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TRATAMIENTOS

TÉRMICOS

Elaborado por:

Prof. Roger Chirinos

Tratamientos térmicos

Los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y

enfriamiento a temperaturas y en condiciones determinadas, a que se

someten los aceros para conseguir las propiedades y características más

adecuadas a su empleo o transformación.

No modifican la composición química pero sí otros factores tales como los

constituyentes estructurales y como consecuencia las propiedades

mecánicas.


Fases

Calentamiento hasta la

temperatura máxima

Transformación de toda la

masa del acero en austenita.

La temperatura máxima de

calentamiento depende del

contenido del carbono del

metal y del tipo de

tratamiento térmico a realizar.

Permanencia en la

temperatura máxima

Se considera el diámetro

de la pieza sometida a

tratamiento térmico.

Su objetivo principal es

permitir calentamiento hasta

el núcleo de la muestra.

El tiempo de permanencia

es contado a partir del

momento que culmina el

calentamiento.

.

Enfriamiento desde la

temperatura máxima hasta

la temperatura ambiente

Aquí se produce la

transformación de austenita

en martensita u otros

constituyentes.

Para el enfriamiento de la

pieza se pueden utilizar

varios medios, puede

hacerse al aire libre, con

agua, aceite o soluciones

especiales, dependiendo de

las condiciones requeridas.


El hierro dulce, los aceros y los hierros colados (fundiciones) son

comúnmente utilizados como herramientas de corte, en las estructuras o

maquinarias (piezas de mecanismos, carcazas, entre otros). El diagrama

Fe-C muestra una solución sólida del tipo de parcial solubilidad en el

estado sólido y que servirá de ayuda para la aplicación de losTT.

El hierro presenta las siguientes formas alotrópicas

Alfa Beta Gamma

Hiero

Delta


NOMBRE ESTRUCTURA RANGO CARACTERÍSTICA

Alfa (α) CC0.008% C máx a temp.

ambiente, y 0.025% C

a 727°C

Es magnético y

prácticamente

no admite templado

Beta (β) TCC0.025% C a 727°C.

0% a 910°C

Se le considera de

transición entre el

Fe “α” y el “”

Gamma () CCC

Solubilidad máx. a 2%C

y 1148°C, temp. máx

1495°C, con 0.18%C,

temp. Mín 727°C con

0.80%C

Admite temple, el hierro

permite la máxima

Solubilidad (2%)

No es magnetico

Delta () CCSolubilidad máx 0.10%C

a 1495°C, temp. mínima

1400°C

Se encuentra a temp.

elevada, se disuelve

muy poco carbono


Fases


Tipos

Tratamientos sin cambio de composición, es decir, aquellos en cuyo tratamiento no

varían los componentes.

• Temple

• Revenido

• Recocido

• Normalizado

Tratamientos con cambio de composición, los que añaden nuevos elementos a sus

propios componentes o cambian la proporción de los existentes. De aquí que se llamen con más

propiedad Tratamientos Termoquímicos.

• Cementación

• Nitruración

• Sulfinización

• Carbonitruración


Temple

Proceso de calentamiento seguido de un enfriamiento, generalmente

rápido con una velocidad mínima llamada "crítica“, con el fin de aumentar

la dureza y resistencia mecánica, transformando toda la masa en austenita

con el calentamiento y después, por medio de un enfriamiento rápido la

austenita se convierte en martensita, que es el constituyente típico de los

aceros templados.

El factor que caracteriza a la fase de enfriamiento es la velocidad del

mismo, que debe ser siempre superior a la crítica para obtener

martensita.

Los elementos de aleación disminuyen en general

la velocidad crítica de temple y en algunos tipos de

alta aleación es posible realizar el temple al aire. A

estos aceros se les denomina "autotemplantes".


Revenido

Consiste en calentar al acero después de normalizado o templado, a una

temperatura inferior al punto crítico, seguido de un enfriamiento

controlado que puede ser rápido cuando se pretenden resultados altos en

tenacidad, o lento, para reducir al máximo las tensiones térmicas que

pueden generar deformaciones.

Cuando se pretenden los dos objetivos, se recurre al doble revenido, el

primero con enfriamiento rápido y el segundo con enfriamiento lento

hasta −300ºC.


Revenido, fines

• Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un estado de

mínima fragilidad.

• Disminuir las tensiones internas de transformación, que se originan

en el temple.

• Modificar las características mecánicas, en las piezas templadas

produciendo los siguientes efectos:

a) Disminución de la resistencia a la rotura por tracción, el límite

elástico y la dureza.

b) Aumentar las características de ductilidad; alargamiento estricción

y las de tenacidad; resiliencia.


