esquematizado una instalación para realizar patenting. Las estructuras finas que se logran en las etapas de temple en baño de plomo o sales fundidas están constituidas por sorbita, troostita o bainita. La sorbita, es la mas apropiada dada su gran tenacidad y capacidad de deformación plástica. Se caracteriza esta estructura por un grano fino y por la distribución y uniformidad de los carburos finalmente divididos en una matriz ferritica. Tal como se ha dicho, este ciclo se va repitiendo progresivamente a medida que se reduce el diámetro del alambre. Los aceros utilizados corresponden a contenidos de carbono inferiores a 0,9% , es decir acros al corbono hipoeutectoides y en general se aplica para porcentajes comprendidos entre 0,4 y 0,7%C. Como resultado de la aplicación de “patenting” el acero aumenta considerablemente la

tensión de rotura con una mejora luego de varios pasajes de alargamiento, estricción,  plegado, torsión, etc. Pudiendo realizarse las etapas de trefilacion sucesivas en forma continua sininterrupcion para lograr reducciones de sección de 75 a 80% para aceros duros, 85 a 88% para aceros semiduros y 90 a 92% para aceros semidulces, sin que el metal trefilado acuse fragilidad.

El tratamiento correspondiente a los valores de la tabla 7 fue realizado sobre un acero de la siguiente composición química. C=0,74%; Mn=0,67%; Si=0,20%. Página 9 de 11 INTEGRANTES: Kalbermatter, Eduardo; Original.

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El alambre fue trefilado en 5 pasadas tanto el bruto de laminación, como el calentado a 950°C en un horno continuo y enfriado en plomo fundido a 430°C.

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BIBLIOGRAFIA. Tratamiento térmico de los aceros. Sturla Tomo I Tratamiento térmico de los aceros. Sturla Tomo II

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