Tratamientos térmicos de los aceros (Tomo II) - Sturla

T ATA lE TOS TER leos DE LOS ACE S Teoria Práctica

Tomo 1I

Anta i Ex

Teoría y Práctica

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índice Prólogo XIII de conversión de los números de dureza................................... XV I:!.íQunra!lem;.aa de termométricos XVI

1 TEMPLE

iL81PU1WO

1. 2. 3.

4. 5. G.

7. Nota

Definición del Factores del temple F ases del temple Fenómeno y mecanismo del ~,,1ttudü de L:UU eufrianlÍeni.u cunLinuu. Descomposición de la austenita en función de velocidades de enfriamiento crecientes Dureza del acero templado. Martensita

1 1 2 2 5

5 18 20

Capítulo n CURVAS "8" DE BAIN Y DAVENPORT 1.

Transformación isotérmica de la austenita. o Curva "8"

TTI

2.

21

35

3. 36 4. 5. 6. 7. 8.

de:5C(Jlmlpmnclon isotérmica 39 40

42 Similitud y cOITe:5pcmdencla métodos de enfriamiento Parámetros las curvas de la

45

76

VI

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

ACEROS

III FACTORES DEL 55

1.

55

60 63 64

b. c. d.

64

Capítulo IV l. 2. 3.

4. 5.

Definición sobre la Determinación de la Bandas de . , ..,u Ju .... Teoría de Utilización del ensayo de Su relación con la previsión de la de distintas formas y dimensiones Diámetro diámetro crítico ideal Curvas de Lamont de entre los de una los interior de barras de acero que se velocidad para diversas severidades ;on,cf"OU)S

v"'." .. }-' ..... .., ....... "'...........

"Y"l'''....CIC! en el caso de aceros fundidos o moldeados todo los de alto carbono) o ser incrementados si el calentamiento es rápido y provocar ac'-"''''Lv'''>'''v'''', que se traducen en delorm.aClones, +ru.... n que a afectar notoriamente al motivo de rechazo totaL UJX'L'."la\.Jlao

".rhl....

4

E.

v~C"H:;;lJ.,",(;U. el en otro horno de con lo cual se reduce notablemente el tiempo útil del mismo y se asegura la de los ...,....._........,,""'v accidentes.

y

b) Enfriamiento En el como en el recocido de de los aceros al carbono la totalidad de la masa metálica debe encontrarse formando o constituyendo el estado austenítico homogéneo y uniforme, en el momento de comenzar el al el metal en el medio de enfriamiento rápido. El de un v"vUAt--'v allOlnere dureza. La transformación de la ocurre g-eln.e]ralmE~nl;e por de 300 oC o sea a mucho más cocido. realizarse de dos formas: El estudio del Con enfriamiento continuo tomando como ratura de calentamiento friamiento la cOlrre:spondl€mt:e cesa de y .. "v ......."........Uy'''' la descomposición de la austenita fuera de equilibrio, en función del tiempo, a distintas por debajo de AlPara tal fin se enfría una probeta reducida masa) desde el estado austenítico hasta una rl''''t"'~'''·n11.n..... tl~m.pera'[;ur T' inferior a donde se mantiene a temperatura constante hasta la transformación total de la es decir se realiza la transformación en forma isotérmica. Se verifica la transformación por medios observación rnicros"'V.JA~(:>', etcétera. fue estudiado y desarrollado por Bain y y

....

.........•..r>I·'C'A

5. Fenómeno y mecanismo del temple El fenómeno ción de la veJIOCllda,a tras, se puede tal como se ha comentado, de dos formas: velocidad de enfriamiento un factor que depende de la naturaleza dad medio de temple, de la masa del etc. térmico de acuerdo con la Sl,glIleulte: dT Tm) v = K. OV"r"\1"Oclt1,n

siendo:

TEMPLE

K.

Un factor que varía con la naturaleza del miento o masa del metal. Temperatura de temple (estado .......... u .... " .......v 1'0"''''''''''''''''''1'"..-", del medio de enfriamiento.

de

J ".....

Por consiguiente base a la expresión anterior, el estuC1:lO del mecaa saber: nismo del temple se puede encarar de dos Mantener constante Tm y variar K, modificando, sea masa metal, sea el medio de enfriamiento (método de temple con enfriamiento continuo). b) Mantener constante K y realizar el enfriamiento en tres (método de temple con enfriamiento escalonado o por acuerdo con el siguiente orden: b 1) El metal desde Tt se enfría en un líquido a temperatura TI superior a Tm, pero inferior a la del punto critico inferior. (temperatura constante) durante un El metal a tiempo t, lograr la transformación de la austenita. En la última el producto siderúrgico se enfría desde hasta Tm.

6. Método de temple con enfriamiento continuo. Descomposición de la austenita en función de velocidades de enfriamiento crecientes En su oportunidad se sobre el diagrama de las aleaciones del hierro y del carbono, el proceso de tnmE¡tmrmaCllón de la austenita, de composición eutectoide en perlita; el eutectoide que corresponde a un equilibrio reversible, está constituido por ferrita y cementita. En dicha ocasión se consideró, que para una dada velocidad de enfriamiento, el pasaje al nuevo estado se producirá por germinación o el fenómeno' por la nucIeación nucleación y crecimiento, estando la ferride cementita a cuyos lados, en función del tiempo, se ta. La distancia interlaminar de este constituyente perlita está estrechamente vinculada con la ley de enfriamiento. Si se considera que la velocidad de enfriamiento va aumentando, vaque se va atravesando más rápidamente la zona de transformavariar el de descomposición la ......... 'n'v" ...... "."'. lo que Del acerca de cómo se va realizando la descomposición de la aust€~nlta. se obtendrán una constituyentes cuya pn~senCl.a dará a la de las Cal~acter1st;lc2lS ..".,."",,'..........,...,0 El análisis de cómo va avanzando o pf()~es~mClo de la así como los nuevos "'''''..,'o+ .. 1-.... ''Uy.,.1-""" olbtE:mldo:s, en función de la resistividad el€~ct]:"lCl:l, u u.... n.uV'' ¡;;..........' ' '...

ANTONIO E. STURLA - TRATp•.MJENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS

6

ción, determinación de dureza, tensión de rotura, alargamiento, análisis micrográfico, etcétera. Si se calienta el acero al carbono cOn 0,9% de carbono (eutectoide), hasta lograr el estado austenítico homogénea (temperatura superior Ac 1) S a continuación se lo enfría con velocidades de enfriamiento crecientes, dos fenómenos son detectados por cualquiera de los métodos de observación antes citados: a) La temperatura de transforlnación de la austenita desciende con el incremento de la velocidad de enfriamiento. b) Se van produciendo nuevos constituyentes estructurales. En la figura 1 se ha esquematizado el proceso de transformación de la austenita con enfriamiento continuo de UI1 acero de 0,9% de carbono, en función de velocidades de enfriamiento crecientes. Con la curva de enfriamiento V¡, se ha indicado la transformación que tiene lugar por enfriamiento lento, por· ejemplo, equivalente al que

Tiempos

Perlita

Austenita

Martensita

Martensita Troostita y Troostita

Patiita laminar

FIG. 1. Estructuras de los constituyentes obtenidos por enfriamiento continuo luego dea~t~Jlizar un acero e = 0,90 %, a distintas velocidades de enfriamiento. Posición~~!as temperaturas de transformación (según Portevin). Transf~a!ción al calentamiento Al Transformación al enfriamiento ~ VCi velocidad crítica de temple inferior VCs velocidad crítica de temple superior.

TEMPLE

en el ciclo de rec~oc:lc1I::>, dentro del se o bien en el enfría al aire. centro de una muy VOjLUrmrWSa de una 1"1" ...,.,"' .... de alreEl constituyente obtenido, es dedor de 240 Brinell. velocidad V 2' practicado al Realizando un enfriamiento más aire por ejemplo, su efecto, en piezas pequeñas, es similar al que se obtiene en el centro de las medianas dimensiones enfriadas en se traduce en una muy fina que puede ser sorbita o troostita ras con durezas variables entre 350 y 400 Brinell. Tal como se indica en la figura 2, el punto crítico aesclen.ae con lentitud, según ah a z, a3' etc., en forma continua. La troostita, se colorea con los reactivos no _~r"''''''''''' por el como oscuras nódulos, en los límites de los granos de austenita que le dio el microscopio electrónico se ha determinado laminar muy fino. Las láminas son muy .... v'Lh .............'''' sUlDSl:8te el poder de germinación espontáneo, el espesor las láminas decrece hasta p. En la 3, debida a la influencia de la sobre fineza de la ""Qt'rlll'hrr!l La figura 4, original de muestra la influencia de la finura de la estructura sobre la dureza. VA A5'-"U.'

.l.V.l.'¡;;UJla.1.lVv

Austenita

~ 500

::::J

as

~400

E (]) 1- 300

200

Per a

Troostíta Martensíta

100

M+A

Martel1síta

Velocidad de enfriamiento

·C/seg

muestra el efecto de la velocidád de sobre la de:SCCimlpmHC:LOn de la austenita de un acero eutectoide (C = al: comienzo de transformación m: comienzo de formación de martensita. L de transformación a 700 no obstante la gran' difusión, los Esto difícil admitir a""...'·...,..,. , ",... veJlOCJl COlrresponOlE::m1;e a las curvas TTT de un acero eu17), se han trazado cinco curvas de enfriamiento continuo, se han objetivado: a) Curva de enfriamiento A, similar a la de un recocido de regeneración. b) La curva de enfriamiento B corresponde al normalizado de un acero con determinada masa que la transformación comience en B l y termine en Principio austenita

- 1.400 °F

800

perlita

Aa 1

700 1.200 600 1.000 500 800

\

400

\

\

600 300 -

a a

\

\

I

I

400

200 200 100 -

S l-

O

1

103 Martensita Perlita

:1 FIG. 16.

Tiempo de transformación en 5eg.

DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO CONTINUO Diagrama isotérmico - - - Diagrama de enf. continuo Curvas de enfriamiento a velocidad constante

Comienza la transformación

50o+--+--ti+--H'-+---+-----+~r__-~

400 + - - + - - 1 - \ - - + - ' \ - - - - ; - - - - 4 - - - - 1

Termina la transformación

3()()t--t--H-~~_+_-----.,;~--_+---_l

lOO t--t-+t--~r+__\_--+_-----t----_l

Ifs

-F;m~~fó~d; -

]

Martenslta 100 t--I¡---+-T---+--~........¡r__---+--~

Martensita

Termina

- - --

o

10

lIJO

/.(}()()

IOOco

Segundos

FIG. 17. Curvas de enfriamiento continuo correspondientes a diferentes tratamientos térmicos sobre los diagramas TTT. A. Curva de recocido de regeneración. By C. Curva de normalizado. D. Curva de velocidad critica de temple. E. Curva de velocidad superior a la critica de temple. B C pueden representar también las curvas de enfriamiento de un redondo:

y

c)

La curva de enfriamiento definida por si bien corresponde a un normalizado, presenta la característica posiblemente por pemasa, que una de acero resultará templado, es decir estructura será mixta.

BAIN

39

La curva de enfriamiento D, es la curva límite que corresponde a la velocidad critica de en virtud de la cual el acero resultará templado. e) La curva de enfriamiento E, corresponde a una superior a la critica de temple.

4. Génesis de las distintas isotérmica de la austenita

de la descomposición

La génesis del desarrollo de una reacción en estado sólido está regido por dos factores, a saber: La fuerza impulsora de la reacción. b) La difusión.

La fuerza impulsora de la reacción: Depende de la diferencia de temperatura entre el estado de equilibrio y la posición en estudio (debajo la temperatura de equilibrio).