Recocido

Consiste primordialmente en un calentamiento hasta la temperatura

de austenización (800 a 925°C) seguido de un enfriamiento lento. Con este

tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras disminuye la

dureza.

Los fines que se consiguen con este tratamiento son los siguientes:

1. Facilitar el mecanizado de piezas al homogenizar la estructura.

2. Afinar el grano.

3. Ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en

frío y las tensiones internas.

Tipos:

• Recocido de regeneración

• Recocido de ablandamiento

• Recocidos contra acritud

• Recocido globular


Normalizado

Tratamiento térmico que se lleva a cabo al calentar aproximadamente a

20°C por encima de la línea de temperatura crítica superior (Ac3) seguida

de un enfriamiento al aíre hasta la temperatura ambiente. Con esto se

consigue un acero más duro y resistente al obtenido con un enfriamiento

más lento, en un horno después de un recocido.

Este tratamiento se utiliza tanto para piezas fundidas, forjadas o

mecanizadas. Sirve para afinar la estructura y eliminar las tensiones que

suelen aparecer en la solidificación, forja, entre otras.

Entre los beneficios se tienen:

• Afinar y homogenizar la estructura (aumenta

resistencia y dureza)

• Disminuir la formación del componente

proeutectoide (cementita o ferrita) aumentando la

formación de perlita.


Resultados

Temple Revenido Recocido Normalizado

• Hace al acero mas duro

• Afinar el tamaño

del grano

• Aumenta la

fragilidad

•Disminuye la

elasticidad

• Reduce la

maleabilidad de la

pieza

• Incrementa la

resistencia eléctrica

• Generar un acero

mucho menos frágil

• Disminuir

ligeramente la

dureza

• Aumentar la

tenacidad

• Hacer al acero

mas elástico y dúctil

• Minimizar

notoriamente las

tensiones internas

producidas por el

temple

• Ablanda el metal

para trabajarlo mejor

• Regenera la

estructura del acero

• Elimina tensiones

internas

• Aumenta la

Elasticidad

• Mejora las

propiedades

eléctricas y

magnéticas del

acero

• Facilita el

maquinado

• Se obtiene un

acero con una

estructura

arbitrariamente

normal

• Se aumenta la

Dureza y

Maquinabilidad del

material

• Se refina el grano

• Se homogeniza la

microestructura

• Se eliminan

tensiones internas


superficiales

Son procesos particularmente útil para mejorar la resistencia a la

identación superficial, la fatiga y al desgaste.

Las aplicaciones típicas para el endurecimiento superficial son los

dientes de engranajes, levas, flechas, cojinetes, sujetadores, espigas, placas

de embrague automotriz, herramientas y dados. Sin embargo el

endurecimiento en el volumen de estas piezas no sería deseable, puesto

que una pieza dura carece de la tenacidad necesaria para estas

aplicaciones

Una pequeña grieta superficial se propagaría con rapidez a través de

este tipo de pieza, causando una falla total.

Están disponibles varios métodos; entre ellos el carburizado, nitrurado,

sulfunizado, el temple por inducción, entre otros.


superficiales. Cementado

Consiste en el calentamiento de las piezas a unos 900 ºC en un medio u

atmósfera (durante el calentamiento y enfriamiento) en el que el carbono

penetre en la superficie del acero en función del tiempo o sólidos que

contengan carbono (Cementado en caja) originando cambios en la

composición química del acero.

Entre los fines de este tratamiento se tiene:

Aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose

después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial,

resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.

Empacado

para carburaciónBaño líquido Gas

Métodos



SÓLIDOS LÍQUIDOS GASEOSA

• Son todas a base de carbono

vegetal, se suele usar cementantes

preparados (carbón vegetal +

Carbonato Alcalino ó Carbonato

Alcalinoterreo).

• No se usa nunca líquido ni

turba (contienen Azufre que

proporciona fragilidad).

• El carbono que absorbe, proviene

del carbón naciente. El poder de

penetración de estos cementantes

sólidos es de 0.5-1.5 mm/h.

• Se emplean en piezas grandes. Es

económico, barato y el menos

peligroso.

• Se realiza en piezas de gran

precisión, son tóxicos y peligrosos.

• Se usan cianuros y cloruros,

con cloruso potásico se obtiene la

mayor penetración. A mayor Tª y

menor proporción de cianuro

sódico mayor es el poder de

penetración.

• Los cementantes líquidos

penetran menos que los

cementantes sólidos.

