Pratica Trtamiento Termico

 

1. TEMA: TRATAMIENTO TÉRMICO TEMPLADO 2. OBJETIVO GENERAL: Determinar las condiciones de temple de un acero cuyas características se conocen.  3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 3.1. Inferir el tratamiento térmico del templado. 3.2. Conocer las temperaturas de templado. 3.3. Inferir los tipos de templado aplicado a los aceros. 3.4. Observar el diagrama de equilibrio de HIERRO-CARBONO y verificar los tipos de aceros al carbono, aceros aleantes y aceros inoxidables. 3.5. Verificar el diagrama TTT (transformación-tiempo-temperatura) de enfriamiento para el templado. 3.6. Realizar el templado de un acero de medio carbono. 4. FUNDAMENTO TEÓRICO: Los metales se clasifican en ferrosos y no ferrosos. Los metales ferrosos son aquellos que tienen un elemento base llamado Fe ferrum-hierro, un elemento secundario llamado C carbono y elementos aleantes Si, Mn, Cr, Ni, Ti, Va, Mo, S, P. Todos estos metales tienen la capacidad de convertirse o mantenerse en una microestructura de:

a) Ferrita: Es el microconstituyente eutectoide, el hierro puro admite muy poco carbono, cantidades casi nula. b) Martensita: Es el microconstituyente hipoeutectoide de los Aceros Templados. El contenido de carbono Es suele variar mucho hastahipereutectoide el 1% de carbono. el microconstituyente más  denso de los aceros. La cantidad c) Austenita: de carbono disuelto, corresponde de 0.8 a 2% C que es la máxima solubilidad a temperatura de 1130 °C.  d) Perlita:  Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita, compuesta por el 88% de ferrita y 12% de cementita, contiene el 0.8% C.  e) Cementita: Es el carburo de hierro de la fórmula Fe 3C, contiene 6.67% C y 93.33% de hierro, es el microconstituyente más duro y frágil de los aceros al carbono. f) Bainita: Es también un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene el enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crítica del temple por la isotérmica de la austenita en la zona de 600 a 650 °C, o por revenido a la temperatura de 600 °C. Por la microestructuras convertida o mantenida de los metales se clasifican en aceros: aceros al carbono, aceros aleados, aceros inoxidables y hierro fundido.

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS AL CARBONO    BAJO CARBONO CARBONO (Eutectoides): contienen menos de un 0,3% de Carbon Carbono, o, estructura constituida únicamente por perlita. No responde al tratamiento térmico para dar martensita ni se pueden endurecer por acritud. La microestructura consiste en ferrita y perlita. Se emplean en componentes donde la resistencia mecánica es crítica: puentes, torres, columnas de soportes de edificios altos, bastidores de camiones y vagones de tren.   MEDIO CARBONO (Hipoeutectoides): contienen cerca del 0,8% de Carbono, estructura formada por ferrita y perlita. Estos aceros pueden ser tratados térmicamente mediante

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austenización, y revenido para mejorar las Las propiedades mecánicas. La microestructura temple generalmente es martensita revenida. adiciones de Cr, Ni y Mo facilitan el tratamiento térmico que en su ausencia es difícil y útil solo para secciones de pieza relativamente delgadas. Son más resistentes que los aceros bajos en carbono pero

 

menos dúctiles y maleables. Se suelen utilizar para fabricar cinceles, martillos, cigüeñales, pernos, etc.   ALTO CARBONO CARBONO (Hipereutec (Hipereutectoides): toides): co contienen ntienen del 0,8% al 2% de Carbono, es estructura tructura formada por perlita y cementita. Casi siempre se utilizan con tratamientos de templado y revenido que lo hacen muy resistentes al desgaste y capaces de adquirir la forma de herramienta de corte. Se utilizan como herramientas de corte, matrices para hechurar materiales, herramientas de herrería y carpintería. Por ejemplo, cuchillos, navajas, hojas de sierra, brocas para cemento, corta tubos, troqueles, herramientas de torno, muelles e hilos e alta resistencia.

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Los aceros de bajo, medio y alto carbono se pueden clasificar en aceros:            

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Aceros Extrasuaves: Extrasuaves: el contenido de carbono varía varía entre el 0.1 y el 0.2 % Aceros suaves: suaves: El contenido contenido de ccarbono arbono esta entre el 0.2 y 0.3 % Aceros semisuaves: semisuaves: El ccontenido ontenido de carbono oscila entre 0.3 y el 0.4 % Aceros semiduros: semiduros: El carbono está presente presente entre 0.4 y 0.5 % Aceros duros: duros: la presencia d de e carbono varía entre 0.5 y 0.6 % Aceros extramuros: extramuros: El contenido de carbono que presentan esta entre el 0.6 y el 0.7 %

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS ALEADOS   ACEROS BAJA ALEACIÓN: Son aquellos aquellos en donde la suma total total de los elementos aleantes es menor que el 5% sin considerar el Fe.