J:

a

r

La difusión o libertad de movimiento molecular: También depende de la temperatura, dado que cuanto más baja sea más se afirman los vínculos o enlaces atómicos. Los cambios isotérmicos se producen corrientemente en procesos de nucleación y crecimiento y hay frecuentemente un periodo inicial de incubación antes de que los núcleos se formen. Haciendo referencia a la figura 3 en las zonas (1) y (2), la transformación se produce por la difusión pues existe gran movimiento molecular. La fuerza molecular de la reacción es pequeña. En las citadas zonas (1) y (2) la cementita rige la nucleación: el constituyente resultante caracterizado por láminas alternadas de ferrita y cementita es la perlita; por consiguiente la estructura perlítica forma como colonias desde el crecimiento del núcleo de carburo originado en el borde de grano de austenita, seguido por la nucleación lateral de la ferrita coherente con el carburo. Estas dos fases son continuas e interdependientes. Cuanto más elevada la temperatura de la transformación más gruesa será la perlita. A medida que aquélla tanto más fina, dura y resistente será la estructura resultante. En orden descendente, de temperatura de transformación, se obtiene perlita gruesa, sorbita y troostita (todos estados laminares). En la zona (3) la transformación se produce por la acción de fuerza imde la reacción (diferencia de temperatura); la difusión del carbono para formar la cementita, es cada vez más dificultosa y es que en esta zona, la ferrita es la predominante de la transformación, vale que este se convierte en el elemento rector de la por lo su formación sobre la de cementita, aunque los procesos de reacciones sean como en (1) y es decir constituyendo una estructura

formada así

JeV,"JeJeH.l.U.v

que no la no con,-"",,,,,,, r.n ha dicho con ........ de carbono en hierro alfa o 1J,-"aUJJoJoJo'Ju.

f-o..."o·.... rl

La mOlnOllO~!1a,

de la bainita láminas de dad es de 105 v u •. En la transformación martensítica,. no existen periodos de incuba nucleación y crecimiento progresivo, no existe difusión, la formació instantánea. La formación del nuevo contrarrestar el au de que supone su generación; en efecto el hierro gamma carbono que se mantiene, al modificar su red, en la de hierro alfa como el carbono no se pued~ adaptar a los interatómicos d la red se deforma en o cuadrática. se produce con un desarrollo de energía que deb con un subenfriamiento, para cada tempertura inferior Ms t-Cl1rY\-n.c....."'t-" ...... de inicio de de la sólo es susceptible de aquella parte de austenita que tal subenfriamiento compensa. Cuanto mayor es el contenido de carbono, mayor será la deformación que la red de la tetragonalidad al un mayor se requeriu .......... Jo,~Jo ma.yor; por lo tanto, más habrá descendido la posición del punto Ms. La reacción se inicia a una temperatura Ms, se caracteriza. porque su posición de la composición del contenido de y no de la veloci...,'C..p;..

VVJ,Jo"'Jo"'-

w

""

Jo

V~~~~~~\J~Aceros grano grueso N° 3 Mn

100 O'

e

0,7

FIG. 13. Efecto del contenido porcentual de carbono y del tamaño del grano sobre las velocidades de de aceros al carbono y de un acero con 3 Ni.

69

V¡:;">U"'U

sobre el resultado de las características fi-

5. Inclusiones etc., así inclusiones no metálicas, como óxidos, nitruros, carburos, etc., tienen dos acciones: cristalográfica y metáacuerdo con Calvo Rodés: "Desde el punto de vista cristalográfico, la formación de cristales, por su acción de núcleo y por lo tanto las transformaciones en estado sólido, que requerirán para su menor tiempo de incubación y crecerán a mayor velocidad". "Las inclusiones como alúmina (Al Z0 3) muy dispersas, de pequeño tamaño, impiden el crecimiento del grano, haciendo que con iguales, velocide transformación los granos sean más finos." "Esta acción facilita las reacciones en estado sólido, .debido a que siendo éstas regidas por evoluciones energéticas, los puntos de mayor serán propicios para dar origen a la nucleación de las nuevas fala reacción y siendo el contorno de los granos zonas de alta enerdeduce que cuanto más fma sea la estructura, mayor cantidad de contornos de granos y mayor la facilidad de nucleación para la reacción, con lo que se reducirá el tiempo de incubación y el del desarrollo de la nueva fase." "La acción mecánica se refiere a actuar como puntos de concentrapara la resistencia y fatiga. Al forjar y lación de tensiones, con minar puede crearse una débil por alineamiento de las inclusiones." La presencia de partículas como se ha dicho, carburos por ejemplo, no disueltas en la austenita, reduce la estabilidad de~este constituyente y aumenta la velocidad crítica de temple. f'... ",nl'",p('p,n 1t:l\.,J.J..I.".......

6. Masa, volumen o tamaño de la pieza Entre los factores que más influencia tienen, en las características mecánicas y estructurales del acero templado está su·tamaño o volumen. En la consideración de este factor, es conveniente tener la que existe entre el área de la superficie perimetral y volumen del acero, así por ejemplo: para un redondo de diámetro D, altura L y Oe][lSIOaa p se tiene: vLU"LVLJ.

área de

QHnJ:xrl~,(>~o

1t.D L

4 =

=

masa

.L. P

D. P

4

Si el ""..... tral y la masa y 10 mismo sucede con U .. .,'LL"'.......

rf ..,....., , ' ....' ....::rn

la relación entre el área . . . ,.,'.......... de enfriamiento.

0_

70

En de una lentamiento como al enfriamiento, no es mismo en la nn,..,~,n..' el núcleo así serán las estructuras tarán en zonas. dnnenslOrles o de reducidas Tratándose de de de una masa o espesor de las UU¡:)~~,lQO porciones es evidente que el no se harán notar. Las curvas de enfriamiento que pueden deducirse de la periferia al centro, tal como se ha indicado en la figura 14 un redondo de 25 mm, son bien elocuentes para un acero templado 800 oC en agua.

o

4

6

8

10

12 14 16 Tiempo en segundos

FIG.14. Curvas de enfriamiento obtenidas en el interior de un redondo de acero de 25 mm de diámetro.

En la figura 15 se han re]:JreSelltaldo las distintas velocidades de enfriamiento se en diferentes puntos de un redondo de acero 100lnm en agua lígeramente da. Es bien el efecto de la masa, se traduce en una pr131l111fiiCIaLOa ou;mlnlllClon de la velocidad de de la periferia centro del redondo. Al una rotura brusca en la sección de la se observarán dos diferentes: Una de grano fino que a la endurecida ",,-,~utJ.L

(/)

23. Duración del

20

e

Agua con 25 % NaCI

(1)

10

oL....:==~~~==¡=::::::.-+---I---

20

40

60

80

Temperatura

del líquido

film de vapor en función desu

temperatura para distinto medios de temple en idénticas condiciones (Pilling Lynch).

adecuados para los

""nrqro'·r>......

~C>c

de "c;........ t.

.lJl\.J

y las bombas de circulación d

teInoleR RUlnm-nC:HueR. es muy efectiva el agua a ma de lluvia.

nY'L>Q,r,n

Aceite Los aceites de temple pueden ser de distintos orígenes: minerale y animales. Los más utilizados son los minerales por ser m' constante su comportamiento, se le adicionan diversos aditiv FY'l¡;;.,rH·~r sus propiedades. Los aceites de y animal ae:sc()mponen más fácilmente, se espesan, tienen mayor adherencia a 1 el temple, resultan caros y producen olores desagrada \.J¡::;.,_"u.... v u

Un aceite de

U'V""L~'."''V debe

reunir una serie de

ca]ra(~terístlcas, a

saber

a) Viscosidad 5° a 9° ......... "".r'... He cuidado, Due~n~u denso o sea poco fluido, produce de convección lenta enfría mal y por consiguiente llega a carbonizarse en la superfi cie de contacto del metal caliente. Por otra si el aceite es muy fluido, se volatiza más lo que resulta antieconómico. En la 24 se observar el comportamiento de tre aceites con viscosidad a 40 oC. ... U'L· ...... ,,'''''.

b) Volatilidad Los aceites de t:;eULlple. deben ser poco

vu-',,,..... __

u, porque si no a

800

TEMPERATURA 40 oC Velocidad de temple de los aceros al carbono

600

e

400

20 FIG. 24. Velocidad de enfriamiento de tres aceites minerales (Rose).

200 10 100

200

300

e/seg

estar en contacto con el acero caliente desprenden muchas burbujas, con lo que se prolonga demasiado la etapa de vapor y por consiguiente reduce la velocidad enfriamiento que originará manchas blandas. El aceite se consume con más rapidez.

c) Temperatura de infiamación y combustión La temperatura de inflamación y de combustión, es necesario que sean lo más altas posibles, para evitar o reducir el desprendimiento de humos y la posibilidad de inflamación y consecuente incendio en el laboratorio de temple. La temperatura de inflamación tiene que estar comprendida entre 180 y 275 oC (no debe ser inferior a 180 OC) Y la de combustión entre 200 y 325 oC (no ser inferior a 200 d) Resistencia a la oxidación Los aceites minerales son de relativa baja viscosidad y de gran resistencia a la oxidación. Mediante preparaciones adecuadas, se han logrado composiciones y viscosidades que hacen al aceite no sólo resistente a la oxidación, sino que también permite adaptarlo a enfriamiento, u"',~hl1'~"""",T\

a temperaturas muy tratamintos de aceros especiales y

r>n,~hn, ...

de los aceros

D Como medio de nitruracián líquida, para muchas ticular para herramientas de acero constante.

y en parde corte, de perfil

Como medio de incorporación de azufre (sulfunizacián) a baja y alta temperatura. En el cuadro de valores de la tabla 5 se indican las diversas composiciones de sales y rangos de temperaturas de fusión de trabajo de las sales más utilizadas. Los baños de sales tienen buena capacidad de enfriamiento, lo que se realiza en su mayor proporción por conductividad y difusión. Las piezas que han sido calentadas en un baño de sales con cianuro nunca deben ser introducidas a otro baño compuesto de nitritos o nitratos porque dan lugar a explosiones (con eyección de sales) muy peligrosas. Los baños utilizados como medios de enfriamientos (tres primeros baños de la tabla 5 entre 160 y 650 OC) en la práctica, ven modificadas con el uso sus condiciones de enfriamiento, en virtud de la contaminación que pueden de los baños de cloruros de precalentamiento, los la temperatura de fusión disóxidos de hierro en solución, que al ....."........,"''''' la fluidez. El efecto de esta contaminación se traduce en una reducción de la capacidad de enfriamiento. Debe verificarse la capacidad del baño mediante el temple de probetas de sección variable como la que indica la figura 26 (adoptada por la Marina de los Estados Unidos de América del Norte) donde además se puede estimar la templabilidad, haciendo mediciones de dureza en distintos puntos. En la figura 27 se han trazado las curvas de enfriamiento al centro de una esfera calentada a 800 oC y enfriada en tipos de aceite y en baños de el efecto de las sales.

TABLA

DE

Ba Cloruro bárico

5. DESALES

KCN Cianuro

40/50

140 50/60

96 mÍn

220

260/630

370

400/650

549 25-35 45/55 15/25

10/20

20/30

I I

I

I

-

-

I

I 45/55 735/898

595 70/80

705

80/90

760

I

98 mÍn 4/8

92/96

870

995/1.260

FIG. 26. Probeta de la Armada de USA.

