s -10 tratamiento termico-químico del acero

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1 Procesos Metalúrgicos II 2012 - 2 Clase Nº 10 Tratamiento Termoquímico de los Aceros Profesor: Ing° Juan Corcuera

Author: nelson-carbajal

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  • 1Procesos Metalrgicos II

    2012 - 2

    Clase N 10

    Tratamiento Termoqumico de los Aceros

    Profesor: Ing Juan Corcuera

  • Es el proceso de calentamiento y enfriamientoal que se someten los aceros con el fin demejorar sus caractersticas mecnicas,especialmente la dureza, la resistencia y latenacidad. No se modifica su composicinqumica

    RESUMEN TRATAMIENTO TRMICO

  • Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente ms elevada que la crtica superior Ac (entre 900-950 C) y se enfra luego ms o menos rpidamente (segn caractersticas de la pieza) en un medio como agua, aceite, etctera.

    Revenido: Slo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue eliminar las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue bsicamente del temple en cuanto a temperatura mxima y velocidad de enfriamiento.

    RESUMEN TRATAMIENTO TRMICO

  • Recocido: Consiste bsicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitizacin (800-925 C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. Tambin facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en fro y las tensiones internas.

    Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribucin uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido

    RESUMEN

  • ETAPAS DEL TRATAMIENTO TRMICO

    TRATAMIENTOS TRMICOS DE LOS ACEROS

    TEMPLE

    NORMALIZADO

    RECOCIDO

    ZONA CRTICA

  • DIAGRAMAS TTT

    Entre 723 y 500 se forma perlita;

    Entre 500y 225 aparece bainita;

    A 225 empieza la transformacin instantnea de la austenita en martensita,

    Por debajo de Mf es total.

  • 7 Analizar y evaluar los tratamientos termoqumicos, y su influencia en las propiedades de los aceros.

    OBJETIVO DE LA CLASE

    Tratamiento termoqumico : Definicin -

    Objetivos Etapas

    Clasificacin :a) Cementacin; b) Nitruracin

    c) Cianuracin d) Carbonitruracin

    e)Recubrimiento por cementacin

    TEMAS

    Tratamiento Termo-qumico de los Aceros

  • Tratamientos Termoqumicos del acero

    Cementacin (carbono)

    Nitruracin (Nitrgeno)

    Cianuracin

    Carbonitruracin (Carbono y nitrgeno)

    Recubrimiento por cementacin

  • Qu son los tratamientos Termoqumicos? Son tratamientos trmicos en los que, adems de los cambios en la estructura del acero, tambin se producen cambios en la composicin qumica de la capa superficial, aadiendo diferentes productos qumicos hasta una profundidad determinada.

    Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmsferas especiales.

  • En qu consiste? Consiste en enriquecer las capas superficiales de la pieza de acero con elementos:

    Carbono (cementacin),

    Nitrgeno (nitruracin),

    Carbono y Nitrgeno (Carbonitruracin o Cianuracin),

    Aluminio (Calorizacin),

    Cromo (cromado) y otros,

    para elevar la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosin y otras propiedades.

  • Objetivos:

    Aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el ncleo ms blando y tenaz

    Disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante

    Aumentar la resistencia al desgaste

    Aumentar la resistencia a fatiga

    Aumentar la resistencia a la corrosin

  • Etapas para los tratamientos termoqumicos

    La disociacin. Consiste en la descomposicin de las molculas y la formacin de tomos activos del elemento que difunde.

    La absorcin. Es cuando los tomos del elemento que difunden se ponen en contacto con la superficie de la pieza de acero formando enlaces qumicos con los tomos del metal.

    La difusin. Es decir la penetracin del elemento de saturacin hacia la zona interior del metal, al penetrar los que se difunden en la red del disolvente la velocidad de difusin ser ms alta, siempre y cuando en la reaccin se formen disoluciones solidas de sustitucin.

  • Clasificacin:

    Cementacin (carbono)

    Nitruracin (Nitrgeno)

    Cianuracin

    Carbonitruracin (Carbono y nitrgeno)

    Recubrimiento por cementacin

  • 1) Cementacin (carburacin)

    La cementacin es un tratamiento termoqumico en el que se aporta carbono a la superficie de una pieza de acero mediante difusin, modificando su composicin.

    La cementacin se utiliza en aceros con bajo contenido en carbono (0.15-0.20 %C).

    Objetivo

    La cementacin tiene por objeto endurecer la superficie de una pieza sin modificacin del ncleo, dando lugar as a una pieza formada por dos materiales, la del ncleo de acero con bajo ndice de carbono, tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de la superficie, de acero con mayor concentracin de carbono, ms dura, resistente al desgaste y a las deformaciones, siendo todo ello una nica pieza compacta

  • En qu consiste la cementacin?

    Consiste en recubrir las partes a cementar de una materia rica en carbono, llamada cementante, y someterla durante varias horas a altas temperatura (900C).

    La pieza as obtenida se le da el tratamiento trmico correspondiente, temple y revenido, y cada una de las dos zonas de la pieza, adquirir las cualidades que corresponden a su porcentaje de carbono.

    En ocasiones se dan dos temples, uno homogneo a toda la pieza y un segundo temple que endurece la parte exterior.

    La cementacin encuentra aplicacin en todas aquellas piezas que tengan que poseer gran resistencia al choque y tenacidad junto con una gran resistencia al desgaste, como es el caso de los piones, levas, ejes, etc.

  • Caractersticas

    Endurece la superficie.