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  sin ACEROS MEDIA ALEACIÓN: en en donde la suma total de todos los elementos considerar el Fe es igual a son 5% yaquellos menor que el 12%.   ACEROS ALTA ALEACIÓN: son aquellos aquellos en don donde de la suma ttotal otal de todos llos os elementos sin considerar el Fe es igual a 0% y mayor o igual que el 12%.

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CLASIFICACIÓN ACEROS INOXIDABLES   FERRÍTICOS: son magnéticos y contienen en general una cantidad ele elevada vada de cromo que le hacen más resistentes a la corrosión pero pierden resistencia al impacto. Se obtienen por recocido y los más comunes son: a) Fe, C 0.08 %, Cr 11 %, Ti 0.75 % y Mn 1% que se utiliza por ejemplo en os tubos de escape y b) Fe, C 0.20 %, Cr 25 % y Mn 1.5 % que se utiliza en válvulas a alta temperatura y moldes para vidrio. Ejemplos: 409, 410, 430, 444.   AUSTENÍTICOS: son magnéticos y pueden transformarse transformarse de ferrita a austenita a temperaturas altas y se convierte en martensita al enfriar. Puede perder la propiedad de la fragilidad y ser muy duro externamente. Se obtienen por recocido y los más comunes: a) Fe, C 0.08 %, Cr18 %, Ni 8 y Mn 2% que se emplea en la industria alimentaria y b) Fe, C 0.03 %, Cr 17 %, Ni 12 %, Mo 2.5 y Mn 2 % que se utiliza en estructuras soldadas. Ejemplos: 301, 303, 304, 304L, 305, 316.   MARTINSÍTICOS: no son magnéticos y poseen cromo y níquel. Resisten a la corrosión y son conformables. Se obtienen por recocido, templado y revenido: a) Fe, C 0.15 %, Cr 12.5 % y Mn 1% que se emplea por ejemplo en cañones de rifles y b) Fe, C 0.70 %, Cr 17 %, Mo 0.75 y Mn 1 % que se utiliza por ejemplo en cuchillería e instrumental quirúrgico. Ejemplos: 410, 420, 420F, 440A, 440B, 440C.

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CLASIFICACIÓN DEL HIERRO FUNDIDO   HIERRO FUNDIDO FUNDIDO GRIS: tiene un contenido contenido en carbono carbono en entre tre 2.5 y 4.0 % y de silicio entre 1 y 3 %. El grafito suele aparecer como escamas dentro de una matriz de ferrita o perlita. Desde un punto de vista mecánico las fundiciones grises son comparativamente frágiles y poco resistentes a la tracción. La resistencia y la ductilidad a los esfuerzos de

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compresión son muy superiores. Así los equipos que vibran mucho se suelen construir de esta aleación. Además, la fundición gris es uno de los materiales metálicos más baratos. Se utiliza en bloque de motores, tambores de freno, cilindros y pistones de motores.   HIERRO FUNDIDO FUNDIDO BL BLANCO: ANCO: La fundición blanca contienen poco carbono y silici silicio o (< 1%) y se obtienen por enfriamiento rápido. La mayor parte del carbono aparece como cementita en lugar de grafito, y la superficie fracturada tiene una tonalidad blanca. La microestructura se representa en la figura 4.12. La fundición blanca es extremadamente dura frágil por lo que es inmecanizable. Su aplicación se limita a componentes de gran dureza y resistencia al desgaste y sin ductilidad como los cilindros de los trenes de laminación. Generalmente la fundición blanca se obtiene como producto de partida para fabricar la fundición maleable.

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TEMPLADO El tratamiento térmico de temple consiste en calentar el acero a una temperatura DE  AUSTENIZACIÓN predeterminada y ENFRIAR RÁPIDAMENTE y así obtener aceros de alta dureza llamado martensita; mantener esta temperatura hasta que el calor haya penetrado hasta el corazón de la pieza y enfriar bruscamente en el medio correspondiente según el tipo de acero. El objetivo del temple es obtener la dureza y resistencia mecánica, por lo que es necesario reducir tensiones internas que provocan fisuramientos por medio del REVENIDO.

La temperatura de temple para los aceros de diferente contenido de carbono y elementos aleantes está determinada por la posición de las líneas A1 y A3.  

CURVA CARACTERÍSTICA DEL TEMPLE

 

 

TRANSFORMACIONES EN ESTADO SÓLIDO Desde que los aceros se forma en sólido hasta que es utilizado a temperatura ambiente (o en su entorno), ocurren diversos procesos dentro del material ocasionados por la difusión atómica. 

La velocidad de este proceso es función de los l os defectos estructurales. Las curvas TTT (tiempo-temperatura-transformación) son las empleadas para el estudio de los cambios que ocurren el material.  Los diagramas TTT de los aceros dependen de la composición, es decir del contenido en carbono y de los contenidos en otros elementos metálicos. DIAGRAMA TTT

Para los aceros al carbono la temperatura de temple puede determinarse por el diagrama HierroCarburo de hierro. Por lo l o general para el acero hipoeutectoide (medio carbono) debe ser 30-50°C más alta que A3/Ac3 (Temperatura a la cual se completa la transformación de ferrita en austenita durante el calentamiento) y para el hipereutectoide (alto carbono), 30-50°C más alto que A1/Ac1 (Temperatura a la cual comienza a formarse austenita durante el calentamiento).