27. Curvas de enfriamiento corresporlaH~ntlesal una esfera, 'Cl~CUIJ"U« a 800 oC y en diferentes medios de temple.

200

Tiempos

Plomo fundido plomo fundido se utiliza como medio de enfriamiento dentro de un go de temperatura comprendido entre 370 y 600 oC. Una de las apliciones más frecuentes del plomo fundido la constituye el tratamiento atenting" o sea el tratamiento termomecánico para la fabricación del tipo "cuerda La conductividad del plomo es buena, con por la cual las en el baño de plomo se elevado del es neceTeniendo en cuenta el peso munirse de para evitar que las de floten. el plomo fundido muy de oxidarse es convenienpolvo de carbón con la libre con una capa se evita el contacto con la atmósfera. No es frecuente uso del mo fundido como medio de calentamiento altas teInOer:atllra vapores son tóxicos y se en la sangre,

84

Placas metálicas

En muchas sobre todo ciertas herramientas es ciente utilizar como elemento de temple o el chorro violento de aire. Este medio es de comente uso para herramientas de acero rápido de pequeñas de metal u Cuando es necesario templar en forma continua cintas o hojas de afeitar son de muy pequeños espesores es suficiente para conferir la dureza efectuar el temple enfriando entre dos láminas de acero o cobre refrigeradas permanentemente con en circulación. En otras aplicaciones ciertos tipos de sierras circulares, cuchillas, y delgadas, un medio de enfriamiento similar al descripto. En la tabla 6 se han dado valores de velocidades de enfriamiento para de secciones correspondientes a distintos medios de temple, para diferentes rangos de temperatura, en este caso 650/550 oC y 300/200 oC. TABLA

6.

VELOCIDADES DE ENFRIAMIENTO DE PEQUEÑAS PROBETAS EN DIVERSOS MEDIOS DE ENFRIAMIENTO

Velocidades de enfriamiento en los rangos de temperatura 650/550 oC a 18 oC a 30 oC a 50 oC a 75 oC con 10% Na OH con 10% Na Cl con 10% NazCO;} con 10% H¡¡S04 destilada saturada con ~StmnJla de jabón Emulsión de aceite Aceites minerales Láminas de cobre Láminas de acero Aire ro"",n rl n Aire calmo

rar1rY11T\.n

TU" ""'"

medio)

300/200 oC

600 500 100 30 1.200 1.100 800 750 250 100-200 30 70 100-150 60 35 30

270 270 270 200 300 300 270 300 200 200 200 200 20-50 30 15 10

3

1

85

DEL TEMPLE

Al introducir el acero a la en este medio, un de líquido de polímeros se sobre la superficie del La velocidad con que el metal es enfriado depende, en del espesor del film rico en polímeros, cuya concentración puede modificada de acuerdo con la capacidad de enfriamiento que se le deasí como variando la temperatura del baño y el grado de agitaque al regularse, pueden también ajustar la capacidad templante solución. Mediante una adecuada selección de todos los parámetros citados, se ......."ni.:;/{',r'Ir',...•... Para plabilidad. Todos los factores que reducen la velocidad crítica de temple, aumentan la templabilidad. ,u, ....."".'-"

rncnru-"",r

de la templabilidad En la neral tener en

r1a1I"O"'TY>.n '''\''' velocidades de en1rn:lmleIlto

barras. . tiene una barra de 80 mm de diámetro y se desea conocer la vede enfriamiento de un punto situado a una distancia de 12 mm de la barra cuando se la enfría en agua (H 1) se utiliza el co de la 38 dado que r / R :::: 12/40 :::: 0,30 se determina que a la barra diámetro BO mm y templabilidad 1 le corresponde ordenada de 19 mm, lo que indicando que dicho punto se enfriaon la misma velocidad de enfriamiento que otro situado a 19 mm del emo templado de la probeta Jominy. se quisiera conocer la velocidad de utilizando la curfigura desde abscisas a 19 mm se levanta una perpendicular intercepta a la curva de velocidad de enfriamiento Jominy (lB) un que proyectándolo sobre el de ordenadas indicará 17 que es la velocidad de enfriamiento buscada.

I.S

---t----,""":r''-I-::>........-.,,,,..e-.....;.¡

1,'

I

FIG. 38. Curvas

de Lamont para

700--

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01( ~al

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Diámetro, espesores y distancias al extremo templado en mm y pulgada,

:F'IG. 39, Curvas de

entre

y redondos Lernplam)S en agua (H = 1

8) Aplicaciones prácticas. Ejemplos para distintas formas Determinar el redondo equivalente a una para una dada severidad de temple H. El a es el . .a¡::;.'-4L'''"'~~'V'-' Con el valor de la severidad de H tomar en abscisas el pesar de la chapa, SO mm (punto b) Desde dicho punto levantar una vertical hasta n"1rn'rnc"... va de la chapa (punto c) Trazar desde una que cortará a la curva de redo dos en cuya abscisa 110 mm da el valor del redondo equiv esto indica el núcleo de la barra de 110 mm se en con la misma de enfriamiento que el núcleo de la cha SO mm. ?,'J''''

Si de

conocer para la severidad de ('nT'rn'~nflnrIP al núcleo de la

,,\C,.utJJLv

la misma horizontal sobre ordenadas la velocidad de enfriamiento del 3Q,eWli::1::::i fuera necesario determinar el diámetro de la barra que en e ideal el núcleo se enfriara con la misma velocidad que el corresde la chapa con la severidad la antes citada horizontal al r la curva de diámetro ideales en sobre abscisas el valor del etro 132 mm. intersección en (6) de la misma horizontal con la curva Jominy insobre abscisa la distancia al extremo templado de unaprobeta Jomm) que se enfría con la misma velocidad de la chapa o barra

el diámetro del redondo a una barra de 80 50 mm para una severidad de ru c)

e) Mantener dentro de ciertos de manera que, al variaciones " v........., ..., .... "" ..

T·... ' " '

las tolerancias dimensionapor haber su-

t)

Los tratamientos deben racterísticas ~AA', vida y que U H . , ' - ' ....

.... >J

La elección del tratamiento que el producto por un los tratamientos una fisura incorrecto suele a una rotura o de servicio in diato o en breve plazo apenas sometido a un esfuerzo severo, mient que si la térmica fue con el metal es no y puede rendir beneficios.

temple

2. Tipos

a) b) e)

d) e)

Casos

"-''''I'''''-'~''. xidable 18/8 de cromo y 8 a 10% de níquel) o el con de carbono y 12 a 13% de manganeso conduce a mantener esta la estructura austenítica a vale decir los mentos han un descenso del punto que el se e cuentra por de la ambiente.

139

FIG. ~. Curvas de temple bainítico.

Temperatura de austenización Intervalo crítico Cementita

Fe Ferrita M Martensita 1 Temple isotérmico II Temple isotérmico, interrumpido o discontinuo.

es austenización comEl ciclo térmico es el mismo de pleta y homogeinización a alta temperatura, sobre todo para piezas fundidas y luego enfriamiento brusco, que puede ser como el caso del acero Hadfield, en agua. Como no existe transformación estructural, no hay de deformaciones, fisuras o rajaduras, ya que se parte del estado austenítico y se obtiene luego del temple, estructura completamente austenítica. En este caso, donde no tiene ninguna transformación al ..u,..... .,v, el metal templado en los aceros austeníticos se ablanda.

d) Temple estructural En los tres casos antes considerados se ha partido del austenítico, pero pueden modificarse las mecánicas realizando el temple partiendo de la solución sólida a. Teniendo en cuenta que ciertos elementos como el carbono, r"t·...t>'rTO_ etc., son más solubles en el hierro a en caliente que en ~lH;¡~pntlhlp por al agua desde 700/750 oC en aceros con

menos de de por aumentar el límite elástico y tensión de rotura por tracción en un 30 a el revenido p duce una . Las de este tratamiento dentro de ciertos límites en: di) Se realiza a temperaturas relativamente Se

las deformaciones.

Las tensiones residuales son de mucho menor mI'11 n&>1"':'Í:t~ri~ se inicia la transformación martensita. ídem. HG RS: indica la transformación del núcleo comienza antes de que transfOTIl[laCIOn de sea cOIUoJlet,l..

Si el se realiza en un medio de menor velocidad de enfriamie aceite por ejemplo, se apreciar, curva 2, la diferencia del d pl.:\ZEUlllerltO de E y es mucho menor que e anterior y cuando la misma concluido, es decir la periferia .........."'.......v .... totalmente, punto el núcleo ha alcanzado a endurece masa interna hace los inconvenientes antes citad en una más y con menor V1(lleIICI,a. supumn;o caso COlm¡::lilc:adlas construidas con uY." ...,,'-,.......

DE

O DIAGRAMAS TTT

realizarse en aire y obtener un de las curvas FrÜ¡mleIlto de y núcleo como en la curva 4, vale ue la de temperatura es tan pequeña, que la periferia y se transforman contemporáneamente, de manera que la formala martensita, tiene lugar de modo uniforme en toda la matriz 8IU\,1'-"t1, con lo cual se reducen al mínimo tensiones internas y por _r-.ON'r,,'" inherentes del temple. a austeníta residual que pudiera permanecer en el acero, que es dúcermite absorber los esfuerzos que se desarrollan, con lo que, como se 'cho, las tensiones internas residuales se reducen al mínimo. aprovechamiento del conocimiento de las curvas "8" de Bain, consun avance muy importante en la realización del temple en baños tal como ha objetivadoen la curva 3 de la figura 4, y que conen obtener martensita mediante la introducción del producto sideaustenítico, en un baño de fundidas se en.ca en a una temperatura un poco por encima de Ms, mantenerlo en COl[}dllCl(me~S el tiempo necesario y suficiente para igualar y unifordicha en toda la masa metálica y luego enfriarlo al aie tipo de temple interrumpido da a la formación de martencon tensiones residuales muy reducidas. El enfriamiento moderado final reduce las fuertes diferencias de peratura entre la periferia y el núcleo, en el período de formación de nalrtenSl:ta, y por consiguiente, al ser menos violentas y más simultálas transformaciones en infinitos puntos, las' tensiones internas reduales son de poca magnitud. hacer notar la importancia que reviste el conocimiento preciso la temperatura de Ms y la curva de la "8" de Bain, ya que si el enfriaiento se encuentra por debajo del mismo, se producirá una apreciable tidad de martensita, con lo cual se anularía el objetivo de este tratallamado "martempering" o temple escalonado martensítico. En su oportunidad se han indicado algunas fórmulas para calcular S, cuya posición es función de los elementos constitutivos del producto no obstante lo cual los diagramas TrT muestran que cuando acero es mantenid a una temperatura próxima a 200 oC el comienzo la transformación de la austenita se produce de un tiempo muy

s

caJJaclda,(1 de del baño de a 250 oC es aceite de temple. ref:lpecto se mencionan los valores de la velocidad de enfria....o,r1ar"""", de 500 temperatura a la nariz de la Bain: Velocidad de enfriamiento a 540 oC Aceite mineral a 21°C de 55 a 80 oC de sales fundidas a 250 oC de 64 sales fundidas a 260 oC de 53

144

que el de cual obtiene una Desde otro punto del baño de sales agitado a 250 al índice de acuerdo con lo dicho 0,20 a 0,30, que calmo sobre "VU",~""",",",,,,'"

Recocido isotérmico Sobre la base de los conceptos en las transformaciones térmicas de las curvas "8" de Bain, se han una serie de proce con industriales, en los que en casos disminuye e aO"Len1eIHe la duración del en otros se reducen en proporción hasta valores mínimos, las tensiones internas mo las de deformaciones o los de que se produz fisuras o roturas. El acero al y sobre todo los aleados tienen un buen aliado el recocido reducir su dureza al mínimo. El recocido en principio consiste en: V'-''''-'LLL'-'lVU

4a) Calentar el producto siderúrgico hasta estado austenítico y m tenerlo en esas condiciones, el mismo tiempo que se errlP!ea el recocido completo. 4b) Enfúarlo rápidamente en otro horno de aire caliente agitado presión o baños de sales que debe estar a menor temperatura, neralmente por debajo del punto crítico inferior (temperatura riable el acero) aproximadamente 680 a 800 oC. 4c) Mantener metal a temperatura constante, durante el tie necesario para que se produzca la descomposición isotérmica toda la austenita. Concluido el ciclo el acero o fundición se enfría al aire. relCü.