    No le afecta al corazn de la pieza.

    Aumenta el carbono de la superficie

    Su temperatura de calentamiento es alrededor de los 900 C.

  • 2) NITRURACION

    La nitruracin es un tratamiento termoqumico, en el que se modifica la composicin del acero incorporando nitrgeno durante el proceso de tratamiento trmico en una atmosfera rica en nitrgeno.

    Objetivo

    El objetivo de la nitruracin es el de elevar la dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosin de la capa superficial de las piezas, saturndolas con nitrgeno.

  • Procedimiento

    Existen dos procedimientos:

    Nitruracin en horno se coloca la pieza dentro del horno, dentro del cual se hace circular amoniaco y posteriormente se calienta a temperaturas de aproximadamente 500C, lo que provoca que el amonaco se descomponga en nitrgeno e hidrogeno; el hidrgeno, se separa del nitrgeno por diferencia de densidad, y el nitrgeno, al entrar en contacto con la superficie de la pieza, forma un recubrimiento de nitruro de hierro.

    Nitruracin inica, las molculas de amonaco se rompen mediante la aplicacin de un campo elctrico. Esto se logra sometiendo al amonaco a una diferencia de potencial de entre 300 y 1000 V. Los iones de nitrgeno se dirigen hacia el ctodo (que consiste en la pieza a tratar) y reaccionan para formar el nitruro de hierro (Fe2N).

  • Aplicaciones La nitruracin se aplica principalmente a piezas que son sometidas regularmente a grandes fuerzas de rozamiento y de carga, tales como pistas de rodamientos, camisas de cilindros, etc.

    Estas aplicaciones requieren que las piezas tengan un ncleo con cierta plasticidad, que absorba golpes y vibraciones, y una superficie de gran dureza que resista la friccin y el desgaste

    Aceros para nitruracin Para este proceso resulta conveniente que en la composicin de la aleacin haya una cierta cantidad de aluminio (1% aproximadamente).

    Este tratamiento tambin es aplicable a algunos aceros inoxidables, aceros al cromo-nquel y ciertas fundiciones al aluminio o al cromo.

  • 3) Cianuracin

    La cianuracin es un tratamiento termoqumico que se da a los aceros.

    Cuando se quiere obtener una superficie dura y resistente al desgaste, esto se logra empleando un bao de cianuro fundido.

    La cianuracin se puede considerar como un tratamiento intermedio entre la cementacin y la nitruracin ya que el endurecimiento se consigue por la accin combinada del carbono y el nitrgeno a una temperatura determinada.

  • Cmo se realiza

    La cianuracin se efecta a una temperatura justamente por encima de la critica del corazn de la pieza,

    Se introduce la pieza en una solucin que generalmente consta de cianuro de sodio con cloruro de sodio y carbonato de sodio,

    El enfriamiento se da directamente al salir por inmersin al bao de cianuro con esto se obtiene una profundidad de superficie templada uniforme de unos 0.25 mm en un tiempo de una hora.

  • Cianuracin liquida

    Se realizan a 820-870C con permanencia hasta 1 hora en un bao de cianuro que contiene una mezcla de sales, aproximadamente de la siguiente composicin: 45% de Cianuro de Sodio (NaCN), 35% de Carbonato de Sodio (Na2CO3), 20% de Cloruro de Sodio (NaCl).

    Despus de la cianuracin las piezas se enfran hasta la temperatura ptima del temple y se templan en agua o aceite segn el tipo de acero. Despus del temple se efecta el revenido a 160-180C.

    La carburacin gaseosa

    Es la saturacin de la capa superficial de las piezas con carbono y nitrgeno en un medio gaseoso compuesto de 70-80% de gas cementante y 20-30% de amoniaco y calentamiento hasta 850-900C.

    La duracin del proceso para lograr una capa de 0,3-0,5 mm de profundidad es de 3 horas; para 0,5-0,7 mm de profundidad, 6 horas; y para 0,7-0,9 mm de profundidad, 8 horas. Una vez carbonitruradas las piezas se someten al temple y revenido.

  • 4) CarbonitruracinEs el tratamiento termoqumico en el que se promueve el enriquecimiento superficial simultneo con carbono y nitrgeno en piezas de acero.

    Objetivo

    Obtener superficies extremadamente duras y un ncleo tenaz, sumado a otras propiedades mecnicas como resistencia a la fatiga, resistencia al desgaste y resistencia a la torsin.

    La carbonitruracin puede considerarse como un caso particular de la cementacin donde la adicin de nitrgeno:

    - Acelera la difusin de carbono.

    - Disminuye la velocidad crtica de temple y as reducir las deformaciones de temple.

  • La carbonitruracin en bao de sal es un tratamiento que se encuadra entre la nitruracin y la cementacin. Por esta razn la temperatura de la carbonitruracin se sita entre las temperaturas de estos dos procesos.

    La oferta de nitrgeno, que se difundir en el acero, depender de la composicin del bao y tambin de su temperatura. Sin embargo, se sabe que la oferta de nitrgeno se reduce a medida que aumenta la temperatura

    Carbonitruracin

  • 5) Recubrimiento por cementacin

    Para impartir a la capa superficial de las piezas una gran resistencia a la formacin de orn (xido de hierro), resistencia al calor, resistencia a la corrosin, dureza y resistencia al desgaste, se aplica la saturacin o recubrimiento de la capa superficial de la pieza con distintos metales: aluminio, cromo, silicio y otros.

    En estos casos el tratamiento termoqumico se denomina recubrimiento por cementacin.