• Hay que estar continuamente

observando los baños, pues llega un

momento en que en vez de

cementar, se nitrura, por lo que

se van agotando.

Hay dos tipos de Gases:

a) Gas Activo. Hidrocarburos

(metano)

b) Gases Portadores. Aquellos

que llevan algo de Carbono

(CO2, CO...), nunca van solos

(H2, O2, H2O), se obtienen por

combustión incompleta de

combustibles sólidos, se deben

pasar por catalizadores.

• Se realiza metiendo primero el

gas portador, se eliminan las

impurezas del horno, se cierra y

se mete gas activo. Hay una

mezcla, se introduce la pieza.

• El poder de penetración de los

gases es parecido al de los

sólidos: 8 h/1.5 mm



Sólidos Líquidos Gaseosa

• Los cementantes sólidosson fáciles de utilizar, pero

resultan caros de aplicar,

por el consumo de

combustible y costo de

preparación de las piezas

en la caja.

•Las temperaturas son muy

desiguales en las cajas

grandes.

•Se emplean en piezas

grandes.

• Son de acción más

rápida y de sencilla

aplicación, con respecto a

los sólidos.

•Se aplica mucho para

piezas pequeñas de

fabricación en serie.

•Tienen el inconveniente

que las sales usadas son

todas muy venenosas.

• Son los mejores y más

económicos para cementar

muchas piezas rápidamente,

pudiendo cementarse

grandes espesores.

•Su inconveniente principal,

casi el único, es la carencia

de las instalaciones

especiales que necesitan, lo

que impide su utilización en

talleres pequeños.


superficiales. Nitruración

Tratamiento que tiene por objeto aportar nitrógeno a la capa

superficial de los aceros, con lo que se consigue endurecerla

extraordinariamente.

La operación se realiza calentando las piezas a unos 500 °C en una

corriente de Amoniaco durante uno a cuatro días.

La dureza se atribuye a la formación de Nitruros de los elementos de

aleación del acero, principalmente Al, Cr, Mo.

Los espesores de la capa nitrurada más empleados varían entre 0.20 a

0.70 mm, según la duración de la operación, consiguiéndose

aproximadamente un espesor de 0.3 mm por día


superficiales. Nitruración

Opera

a bajas temperatura

No hay aumento

de tamaño de grano

No se someten

A tratamiento

posterior las piezas

Ligero rectificado

Durezas elevadas,

superiores a

78 HRC

VENTAJAS

La profundidad de la capa nitrurada varía desde 0.1 a 0.6 mm


superficiales. Sulfinización

Tratamiento térmico con cambio de composición, donde se absorbe C,

N2, y S. No aumenta para nada la dureza, pero se emplea para aumentar

la resistencia al desgaste.

Se ejecuta a Tª exacta, es decir entre 560 y 570 °C . Si sobrepasa de 570

°C se rompe y no se produce la sulfinización

Se realiza en un baño de sales de tipo. activos + reductores + de soporte,

y el proceso dura entre 30 minutos a 3 horas, obteniéndose como máximo

una penetración de 0.3 mm.

Como resultado de la operación se advierten dos acciones principales:

a) Una corrosión superficial, que origina microcavidades. “Piel de

Gallina”.

b) Polidifusión C, S, N2 . Es un efecto autopropagante, es decir, a medida

que se desgastando va penetrando, por lo que siempre tendrá la misma

dureza al desgaste.


superficiales. Carbonitruración

Tratamiento con el que se consigue endurecer una capa superficial de los aceros

por la absorción simultánea de carbono y nitrógeno .

El proceso se realiza a temperaturas cercanas a los 900°C, es decir con el acero

en estado Austenítico, obteniéndose capas duras de espesores hasta 0.6mm en

cuatro a cinco horas

• Una de las características más sobresaliente de la carbonitruración es la

disminución de la velocidad crítica de temple, que produce en los aceros

carbonitrurados, la aportación de nitrógeno en la austenita, puesto que puede

realizarse el tratamiento a temperaturas inferiores a la de cementación, con lo que

resulta una disminución del crecimiento de grano.

• Las piezas carbonitruradas de aceros al carbono tienen una velocidad de temple

suficientemente baja para enfriarlas en aceite, obteniendo por consiguiente, una

disminución de deformaciones y grietas.

• Menor empleo de aceros aleados para piezas carbonitruradas, puesto que con

aceros al carbono se obtienen buenas características.

• Las piezas carbonitruradas se suelen templar y revenir obteniéndose durezas

hasta de 65 HRC.

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