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Dureza Rockwell Gom¡:>araCl.un

e c: (l) ro

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e

de los valores de resiliencia de redondos de 5 mm de templado revenido para valores de dureza co t{O(~\{V¡Tp.11

C.

La ejecución del tratamiento térmico para en la forma:

elevados

re~Ht:\ll,elJlI,.;H1, debe

Efectuar el enfriamiento isotérmico a temperaturas un poco por e cima de Ms señala el comienzo de la formación martensítíca). b) Con el conocimiento correcto del TTT y mantenimien del acero a temperatura constante, el tiempo necesario y su 1 ciente para lograr un estado bainítico completo; si así no fuera menor de permanencia se corre el riesgo, al enfriar, de que un cierto de aún estable, o1"n, en con reducción de la r c.a., no obstante el revenido que a continuación. Tal como se ha indicado en lzs tablas de valores 3 y 4 este tratamien ..."o

OU..L"' ....Lv

DE

o DIAGRAt\1AS TI'T

159 ....

valores su oportunidad, se ha especificado que una diferencia fundamenestos dos tratamientos estriba en el proceso que se desarrolla en el 'erior de las piezas, que son los que dan lugar a tensiones internas, demaciones, fisuras, etc. Cabe hacer notar que las tensiones internas reúales suelen jugar un papel muy importante en las piezas en servicio. Este tratamiento tiene sus limitaciones dimensionales y para deter.nadas tipos de aceros como se ha señalado en la tabla 5. En particular para aceros al carbono con menos de 0,50 %C, dado que nariz de la perlita de la curva de la "8", está muy desplazada hacia la izierda (más próxima al de ordenadas) y por consiguiente, es muy difísuperarla; en algunos aceros al carbono no existe tal nariz de la "8". Como se observa en la tabla citada, en último término para aceros de 7 ~ 1,0% de carbono, de bajo manganeso, el "austempering" se encuen~ limitado a piezas de pequeño diámetro 3 a 5 mm, mientras que los roS con 0,711,0 % de carbono y 1,5 a 2,0 % de manganeso se pueden alzar entre 15 y 20 mm. En los aceros aleados la nariz de la "8" está desplazada más hacia la recha y por lo tanto se presta más al templo bainítico, con tal que el empo de transformación completa en bainita no sea excesivo. En síntesis, la transformación austenítica se desarrolla tranquila y 'multáneamente en toda la masa, con lo cual se reducen considerableente las tensiones. La estructura resulta simple y más homogénea y esto redunda en las propiedades mecánicas luego del revenido. Reiterando lo dicho, el temple bainítico exige para dar valores posítiy eficaces una precisa puesta a punto, conociendo bien los tiempos y las temperaturas para cada caso; de esta manera es factible realizar el atamiento en forma seriada en escala industrial.

faS

"Ausforming" 7.1. Definición El "ausforming" es un tratamiento termomecánico, que consiste en el acero a la temperatura de temple, para luego enfriarlo sufi~le]tltE~ml~n1te rápido, hasta una zona dentro del estado austenítico estable J de P. en su obra refmecto de la obtención de aceros muy re!nS 1I;erltes. IUlrlüélmentos íntimos del mE~CaJmsmo Ul:SL{)nnonf:S locales

I'RA:TMnEJNT()S BASADOS EN LAS CURVAS

DE BAIN O DIAGRAMAS 'ITl'

165

peciales como el origen de las que existen entre la reS¡lst,ena mecánica de los metales y las teóricas. "Los trabajos sobre la creación de materiales extrarresistentes se baan en la representación moderna de las dislocaciones (distorsiones locales de las redes átomo-cristalinas espaciales), como la causa de origen de la divergencia que se observa entre la resistencia mecánica real de los metales y la teórica predicha sobre la base de la magnitud de los enlaces atómicos en redes La resistencia mecánica teórica es igual aproximadamente a (0,1- 0,5) E, donde E es el módulo de la elasticidad normal. La resistencia mecánica es decenas y, a veces, centenares de veces menor. Dicho de otro modo, en los metales modernos se utiliza una parte insignificante de su posible resistencia. Hasta hace poco, se consideraba que el proceso de deformación plástica consistía en el desplazamiento simultáneo de los planos cristalinos uno respecto a otro. Esta representación se relac!pna con la gran magnitud los esfuerzos indispensables para vencer los enlaces atómicos en los planos de deslizamiento. Hoy día, es universalmente admitida la teoría, conforme a la cual el desplazamiento no transcurre instantáneamente, sino por etapas sucesivas (por relevos). En los sectores de disposición de las dislocaciones, como resultado de la distorsión de la red cristalina se forman zonas de deslizamiento simplificado. Basta un esfuerzo de cizal1amiento relativamente pequeño para provocar en tal sector el desplazamiento de los planos cristalinos a una distancia interatómica. Este desplazamiento va acompañado del traslado de la zona de deslizamiento simplificado en la dirección o contra la dirección de la acción de la fuerza. En el nuevo lugar de la disposición de la zona, a su vez, transcurre el desplazamiento a una distancia interatómica que va acompañado de un nuevo traslado de la zona de deslizamiento. De este modo, la zona de deslizamiento, trasladándose sucesivamente en dirección de la acción de la fuerza, provoca el desplazamiento de todo el plano cristalino a una distancia interatómica. Si la fuerza continúa actuando, el fenómeno se reitera varias veces y tiene lugar un macrodesplazamiento de los planos cristalinos. Evidentemente que este desplazamiento sucesivo que exige s610 la ruptura local de los enlaces atómicos transcurre bajo la acción de la fuerza muchas veces menor que la 'fuerza indispensable para desplazar simultáneamente a la vez todo el plano cristalino. El mecanismo descrito del surgimiento y propagación del desplazamiento es la causa fundamental de la reducida resistencia mecánica real de los metales, en comparación con la teórica. . El traslado del área de deslizamiento simplificado continuá hasta que la dislocación sale a la superficie de bloque cristalino o topa con algún obstáculo (aglomeración de átomos ~enos de impurezas, dislocación dispuesta perpendicularmente, dislocación de disposición igual, pero de otro signo). Las dislocaciones de diferentes denominaciones al chocar una con otra, se extinguen reC1pl·oc~un~~nte. aquí se deduce que el aumento número de he1tevo~E~nelnt·p a W con calentamiento por llama oxiacetiy 10 por el contacto con una atmósfera caliente. El calentamiento inducción es rápido, ...... 10.000 en muy U'-'J,F, .............. ,O:>. UtJi:ltJJlULla 1-' .... " .......

'Tu!l'"'

OU-Jl.......JL...." ' ' '..

JliUJI. ..,..Jl.UlV

causadas por la inversión a cad sentido del campo que ha de estas al variar sus polos una friccíón molecular interna que produce calor.. Siendo nación función del magnetismo del metal, al desaparecer mo en el punto de Curie (769 OC) se anula este efecto. dad el efecto de estas corrientes de Las inducídas por comentes Foucault, varían ... O'~lot-l... rlrf.p.ro dons la permeabilidad, p la resistividad y ro la frecuencia, se comprenue al modificarse las dos variables por la variará a. En la por ejemplo, se cómo la resistividad crece a lineal con la un cambio a 700 oC corno uencia del comienzo del carburo. 1',fTl1'1"O

AC3

1010

C Cr Mn Mo

%

0,2 %

910 810 710 _ 600

" - - - - - - . , . - - - - - : - - - - - , r - - -.......

Velocidad calent. °C/seg

. 20 (a). Posición de la zona de transformación en función de la velocidad de entamiento y del tratamiento previo.

necesario y conveniente tolas tensiones anormales duran-

mayor trascendencia COIlstltulye el control continuo la t-L:nnnap·:>t-" que mide directamente la TOl-nn,araTll'r'CA"".L'J'>',",

k)

de de

7.4. Calentamiento en baño electrolítico, efecto de cátod

El principio de este método de calentamiento, se basa en un fe físico llamado "efecto de cátodo". El proceso consiste en lo siguiente za a tratar que sirve de cátodo se sumerge en el electrolito hasta la didad requerida para endurecer, figura 31; el baño hace de ánodo. electrolítico está constituido por una solución acuosa de carbonato d (5 a 10 %) o carbonato de potasio, a través del cual pasa, al cerrars cuita, una corriente continua de 200 a 300 VoUs y de una densida mente 3 a 5 ampere/cm 2 . Alrededor del cátodo (pieza) se forma un da camisa o capa de burbujas de hidrógeno, con una alta resi eléctrica, lo que conduce a elevar, en forma muy rápida (algunos se considerablemente la temperatura superficial del cátodo (alrede 2.000 OC). Al interrumpir de inmediato la corriente (abrir el circuito) za templa por el enfriamiento que produce el mismo líquido del electr Este proceso presenta la gran ventaja de ser simple, rápido y p una automatización completa, lo que facilita su aplicación a proce masa. Como se puede observar en la tabla 4, el contenido de carbono no de en general de 0,60 dado que un supuesto porcentaje como eu de conduciría una distribución de dureza como se indica en la figura 3 En el supue~to de un acero de alto carbono se produce una brusca de la dureza, como consecuencia de que no existe en el diagr Fe-e, figura 33, un rango intermedio de temperatura en la zona det sición como para permitir un espesor parcialmente endurecido, que duciría un respaldo considerable y vínculo de unión a la capa endure superficiahnente. Uno de los recursos utilizados para lograr una mayor penetrac consiste en precalentar la antes del temple. Este calentamie puede realizarse con el mismo soplete de temple. Ahora bien, dado qu soplete imprescindiblemente trabaja con ducha, se efectúa el avance O rotación de la pieza en sentido inverso, vale decir adelante va la duch a continuación el soplete. Si luego se practica el temple, se invierte el avance o el sentido de tación, actuando el soplete por adelante. El precalentamiento se suele efectuar a una temperatura en 250/300 de esta manera se logra una mayor penetración del cal que al practicar el calentamiento para el temple actúa aún ro' El medio refrigerante para aceros al carbono y de baja aleación es mientras que en los aceros aleados se puede utilizar emulsiones tlU~lLle¡:j. en virtud de que al producirse la transformación de las redes cúbicas de cuerpos centrados, el áto bicas de caras centradas en de carbono encuentra a raíz de la presencia de los átomos de los eleme tos aleantes una aún mayor para abandonar el centro del c bo, dado que tanto el átomo de hierro como también los otros compone hacen el camino hacia las caras de las redes muy difícil retardado.

213

Cátodo Pieza a tratar (cátodo)

Fuente de

energía Ir.------t-,..¡.-----.,.,I-

.:rl

Anodo

Electrolito

~S(1Uema

del método de ntamiento en baño electrolítico.

H

1

2

T,

Te

Profundidad

o

0,40

0,90

%C

FIG. 33. de acero al carbono con 0,40 medias de calentamiento. de temple de un acero al carbono con 0,9 sin zona intermedia.

alt:aC:IÓll, el hecho de encerrar el sinlplifi se u.pJU"''''' troostita y martensita la que se produce . ar es válido para el caso d. medida que la temperatura es más pronunciado su e ecto, hasta llegar a 600 donde el único será sorbita. Por consiguiente, es muy importante tener cuál va a el' el del se parte, para determinar producir el t"P'LlPTllI10 Estas circunstancias suelen presentarse en la vida práctica y troezar conque el revenido a 400 oC ha dado lugar a muy poca va'ación de la dureza. y austeEl estado inicial hiperlemplado nita) de las siguientes formas: 1) sobresaturada y -t cementita + solución menos saturada. Solución sobresaturada 'Y -t cementita + martensita o bainita. Solución sobresaturada y martensita o bainita; esta transformación Portevin, no se revela durante el revenido, sí luego al final' del tratamiento. Esta formación es análoga en su totalidad a la que se produce con la austenita primaria.