 

 

 

HORNOS DE TEMPLE Y MEDIOS DE TEMPLE El calentamiento de temple se realiza en hornos de acción periódica y continua, generalmente en hornos eléctricos o que funcionan a base de combustible gaseoso o líquido. Se emplean ampliamente los hornos de baño, en los cuales la pieza se calienta en sales fundidas. Es deseable que el medio de enfriamiento para el temple enfríe con rapidez en la zona de temperaturas donde la austenita tiene poca estabilidad (600-500°C) y con lentitud en la zona de temperaturas de la transformación martensítica (300-200°C) para que no se originen esfuerzos muy elevados que puedan deformar o agrietar el material. Para templar las piezas hechas de acero al carbono, con alta velocidad crítica de temple, se utiliza corrientemente el agua; aunque otro medio m edio de enfriamiento muy común es el aceite.

Los mejores resultados se obtienen templando en baños de sal, los cuales tienen muchas ventajas sobre los medios de enfriamiento ya citados. Cuando la composición del acero se desconoce, será necesaria una experimentación para determinar el rango de temperaturas de temple. El procedimiento a seguir es templar un determinado número de muestras del acero a diferentes temperaturas y medios de temple y observar los resultados mediante pruebas de dureza o al microscopio. La temperatura y medio de temple adecuados serán los que den como resultado r esultado el mayor aumento en la dureza y en otras propiedades sin ocasionar fracturas o deformaciones. MATERIAL Y EQUIPO · Barras de acero · Mufla (horno) · Recipiente para contener los medios de temple. · Microscopio metalográfico. · Durómetro.

 

· Pinzas de sujeción. · Guantes de asbesto. · Reactivo de ataque para el acero (Nital al 2%). · Agua y aceite mineral. PROCEDIMIENTO La temperatura del templado se selecciona dependiendo del % de carbono del acero. Se utilizarán por lo menos dos probetas de acero de la misma composición de carbono, para visualizar las diferencias de templar en agua y aceite. 1. Corte, desbaste y pulido de las probetas de acero. 2. Ataque de las probetas de acero con el reactivo. 3. Se tomarán dos muestras o probetas iguales y se les denominarán probeta 1 y probeta 2. 4. Observar al microscopio cualquiera de las probetas y dibujar la microestructura observada a 400X. 5. Practicar la prueba de dureza a las probetas. 6. Calentar las dos probetas en la mufla a una temperatura comprendida entre 850 y 900ºC durante 20 minutos. 7. Cuando las probetas estén listas para el temple, tomarlas con las pinzas y depositar primero la probeta 1 en el recipiente con agua y agitar en forma de "ocho" dentro del medio de temple. Hacer lo mismo con la probeta 2, sólo que se templará en aceite. 8. Pulir y atacar con el mismo reactivo a las probetas. 9. Observar al miscroscopio las dos probetas pr obetas y dibujar lo observado a 400X. 10.Practicar la prueba de dureza a las dos probetas. 1- Una probeta normalizada de 25 mm de diámetro y 100 mm de longitud se lleva ala temperatura de austenización el tiempo necesario para conseguir que la estructura se convierta en austenita. 2- Se saca del horno, y el extremo de la pieza se templa mediante un chorro de agua de caudal y temperatura constante, de manera que la velocidad de enfriamiento es máxima en el extremo templado y disminuye a lo largo de la probeta. 3- Una vez que la probeta se ha enfriado a temperatura ambiente, se desbasta una tira de 0,4 mm de espesor y se determina la dureza a lo largo de los primeros 50 mm. se traza una curva de templabilidad, representando los valores de dureza en función de la distancia al extremo templado. templado. La gráfica del ensayo se ve a continuación. 

CUESTIONARIO 1. ¿Qué es un tratamiento térmico?. 2. ¿Qué es el temple y cuál es su objetivo? 3. ¿Qué es un temple completo y qué es el temple incompleto? 4. ¿Cuáles son los medio de enfriamiento que se emplean en el temple, y de qué factores

 

depende la elección de éstos? 5. Para la mayoría m ayoría de los propósitos donde el acero al carbono debe ser endurecido. ¿Cuál es el rango de contenido de carbono que es utilizado? ¿ Por qué?. 6. En el templado ¿Qué determina la máxima dureza que puede obtenerse en una pieza de acero? 7. ¿Por qué no debe calentarse el acero demasiado arriba de su temperatura crítica superior antes de ser enfriado ? 8. ¿Qué es la velocidad crítica de enfriamiento? 9. ¿Para qué se adicionan elementos aleantes a los aceros? 10.Explique por qué no es deseable la oxidación en un tratamiento térmico. 11.Explique por qué no es deseable la descarburación en un tratamiento térmico. 12.¿Qué ventajas proporciona un calentamiento previo (precalentamiento) del acero antes de ser templado? 13.¿Qué ventajas se obtienen al templar en baños de sal nuestras probetas? 14.¿A qué se deben los cambios dimensionales ocasionados al templar aceros?