13 se esquematizan las transformaciones que se producaJlentaJml!enito progresivo sobre la austenita-mariensita resul-

800~1;Ii. "..

Zona crítica A: austenita M: martensita T:troostíta sorbíta

b

c

eX1Jerlm,enlGai1 los acuerdo con su estado

PrE~vH:unlent;e tE~ml¡>laldo, de

en el

tante de un un acero aleado con 5 0,25 % de carbono. En la figura 14 se puede observar cómo varia el porcentaje de ta residual, según el contenido de carbono y la temperatura de ción.

b) Velocidad de calentamiento al practicar el revenido La velocidad de iniciación del calentamiento para efectuar el re do, no tiene mucha importancia en la evolución de las reacciones, pe la tiene con respecto a las modificaciones locales, en su escalonami en el tiempo. Si el efecto del temple es uniforme en toda la masa de la pieza tr da y el gradiente de la temperatura entre las distintas es pe ño, evidentemente las reacciones serán simultáneas. Un calentamiento brusco o violento origina reacciones aceleradas simultáneas, sobre todo en las partes más calientes. Este andamie tiene implicancias que se traducen en obtener propiedades semejante heterogéneas. Por otra parte, el revenido puede conducir a uniformar características obtenidas por un temple heterogéneo. Si se tienen presente las variaciones volumétricas que se origi con el revenido, es factible que se produzcan por el calentamiento rápi deformaciones, distorsiones, fisuras, tensiones internas y a veces I" ras. El efecto del calentamiento rápido es más perjudicial, al comi~ del revenido, cuando el acero es más dado que su alargamiento rotura es despreciable; esta circunstancia es más notable en los ace rápidos, indeformables, etcétera. En su oportunidad se enunciarán algunas premisas y precaucio con el objeto de eliminar el peligro de roturas y distorsiones. Es bue práctica el acero inmediatamente de templado, si es posible tes de que su temperatura de enfriamiento sea mayor que la ambien es suficiente que haya superado los 40/50 oC. De ser factible en caso de temple enérgico, conviene introducir cuando la pieza aún está caliente, en el horno de revenido, baño de ace' caliente o sales fundidas, para luego concluir el revenido a la tempera ra SeleC(:;lQlt1a(la. De ser factible es muy positivo practicar el revenido de aflojamient El revenido más simple, llamado de aflojamiento o distensión, se r con lo cual, sin pérdida de dureza, liza en agua o aceite a 100-120 aumento de la tenacidad y eliminación parcial de la austenita residual a las tensiones internas. Se evitan además, las variaciones dimension nsur:aClones. rajaduras, que se producen a temperatura ambiente por debajo de cero grado centígrado, sobre todo en invierno, cuando 1 temperaturas son bajas, dado que el metal se encuentra en condición Estas variaciones tienen lugar en cie como instrumentos de medida, de et que se construyen con aceros finos. tJ.l\;C;.úa,C).

HRc

ro

N l1J

:; O

Dureza HRc

60 50 40 30 2

100 200 300

400 500

600

N'O de líneas de cementita

40 r-_A_us_ten_ita %

2,98

2,94 2,90 2,86

Martensita cúbica Parámetros de la martensíta

1,04

1.02 1,OO~_-J-_..;a",.

.....I..._.....I..._...I..._.l.-._"'"

13. Acción de la temperatura de revenido sobre la mezcla austenita-martenC 5 % Ni. Cohen.)

tao Acero 1

Es buena práctica, precautoria, de resultados positivos, para evitar en la imposibilidad. de realizar el revenido de inmediato al l¡v1J.• I.. t',,,ln.,,,,,, ... las piezas (insistiendo en 10 dicho), durante un par de hoen agua o aceite a 100-120 oC.

aCC:IaE~m::es, H .... ,

d) Temperatura y tiempo de revenido La de revenido variaciones en las "g'r para tales factores. Cli'l'....

aS reglas fundamentales a tener en desde el vista ico industrial son los El efecto del revenido es función la duración del tratamiento y de la el se reducir la ternpl:!ra.trura Para herramientas es preferible realizar un "'0'''0''-'''''1""> n ...n.11n.1r'I,,,,,nrlr. a más temperatura, que un revenido más corto Los aceros altamente ale~aQOS, requieren un tiempo de revenido mayor que los aceros carbono o dé bllmEml:e u.."'u,uva. i

ejemplo que a continuación se corrobora lo para un ro templado en Se obtiene la misma dureza y resiliencía con ientes COlntJlln,aClones: 15 min 1h 4h 8h 24h 190 177 163 149 135 H

.'.

15. Variación de dureza con el f"Ul'rnnn· < ti <

FIG.

•I

tj

H1 •I

•

t2

t (tiempos)

HRc

60

40

20-----....:----:...--........;........;--........;-----; 30 40 mm 10 20

HRc

FlG. 17. Influencia del tiempo de la f-o,,,,,..,,,,,.. ,,+-', ..,., sobre la dureza de un acero. C 1 Mn:::: 0,4 Cr

HRc

70

60 50

FrG. 18. Variación de la dureza de

aceros al heIT2lmIefltas, con la

para de revenido.

40

1---+-+----4--+-....:Iroí!~

20

p...-......¡..--9---I-....¡.,..-+O-........- - ' -

O

·C 580 ·C 590 ·C 600 ·C 610 620

FIG. 19. Relación entre el tiempo y h".""..,,,n..of-""Q 31 correspondientes a aceros semiduros variaciones de las características mecánicas con pr(:;senC1La de austenita residual al revenir a baun aumento de la tensión de rotura y dureza. se observa la comienza a au400 oC sus valores máximos entre

TABLA

4

H

380 402 350 310 280 264 230 220 900 oC (1)

410

166 130

396 350 300 274 248 231

102 88 71 68

1.000 oC (1)

H

330 380 392 310

251 240 221 215

HRc

60 55 50

~,2 }

0,4 0,2

40

FIG. Influencia de distintos de silicio la dureza revenido.

0,1 Ni

2

0,1 0,15

Ni

C = 0,30 Cr

Ni

4

1

Ni = 1,5

2

Mn

1

temp. de revenido

FIG. 29. Acción del revenido sobre distintos ción. la del Relación: re,ren.ld()/aJlar:gaIllu:mt,o. Probetas: agua. al aire. l,A,.LJlLpL"'.

""'A.upJ,aUlU

de acero de una misma

Ni"

"0,1

o

temp. de

at,azKg/mm 2 150 .........- - - - - - - - - - - - - - - - - . . , . . -

4>% 24

80 140

70 130 60 120

...

-16 18

50 110 H

500 100

400

90

300

80

14 16

14

8 10

200 70

6 8

60 1....-_-+._ _~-__J'___

100

200

300

400

_l_--_4__--L

500

600

Temperatura de revenido

700

4

190 170 150 H

600 130 500 110 400

90

300

70

10

200

50

8

6

100

200

300

400

500

600

700

Temperatura de revenido oC

6 4

FIG. 32. Ef¡ del reveni sobre las propiedad mecánicas un acero aleado templado. e = 0,50 % Sí = 0,25 Mn = 0,50 Ni = 3,80 = 1,60 Mo 0,30

8. Fragilidad de revenido El revenido de aceros entre 200/360 y 450/550 da gar a fenómenos que considerablemente la resistencia al im en la to (resiliencia), que son conocidos como fragilidad de ra 33 se han esquematizado los rangos de cada uno. Estos dos estados frágiles, que presentan ciertos aceros, templad re,rerndos, se diferencian fundamentalmente en que el de menor tem tura es de naturaleza irreversible, mientras que el restante es reversib La irreversibilidad estriba en que un segundo a la mi temperatura no elimina el estado frágil, mientras que el segundo que se produce como consecuencia de mantener el acero durante m tiempo a 450/550 oC o enfriado lentamente a continuación del tratami realizado entre dichas temperaturas, es de corregir medi otro pero de enfriamiento o rápido, por eje

Temperatura de revenido

características mecánicas rerelJet,Id.()S y en todas las otras proca]rac:te]rísi~lC(lS permanecen inalterables, En se puede decir que los aceros al carbono, bien afmados y uros, están exentos de la citada mientras que en tros, la acción de los elementos forma: "-1.1.'uu t.U;;i:)

P'rI'l.gzltd:ad

al carbono de fósforo) aleado con manganeso aleados al cromo-manganeso aleado cromo Acero aleado con aleados al crOlmCI-nlClUpl Aceros al Mo, Ce-Mo, Cr-Ni-Mo Aceros conteniendo tungsteno

al revenido

exentos fuerte muy fuerte fuerte muy fuerte 0,20 a 0,30 % de molibdeno notablemente el efecto similar al efecto del tenores fuerte fuerte HJ.\.IH"-J'UCHV,

W

pKgm

HRc

60

-~

S.1. Fragilidad de revenido entre 220/360

o

9,0

La reducción del valor la resiliencia dentro del r H de temperaturas indicadas "'40 6,0 más susceptible de produc en aceros con más de 0,3 30 '\ de carbono y elementos aleación, como los anteri 20 / mente citados. p 10 1,5 El fenómeno parece ./ principio tener su origen o o precipitación de uno o 100 200 300 400 500 600 constituyentes, probable te cementita en forma de quetas en el curso del re FIG. 34. Variación de la dureza y resiliencia de revenido. Fragilidad con la do, en dicho rango, pudi de entre 250 y 325 Acero Cr - V ser nitruros de cromo o con 0,45 C. ganeso. Las plaquetas d mentita constituyen una l' película que contornea de martensita; la mayor continuidad de la red produce mayor Al aumentar la de la cementita tiend con lo cual la red y producir el aUID de la resiliencia. Owen y y han establecido que la fragí ción se produce por la aparición de las plaquetas de cementita en 1 mites de los granos de martensita en la etapa de correspondi toda adición que eleve la temperatura de tal etapa, desplaza fragilización hacia temperaturas más altas y permite utilizar, con seguridad, los aceros de este tipo con bajo revenido y grandes resist 50

~

I

'" ""Kl. /

7,5

"-

en realizar los ensayos: Sobre un deternúmero de probetas templadas revenidas a 625 se procela n'rM'''~'~'' Una partida se efectúan los ensayos de flexión por choque cOJITe:spondHmt:e obtiene un valor PROtra partida del mismo lote, se el enfriamiento del revedentro del horno (lento, 20 horas entre 625 y 400 el vaPF' lor obtenido por los ensayos se lo mide por la relación:

s=

PR

la relación "8" de alrededor de alcanzar basta valores de 20. e]E!ffilPlO referente a la de lo el colSPcJnclIe][1te a un acero de alta resistencia de uso corriente: Ni

3,6

Cr

Mn Estado resiliente

Estado

117 77 17

120

63 14

p

~~~~~ unde :~llrlaI]11el[1to

) rey: 1 hora

p

71 16 57 2

En este SU'Duest;o mínimo de aun en

p

-100

1Y

o +50 Temp. de los ensayos

de enfriamiento de aceros """"""'::;I-.1i,.I.U .I.,n,n es: t"H:::;,l.ULIV

c=

Mn = 0,20/0,40

Si = 0,15/0,30

p

a

a) Sobre el

de abscisas del "B" se toma el contenido que se supone de 0,80 b) Se levanta una vertical hasta la curva de 40 Re: punto 1 e) Desde dicho punto 1 se traza una curva tar en 2, la vertical levantada en el diente a Desde el 2, se traza una horizontal ,n1ra'l"'oo....1-a en 3, 4 Y 5 a las curvas cOl"'reSpl[)n(11ent(~S 500 y 550 del A. e) nrc)vprt,:rlln los puntos 3, 4 Y 5, sobre el de y se t para cada el necesario revenido para

295 Es de hacer notar que no a!e:ntalllllen1;o hasta alcanzar la telnp4ara.tU]~a

tlemtJfO de

dos horas 30 minutos. diez minutos. minutos. sellecClOn.a un tiempo de bien y que dmnaSUllUU prolongado. puede ser a aceros al carbono y aleados con eleInento Y que no más 1 % de cromo, más de 0,5 % de molibdeno.

la tabla 8 se indican

colores de revenido. TABLA

Amarillo claro Amarillo oscuro Marrón Púrpura Violeta Azul oscuro Azul medio Azul claro Gris azulado Gris

8

alrededor de 200 oC 220

230 240 260

280 290 300 320 350 400

Los aceros con alto contenido de cromo, tungsteno, cobalto y otros no presentan de o acusan coaceros ricos en cromo y los IDenacladlterEmt.es. así por ejemplo COlOre!S de revenido de sesenta grados centípor encima de los

~Je:ment()s de

Capítulo X

TRATAMIENTO SUBCERO O CON FRío

uno de los ha extendia la los nn)QTes()s a través más

""+'''''0

POR CEMENTACION

o sea, es la cantidad de materia unitaria en la unidad de ..... ~~-,~ de concentración en la dirección

as que o 'negativo. coeficiente de difusión D, mera de la ) D = Do.

de la forma:

y

expresa,

coeficiente de difusión (valor la ta1rn ....'",..'''t,,~·''' factor de frecuencia (cm2/s): que delDerlde hierro (5,8 prn,¿;f,U>N energía activación hierro gamma: t-C>1r'nn,,,...,,t-,,,,,,, absoluta. constante de los

1 I I

p

F

S

S'

En el caso de un acero de 0,1 de carbono, el valor a difusión del de alrededor de:

con ret:;OI=cto a

tanto R como Q, no dependen de la tel1nDf:;ratU]~a el coeficiente de difusión crece notaIJleml:ml~e elevarse razón por la cual de la ecuación se deduce que el coefide difusión del nivel la de actiCuanto mayor es valor de la energía de activación Q, tanto ás disminuirá el coeficiente D. de soluciones sólidas de el de difusión que no necesita quitar el átomo del soluto de su la de activación es menor que la rese tratara de una de sustitución. En síntesis: el de la carburación gaseosa, se basa en hacer una comente gas o gaseoso dentro del o cámara horno cerrado contiene las de modo esta afluencia continua de genera la carbono nunca alJ(:LU.'Ave,'C' O.UUIJA"-',

TU1'.U.,.-"

. . V ..... IJAL""J.

UiC;UU.V.::>,

...0'''' • • ' ' ' '...·''' .....

UH.,U].'L\,,-,

menor

es-

lo la solución del de se transforma al llevarlo a vale decir que existirá del hierro satura-

""U,',""'"

\..L ..

de ción de cementita. ,XI.Jel'leJlIClli:t::J realizadas con mismo carburante bario 40 0/t'11r'" actúa como si fuera un revenido de resiliencia realizados con nr,,,h.e>1"":lQ "~ ....... , , ,..r,,,cnc.· valores: " ......C/"'_"'-"

vvA.&A¡J"v

vvcr desde una bureta solución de sulfato de níquel y a 4) (NH4)z) hasta color rosado permanente (T) prod preC],prtar de níquel. 1)

lrr,"'O''J, ....

c

....

5) cianuro de sodio:

T

P

: factor sol.

de la solución de de y amonio Disolver 19,234 g de sal en 1.000 mI de agua; se lizar sal comercial (tomar apr(y?.::j:ATAa.~A.a.AU.:;;AA!Jc; 21 titulando y obte do el factor contra cianuro Solución indicadora Amonio Alcohol de 96°

10 g 100 mI 900 mI

u...."", ..... -., .. "v en agua en un se agregan agitando 10 mI de áci-

;:)U.1.1avv,"-algr~ag

CL

(J)

W

4

8

12

16

20

24

Tiempo de carburación a determinadas temperaturas. en horas

c;u)

Eliminar el ..."......"."' ..." ración culC1~ld{)sa 2) El gas activo es ........"'..."......,,allí la Obtener recocidos LLU""LL'".-,''' entre 600 y 800 oC. El por ""'....,..,0;;;. a·cor:lsellalJle 1)

U.U!-'V':HUJlU.ULGlU

U

La

de la capa carburada

•. L

..........

uniforme.

349

E E e(J)

1.270

~

1.016

Q;

0.762 t'()vY-.''''''''',,,,

u. ................L>(..u

la capa carburada el se el contenido carbono metal

o

eQ)

oe

$?

Tenor base

Profundidad en mm

la capa martensítica de gran fraÉ,rilidad, la proveniente de la solución de continuidad que rodeando el borde del comprenderá q para usos, en p y para como el

a

tJU1.VJ.J.CiJ

e

Debe los aceros al carbono un tenor de carbono alrededor mientras que en los al como muestra en la caso de la influencia del níquel, con el del aleante es menor. Como tenido de carbono de de estabilidad de la austenita la ...... . . el n",nn'(''''·',,,n de aleante y la ru-••

.400

1.200

1.000

800

600

I...---I.-----I-----J-

FIG. 17. del Variación de los dominios

Fe-C

-+-_ _~__illiloo

la acción de adiciones de níqueL

0,5

950 ~

T1

2

900 850

lU

~

Q)

a.

E

T2

1-

800

ID

750 700

máximo de la solución 'Y función de la temperatura de carburaaceros de cementación al

Cabe recordar que el tenor suficiente está asociado además al del cemento utilizado. De acuerdo con Sourdillon "el decrecimiento del tenor de carbono en proentre la velocidad de didad en la capa carburada depende de la olución del carbono y la velocidad de difusión en profundidad; velocidades 11e están vinculadas, la primera al cementante y a la temperatura, a la y al de ,..."'...,,T>

de la carburación

~Dt-'''''''''',Án del horas de cementación.

e a diferentes

ton... nn,r",tll"""

en función

c { Cr Ni

0,15 0,50 1% Temp: 925

Cementante Caran

4

3

FIG. 1. mlJQEHCJIOn de la capa cementación.

'-"'-'·J'H'-'Huf"""'0 J

e:X:nlr-eslO-

2

3

10

rdem anterior con mayo aumento Zona 1:

2

x 550

FIG. 38. Zona templar. laminar forma

""",or,ro

a la carburada

FIG. 40. Zona

temple

a tener en cuenta cuando se que el espesor (,,,,,,.. h .....,,,rlr. en los ensayos de choque. coronas de que en general tienen que una fuerte que carburada sea profunda o gruesa, que exceda en todos los casos me:nClOIllaa.OS, de un espesor de mm luego del rectificado. En de automotores un eSl:>eEmr de mm del rectificado es aC()nEle]cr'"''' que en la carbulas características deel LernpJle seadas la "'H:n"~'t",., terminadas. 6) mantenimiento de los "1''/111'''"'''' economía de \.LO" . . . . . . ''"',

por utilizar en de La no que son más baratos. una mayor resistencia a la presumiblemente debido a los tratada.

y menor

7)

8) 9)

10)

11)

12) 13)

14) 15)

blandos, Eliminar los carburación. Posibilidad de en muchas el del rectificado por menores alabeos o distorsiones a la vez reducir la profundidad de la capa No existe probabilidad, en general, dada las del tratamiento y su corta duración, de que del grano. La dureza obtenida es más estable al que en las vale decir dureza obtenida es más resistente al ablandamiento. Lo~ aceros carbonitrurados son más resistentes a la que los carburados. Utilizar menores velocidades de enfriamiento, con lo cual s ducen los peligros de distorsiones, agrietamientos y roturas En se templan en pudiéndose utiliz re circulan te a 20/25 oC o bien baño de sales fundidas. Cu las tienen ciertas dimensiones o mucha masa es facti de realizar el enfriamiento en agua. Simplicidad en los tratamientos finales, dado que con un temple, se las características deseadas. Teniendo en cuenta las temperaturas de trabajo, las instala nes sufren menos deterioro por acción del calor.

3) Factores de la carbonitruración Los principales factores que intervienen en la carbunitruración so a) del producto b) Temperatura del tratamiento. c) Tiempo o duración del tratamiento. d) Cementante. Tratamientos térmicos. Medio o velocidad de enfriamiento. La carbonitruración se puede realizar de dos formas: 1) seca o ga~:;eolsa. 2) Carbonitruración

-----~-----------------------------

han escruema de cada uno de los diahierro-carburo de hierro y los cide los distintos Ui::tl:;i::tllOS en que de la "'!-,J'~'-'U''-'~,"H! y de í se observa que, a los ciclos carbotratamientos cuyas están por la eratura, tiempo, composición del metal, atmósfera o medio utilizado 1 y la velocidad de enfriamiento. término carbonitrurado un tanto ~~~I,",".UUJk'U licar una modificación de la nitruración, cuando en constituuna variante de la que el mecanismo de endurees el mismo el de éste. diferencia con carburación estriba en que la austenita obtenida el tratamiento en no solamente una solución sólida de o y sino que además contiene razón por la considera como una austenita aleada. Vale que la prede en solución simultánea con el es lo que en "~oL~"~"""~ diferencia la carburación de la carbonitruración. nitrógeno un elemento gammágeno, es decir que tiene la prode el campo de estabilidad de la austenita. La austenita al es estable a más temperaturas que la carbono solamente y se transforma al enfriamiento con más lentitud. esto se infiere que el tratamiento puede realizarse a menos ras que la carburación consiguiente permite ientos temple, desde temperaturas más en a estas más lograr con mafacilidad luego del temple, austenita retenida; esta característica vaen los diferentes espesores de Jia con la cantidad de nitrógeno as caras. 1, puede que Observando los ciclos térmicos de la de cementación acuerdo a que son de realizar tres y el núcleo se encuentren al estado (casos I, n la capa lII) o que la a endurecer gamma y el núal alfa. Teniendo en cuenta las características de las dos aust(~mta:s, al carbono al pueden tres tipos de reélCCllones, tratamiento, a saber: 1) Cuando el tratamiento se realiza a y por ~~"~~"~h~~~4¿~~ acero se encuentra al estado no y se austenita Si la del tratamiento es menor que la del to crítico inferior de 590 el verse en el hierro que el carbono no tiene acción sobre el mismo. Ano',nllih"r"'r.

u.uu~"vü

nl1r"rr.C1'on¡,

T

T

T

w c..o o

T

T

HRc::: 63

HR,s!',::: 90,5

Ul Fases capa

[1/

durante la cementación"

Núcleo Temperatura de cementación Tem Elemento que difunde

y

y

Tem>

Tcm>

e

Az

Tcm

N

Ac¡

N ningw13

Transformación de la superficie durante el enfriamiento

Ar'"

Ar'"

ninguna ninguna

intermedia::; (entre las encontrará con el estado vv'~u.vu.•. Vv dos casos: a) que el acero encuentre en alfa más gamhalle solamente al estado alfa. En ambas ocasiones disolverá como en las opor1:UIud.adles facilidad que el dado que en el una austenización o disolución promientras en el sólo actuará 81lineamientos de reacciones que tienen lugar

lSliones: si

. en el núcleo se enllevar a condicio-

V caben dos 1) si el núla constituida por una soluse produce el endurecÍdel estado austenítico

mantenerlo inalterable con a su mediante una transformación isotérmica del ~JU.HJ, indica en (IlI). Si se tratara de aplicar un endurecimiento de un acer duro por .) por aporte de carbono y nitrógeno, alto carbono modificar las características núcleo (luego del tratamiento est constituido por ferri ta perlita o el tratamiento se desarroll según el ciclo IV: a temperatura por debajo de Ac¡ y por encima de estando constituida la periferia, como en los casos II UI, por tensita al carbono-nitrógeno. En última instancia (caso V) se tendrá la cementación temperaturas por debajo de 590 es decir toda la sección de la pi encuentra al estado alfa, pero los aceros así tratados son aleados con minio o cromo, en un medio capaz de cederle nitrógeno y con una final de enfriamiento lento. Si se observa la figura 2, se puede apreciar el efecto que produ sobre la fJosición del comienzo de la reacción isotérmica de aceros. Desde el punto de vista industrial, estas curvas implican utilizar cidades de enfriamiento más lentas y un incremento de la templabili del acero carbonitrurado, es decir velocidades de enfriamiento menosdr. ticas y las sustitu~ión de aceros de alto carbono por los de menor canten y aleados de más baja cuando son requeridas mejores propie des del núcleo. H

...

v

e

TIempos de igual descomposición

1r.n

LG . . . .

UL"'V"UlUU'::>,

LV

1) Se el descenso del Arm, vale decir la teIllPenltura de comienzo de transformación de la es más (lOO a 150 que la de la austenita al carbono solamente.

~394

LOS

2) En el dominio tiene lugar un aumento muy pronuncí do de los de incubación, figura 2. 3) Las velocidades de transformación. en el dominio bainítico se ducen considerablemente. La simple observación de la figura corrobora lo expresado en los dos citados items. Los efectos del carbono con a la posición de Ar' se notoriamente afectados por la presencia de nitrógeno, con lo c se amplían las posibilidades del tratamiento. 5) La diferencia notable que existe entre la composición de la ea carburada y la del metal base en la carburación, implica una ferenciaciónmuy notable en los momentos en que se produc las transformaciones de ambas zonas. Si la cara superficial e tiene nitrógeno y el metal más alto carbono, esa diferené se atenúa, pero se magnifica por el efecto del nitrógeno y per teniendo en cuenta que el tratamiento se realiza a temperat ras mucho más bajas, que sea factible la utilización de acer aleados con medía carbono y posibilitar el temple bainítico d núcleo en baños de sales. La difusión del carbono y del nitrógeno presentan distintas alternat vas, siendo la fundamental que la presencia simultánea de los citado elementos, modifica el comportamiento individual. Según Sourdillón, Bramley realizó la siguiente experiencia: efectu do una carbonitruración con una mezcla de monóxido de carbono (CO) acetonitrilo (CN 3 CN) o amoníaco, encontró que en función del tiempo determinadas temperaturas, la cantidad de carbono fijado, aumenta ca la magnitud de nitrógeno activo, presente en la mezcla. Así se aprecía,fi gura 3, que para el peso de nitrógeno que varia desde a 0,5, el peso d carbono se incrementa de 1 a 2%. Este hecho en virtud de que lo coeficientes de difusión respectivos, de los dos elementos, crecen cuand se encuentran simultáneamente, figura 4.

°

E E e

'0

Ü

~

ID e

ro

a..

FrG. 3. Carbonitruración de 10 a 1000 oC sobre acero dulce

Qi

8 1o.a FIG. 4. Variaciones de los coeficientes de difusión con la temperatura.

""-_8OO""------'85....0_9..L.00_.... 95....0_1OO..LO .__o_C..-..

12

1110

Inversas de temp. absolutas

Un contenido de a 825 oC la vede reacción. en la son más activos a que a temperaturas más elevadas (950 la velocidad de se acelera con relación a la carburación a medida que la reacción tiene a temmás moderadas. Bever y Flore han efectuado un trabajo muy interesante acerca de las reacciones simultáneas y han demostrado cómo varían las proporciones relativas de carbono y nitrógeno en función de la temperatura y del tiempo, figura 5, y la dureza en profundidad luego del temple en aceite. Utilizado una mezcla gaseosa y variando la temperatura del tratamiento, ha hecho posible regular la profundidad de la relación N/e y la concentración de estos elementos, que se traducirá en modificaciones de las propiedades de las capas carbonitruradas. La modificación de los parámetros, y atmósfera, se traduce directamente sobre la capa carbonitrurada, que presentará diferentes estructuras y que variarán de acuerdo con la velocidad final de reacción. enlenlQO ..... 'W"c'cH::"nrn el efecto del ..nt-'W"i"...o.."n .... 0.4.'-"".'u ... v ..... , al subsistirá una CaJfitl.oa,o '~..... n,n1l'"1~ .....'t-o De acuerdo con 10 expresado, ....." .... ,",..... 1'1" mezcla gaseosa rica en nitrógeno naciente 10%, gas las estructuras resultantes que se observarán en la capa de tratadas respectivamente a 760 y 825 duranestán constituidas por: lV'"' .•""'''''''''''

'-J.Ui:>H"':A,

1) Una capa blanca superficial la disminuye, características en lo que a su a) Por tratamiento a 825 oC ...... "'C0.4 .... átomos

\JOJ ......" ' , ... v ,......... v

OJu

......

0,25

2

11

penetración

(mm)

rado 700, 760 aceite.

(1) (2)

60,7 76 60.7

85

83

69

90

H"

R¡;,N

69

20

86

SO

91

83 70

R I5N

RA

)

b) Por tratamiento a 700 oC por nitruro de hierro (Fe 3 N) (el e bono reemplaza algunos átomos de nl'tl"iHYO,nn c) Por tratamiento a 760 una de ambos consti la estructura resulta entonces PY1~rpm~lrl mente distorsionada. .lJ~:;U(ÁIV de la capa blanca, se encuenr;ra una mezcla de austenita y mnl.. hr..... '·l-ro-tl',..nr>,A .... ;raciones del de ceIlté:SlIIlas milímetro y a la nn""","''',.r1 ¡de tornillos, nas como las proporciones de gas .... "...... n pueden ser muy diferentes. De acuerdo con Pomey, la atmósfera debe ser regulada para dar una )a bastante rica en para en la mayor ~e de su la de sea hasta ) oC y que austenita sea estable a una "........ ~1J't,-,'''..·n+''''.n''''1-... ,..,......nrl·'''' 680 para la transformación ~n1.. IH·'l"n .. rln

i

.0.:.4'-4Tl

3 e) Productos

"".uuvU,"'''HJl.... ,"' ..... ...

El contralor de la dureza como del espesor de capa realiza de la misma forma que para la La dureza puede variar en una de 40 a Rockwell C. La del núcleo tendrá un valor acorde con dades del uso y del acero utilizado. nnnllY"ü,">rt

Referencías: Metal handbook. A.S.M.

Capítulo XIV

NITRURACIÓN

1) Definición La nitruración de acuerdo con la definición del comité de la junta AFA, ASM, ASTM SAE, es un proceso de endurecimiento superficial en la cual aleaciones usualmente de composición son calentadas en una atmósfera de amoníaco o en contacto con material nitrog'e~na.ao para producir una por absorción de .......-voi"'...", .... temple o final. La nitruración puede realizarse de dos Tn.-rn¡;,. 'n

a) Seca o gaseosa. b) Húmeda o líquida. La nitruración seca o gaseosa consiste en calentar un acero o hierro fundido de composición durante varias horas a entre 500 y 590 oC en una atmósfera de amoníaco capaz de f'orilo:rllo no activo o naciente para producir por su absorción una dureza cial muy elevada sin temple final. La nitruración húmeda o líquida consiste en calentar un producto siderúrgico en un baño de sales con base de cianuros a temperaturas comprendidas entre 525 y 600 oC cierto tiempo, minutos o horas para superficiales que el en vO~JC;\"U;lJ. de útiles, etcétera. 011"'\0..-1'"1-

2) Objetos de la 'nitruración tener entre Producir elevada dureza nor '"'v .... t...... v.

"uu-..n,rT'''''

que es oOt;enma sin

Resistencia al tJ'""" ..... v"'J, entre los que tn, con metaL d)

tendencia al engrane, condiciones deficientes de lubricación.

e)

Aumento del límite de resistencia a la duce la sensibilidad a la entalladura. notablemente la resistencia a la corrosión.

f)

Mínima distorsión o alabeo de las nal de nitruración. h) Salvo casos muy

'-.U''-,",VHU'-''J.

mente rectitlcadas, rectificado final.

:3)

Factores de la nitruración

cÍón

Entre los citan: a)

factores que influyen en el proceso de nit

Cementante o naturaleza del medio nitrurante.

b) Composición del metaL El producto utilizado, en aceros como hierros fundidos, debe ser de una composición en cantidad naturaleza de los que lución sólida pueden formar nitruros. c)

Temperatura del tratamiento.

d) Duración o tiempo del tratamiento. e)

Hornos para nitrurar.

de la nitruración gaseosa La nitruracián realiza mediante el calentamiento de aceros diciones entre 500 dentro del estado alotrópico en un medio o fuente activa de durante cierto tiempo, de acuerdo con el material y espesor capa Con el fin de tener elementos en solución mo

~ ...'''T1C'1n.n

de por reacción difunde hierro alfa a por debajo de 590 oC. El ,amoníaco, de suministro del naciente o . . +-" ...... ,'" elevada temperatura, se de contacto exrna del metal, de acuerdo con las reacciones: (1)

(3) la reacción al el amoníaco en nitrógeno e estos elementos son inestables por paan con mucha siguiendo el camino por las eXlpn~SH)nE~S 2) y al estado molecular estable; ambos constituyentes en estas coniciones son inertes. El nitrógeno, en el breve tiempo que se mantiene al estado atómico, s susceptible de reaccionar, ser absorbido y fijado en el hierro alfa del roducto Por lo para una nitruración y constante nitrógeno atómico, lo que solamente un flujo permanente y constante de maníaco en torno al metal. De acuerdo con esto, en el interior de a caja de nitruración o en el contenedor del horno, es fundamental manener una real y efectiva circulación de amoníaco a lo de todo el roceso. Dentro de las temperaturas a que se puede disociar el amoníaco, ra 1, el hierro cataliza esta disociación y el nitrógeno atómico entra mo elemento de inserción en el hierro alfa o gamma dando lugar a la rmación en la al nitruro de hierro Fe 4N (compuesto frágil de onformación a la E (solución sólida de Fe2N) los asos. A medida el proceso avanza, en las capas más periféricas se enantrará el nitruro de hierro ubicado en los planos de c1ivaje o desizamiento de la ferrita y sobre todo en las juntas de los granos; más haía el interior se tendrá una solución sólida de inserción de nitrógeno en 1hierro alfa. Los nitruros de la combinación con el hierro, tienen la rma de que pueden alcanzar su pn~SenC]la ndurece un tanto al hierro y al acero extra dulce, pero confiere' fragilid a la capa nitrurada. El proceso así desarrollado sería insuficiente para lograr el endureciiento elevado requerido, sobre todo se vería reducido por la coascencia del formado y del de hierro U"'-'LUJlvV,

estudios realizados por lo llevaron a la conclusión de que la resencia del cromo y en '-'kJIJ'-'''·J.UJ. del aluminio en la modifican ustancialmente el a durezas muy sin neesidad de "'-'J."¡J.l'-'

426

o

N

de disociación equilibrio de combinación

orn 11l",nn

Diagrama hierro-nitrógeno

Diagrama

N+

H

1 Zona de temperatura conveniente para la nitruración,

difusión del desde la varía considerablement con la del acero y la ternpen:ltllra del tratamiento y produc del modificaciones muy importanfes en las tal. Los átomos de aluminio forman con la ferrita una solución sólida d sustitución no tiene movilidad a la temperatura de trabajo. Si se recuerda que nitrógeno inserto en la red de ferrita difunde, en la difusió combina con el aluminio para constituir en el lugar una molécula de ro de aluminio muy aun a altas (1100 OC). esta manera en del todos los átomos de aluminio de las se transforman en de nitruros diseminados seno de la red de ferrita. En otras moléculas de .... '1·... son como alojados en el la red El efecto o la acción que se traduce u origina el nitruradas. Los nitruros así en la red cristalina del a limitar la difusión del nitrógeno a peque rro, son numerosos y ñas 11 . ." "

.....

-a·l~]L....,......

de las piezas para nitrurar

En la 12 se ha el procedimiento a pa el tratamiento de de acero que serán sometidas nitruración. el mismo dos ciclos de IJV,Oll.,,'J.LJ.u.auc;,.::l.

Revenido para propiedades núcleo

Mecanizado final

t

t

Recocido

Nítruración Reeti cad

~

Quitado de tensiones

Mecanizado grueso ~SQuerna

del prc>ce;sacl0 de aceros nitrurados.

8) Protecciones para evitar la nitruración partes de las piezas ........""I-nl"r"'... ciertas áreas de nitro con las características del par delos medios: ..",.n,.,,, ..,,,

lHGU1.'-'",,,,"

.... L;;;• ......

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Tratamiento a 10% de Has

C"Hr,,::n'''T1E'lO'''

'u..""'V, con el metal ser nitruradas. estar comprendido entre 'Vu ..

rtOl"tAc"'I",,.r!r.

.El espesor ae'omnutGo y 0,0127 mm. Aplicación de una pintura constituida de de óxido de estaño en un Cobreado electrolítico, cuyo depósito es denso y no poroso. d) Para nitruraciones relativamente cortas o breves con de aluminio en silicato de sodio. Los orificios o roscas interiores se con amianto mido y se le la pintura de y silicatado. f) En aquellas que sean de dejar so de para luego quitar con la muela. \'pllcaClon de una constituida por: tres "''''''aL~'V, una de una do de cromo. los tres y diluir en una lución de cloruro de zinc. Esta protección tiene que secarse bien antes de cargar las en el horno. h) Estañado en un baño de estaño puro, manteniendo a alrededor de 400 oC. Se utilizan también aleaciones de plomo y estaño. las tienen que ser bien Ue(~aplauas. Previo al

9) Ventajas de la Con respecto a otros tratamientos de endurecimiento en la carburación, la nitruración presenta las siguientes ventajas: Obtención de un endurecimiento directo en el tratamiento termoquímico, sin de final ti otro tratamiento térmico. b) El tratamiento se realiza a telnnenitU y por COIlSHnuenl:e instalación es bajo. c) El proceso Las deformaciones finales son de pe(~UEma u u...¡;:;,...... " ...."", bIes determinar con casos utilizar las ficación o laPIIUélGO El aumento considerable de dureza está "'tunn·ror.rI los más elevados obtienen por enldureClIDleIlto de un n1"'n.rin",rr, "'1rlo1"'1'1"'''''''''''

SU:SCE~ptl-

442 se mantiene .......... lT"f'Jr·r>rulo utilizar resistencias

TH"'''TY\'~'''

tensión de rotura Las características del reúnen elevados. h) El límite de fatiga una notable mejora, como consecuencia de las tensiones de de las capas y de la disminución del efecto de entalladura debido a las rayas o a defectos SU1Pel:11caaJ.es. i) En las nitruradas se produce una rnc"r...... la resistencia a la corrosión. El metal agua aire húmedo y vapor. ·g

En función de la baja "'-'-"'-'1-"-''' lOrLgaluo del proceso, la

de no obstante lo pr sufre menos deterioro. y el proceso en su n .....o ... ,,1" 1''''' ...

LU.¡:,,,U.Aa'J-'VU.

1)

El costo del trabajo es gran limpieza. La resistencia al a8Sg::lS1;e la del acero y "'-".UI-" .. es igualmente favorable.

u" . . v.

nitruradas es C!l1.'\aY"''''''' coeficiente de frotamien

10) Nitruración en baño de sales La nitruración en baño de nitruración húmeda o nlt-.., • ..-",."", es un tratamiento termoquímico que fue a punto por y consiste en aumentar el rendimiento muchas herramient en general, etc., por tratamiento de los aceros en bañ de cianuro conteniendo fuertes proporciones de cianatos. Este que se aplica a de acero br cas, herramientas de forma, tiene la aumentar el rendi miento de las mismas en 100,200 Yhasta un 300% de acuerdo con el a realizar. de herramienta y Cuando se trata de acero dulce o SelTIH!U¡"O no se obtiene un aumen considerable de la una muy importan COllQ]lCl()nE~S de trotalnlEmt,o, de la resistencia a corrosión y a 1 Ñ n ..."'''....

proceso consiste en introducir intencionalmente una ClOn cianatos y con preferencia airear el baño manera una fácil renovación del cianato. Estudiando la del cianato sobre la resistencia a la fatig a la conclusión que ésta se notableménte en for se ha lineal hasta un 30% de cianato que se eleva hasta un 35% donde pe manece estable.

443

el baño inicialmente está constituido por 50% de cianuro y 50% de cianuro de

IJVL'U.>JJLV

Durante el proceso, por reacciones que se contiene ciay una cierta proporción de carbonatos que provienen de la escomposición del cianuro. El aire que se insufla desde el fondo de la eua debe ser fundamentalmente bien seco. El tenor del cianuro sodio ser del orden del 50 a telnp1er;atllra del tratamiento usualmente no excede de 570 oC

'AJJ,U",.~~~u.'-'J".a~ asegura

una, buena prc)tecclón contra

por este trata-

11) Nitruración iónica

La nitruración iónica o nitruración en es un tratamiento que del acero mediante I1p"r~lror~~ 1n1-on,C'~_ consiste en endurecer la vas de efluvios y UvIJV'J~"""'''~ por intermedio un campo eléctrico.

444

El procedimiento de piezas nitruradas por iones tiene la dad de conferirle al metal alta superficial, con lo cual se logra vada resistencia al desgaste, gran resistencia a la fatiga por flexión ternada, buenas propiedades al resbalamiento, mucha dimensional y mínima deformación. Teniendo en cuenta los numerosos factores o parámetros del trat mediante su regulación es posible utilizar este proceso en ro chas aplicaciones industriales, coordinando las características del rila rial a utilizar con la clase de esfuerzo al que estará sometida la pieza tratar. b) Técnica del proceso En forma resumida el proceso en síntesis consiste en lo siguiente: b1 ) Un depósito o cámara (1) figura donde se pu practicar el vacío y en el cual se colocan las piezas a tratar aisladas eléctricamente bien suspendidas. Una fuente de (3) con su tablero de regulación, dism ción y control correspondiente (4), que provee corriente conf de varios centenares de volts. El material a tratar se conecta al cátodo y la pared de la cá al ánodo. El depósito o fuente de suministro de nitrógeno e hidrógen compone de nitrógeno puro, mezcla bien mezcla de nitrógeno, hidrógeno y carbono. El depósito mara tiener_ un conducto de o escape de gas (6).

+

5 Gas

entra a 2

6

Fw. 13. l'~fuluem~ de la para nitruración iónica.

lUi:l,Il;CU,.:xll-;LUU

Los dos procesos a contra corriente de condensado son bases para la de las capas del nitrurado iónico. La dureza que obtiene mediante este tratamiento depende ........ ,1.....-. ...........·0 de los aleados de los aceros que forman nitruros por '-'I',,,"'UIJHJ aluminio, cromo, tungsteno, etc. En ciertos aceros rápidos, donde de un nitrurado iónipor temple y revenido se ha alcanzado 65 HRc, ca de treinta minutos a 500 oC a en durezas de que las herra1100 hasta 1300 Hv. Además de esta característica se mientas un desprendimiento más fácil de la y con ello una de la temperatura de corte, corno consecuencia de un coeficiente de más bajo de unas de desy por se evitan llZanllent,o, reducen las fuerzas las soldaduras y hendiduras del material.

re(:IPllentes se fabrican de tres modelos diferentes:

b) De foso para metro y una altura de c) Combinado mensiones variables de altura. 500

Las fuentes de La tensión

de un 4000 mm de altura. con 1250 mm de diáestacionarias 1250 mm de ............ u

eléctrica variar entre

... 'v"...

una corriente nominal entre 15 hasta Kv.

446

TRATAJ.\1IENTOS

- 0,4 - - 0,8

Variación de la energía iónica

1,6 e '0 .¡¡; e

- - 2,0 --

~

GJ t

Electrón

[JJ o

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- - -- ....

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Fase E

N

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Fase

--

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Fase (J ....

'" FIG. 14. __.... __._._

rlepI'es,enl~atlvo

del proceso de nitruración iónica.

447 La duración del tratamiento es variable y está de acuerdo con el objeque y en función de la condición oscilar entre y varias horas. Por en un acero al cromo-molibdeno-vanadio un tratamiento a 510 24 una _~,"nT''''o:l,(,,~r\T'l de dureza por nitrurado de 0,19 a La del tratamiento de se acepta como inferior a la del revenido aplicada al acero; en ~f,,"nn':>"J"~~111r!l de trabajo conveniente alrededor de 30 oC por debajo de la del revenido final.

Entre las numerosas tar las de "'.... y punzones de extrusión en

'J,

""..u t" .......L.. " " J......., ' "

Nitruración iónica de herramientas de est:arrlpalClc,n viruta. Grad. Axel Neuhaus (Alambre N°

vv se pueden ciY anillos de embuetcétera.

arranque de

Capítulo XV

SULFINUZADO

consiste en ca-

2) Objetos del sulfinuzado que se a)

con el

"''AJlU....J' .... '''', ........." ,

se citan los si-

reduciendo el coeficiente de frotamiento. Aumentar considerablemente la resistencia a la por efecto de la que una dura. c) en la mayoría de los casos, el o gripado por frotamiento metal con metal en virtud de autolubricación por el azufre. Tratar rectificadas sin de una mecánica o posterior. e) considerablemente la resistencia a la corrosión. Es necesin embargo, realizar una muy cuidadosa para J'u .." ........ toda traza de sal. f) la resistencia al del acero en por la no en el por la viruta del corte. 'V ....

las condiciones de de los ,n..... '... I~C' nen aleantes de punto de fusión inferior a 500 Posibilitar el por del suJltirmz;ado. h ...

i) j)

de

el tratamiento a aceros que han las condiciones de trabajo, cuando el frotamiento pu hasta 500 oC.

k) Reducir considerablemente el

..... ..nlr ...... 1II'·.cluuv':qJ'SA, que contiene los antes Clt:10C)S nitruros de hierro y en el caso de o aceros nitruros de aluminio, o de son de elevada dureza. En la figura 1 se muestra la los elementos ,.. . ,·,...........,...·.. al metal. Los elementos duros forman por . . . o'no,-"..o,,, del azufre, ..,11-...."''1'0..... '' carbono de los cianuros en la junta de granos. El efecto no está en sí representado por el aumento de dusino por el trabajo que tiene lugar sobre las duuna lubricación que produce el azufre rechazando el del 0_

o

En el agarre o gripado se produce por una fusión de dos me.. tales en contacto puntual, fusión que produce la microsoldadura. supuesto de estar las superfi~ies metálicas en contacto, sulfinuzadas, €ste contacto puntual provoca la fusión del azufre (de muy baja T·trptpT·~

Capítulo XI

TRATAMIENTO DE ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL POR CEMENTACiÓN Tratamiento termoquímico con conteniendo cianuro

JJJOI...I.Jl'U'''''

Los baños de sales conteniendo cianuro son tóxicos o venenopor sumo y eSIJeClal CUJlU3lUO tanto en el manide como en el y de re(111~mdlo un ciclo cmnpleto.

...,. .. ".'.............__ . . . . . . . y.Ll