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7. Problemas de Tratamientos Térmicos

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Problemas de Tratamie

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PROBLEMAS DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS Ing. Miguel Carrión Castilla Aceros Bohler del Perú S.A [email protected]

Para realizar tratamientos térmicos el cliente debe tener en cuenta algunas recomendaciones para permitir el mejor resultado: 













Especificar claramente el tipo de acero, tratamiento térmico a realizar y las características requeridas para este último: - Temple y revenido: Dureza. - Cementación: profundidad y dureza. - Nitruración: profundidad. Las piezas deben poseer tolerancia para el tratamiento térmico, a fin de poder realizar correctamente el rectificado posterior. Las deformaciones en el tratamiento térmico son un efecto inevitable del proceso. Es posible, sin embargo, minimizar la deformación practicando un alivio de tensiones luego del desbroncado o desbaste. Es recomendable en cambios de secciones aplicar óptimos redondeos. características geométricas como ángulos vivos o perforaciones muy cercanas entre sí, constituyen un peligro para la formación de fisuras. Maquinar todas las superficies de la pieza, según la sobre medida recomendada, si no se ha limpiado totalmente la capa de suministro se favorece la mayor deformación y posibilita la formación de fisuras. Las piezas que han sido tratadas anteriormente poseen tensiones internas que acentúan su deformación normal. Es recomendable recocer antes de realizar un nuevo tratamiento térmico. Las piezas no deben tener ninguna aplicación, postizo o recubrimiento de materiales no ferrosos para

Los cambios dimensiónales y los cambios pueden ocurrir separadamente, pero en g rren simultáneamente y se sobreponen lo otros. Ellos representan un factor muy im los costos de producción ya que la defo rante el tratamiento térmico puede perjud toso proceso de manufactura en las última producción. La deformación inevitable, es el resultad bios volumétricos producidos por cambios les durante el calentamiento y el enfriamien por tensiones térmicas causadas por var temperaturas al interior de la pieza (difere latación entre la superficie y el núcleo du friamiento). La deformación puede compensarse o co los factores que la gobiernan han sido p considerados en las etapas de diseño y La deformación evitable, es el resultado miento térmico inapropiado o de una equ lección de materiales (ver Figura 1).

1.1 Cambios volumétricos causados por cambios estructurales.

La formación de la ferrita en austeníta p contracción. En caso de un enfriamiento le bio durante el enfriamiento (curva b) práct  Sign up to vote on this title

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Deformación

M odificación de medida

T en sion es té rm ica s

Distor sión

V aria cio nes d e v olu men

Tensiones residuales en m aterial de partida

Aparición de nuevas tensiones

Velocidad de enfriamiento

Material

Repartición de la temp eratur

Temperatura de temple

Templabilidad

M ecanizado asimétrico

Resistencia en caliente

Austeníta residual

Descarburización

Condu ctivida d térmica

Tiempo de temple Tiempo de mantenimiento

Recarburización

Dilatación y forma Dimensión y forma

Segregaciones Dimensión y forma

Dimensión y forma

Figura 1: Diagrama de las causas de la deformación .

cancelara por el cambio durante el calentamiento previo (curva a). Los cambios dimensiónales permanentes causados por cambios estructurales, solamente ocurren a elevadas velocidades de enfriamiento(curva c).

A medida que aumenta el espesor de una p alcanza un límite después del cual no es po temple a fondo (templabilidad). La transformación de la martensita y los incre You're Reading a Preview en el volumen afectan únicamente la zona e Curvas de dilatómetro y cambios en la longitud. el crecimiento volumétrico total es menor. Unlock full access with a free trial. A = Temperatura y cambios en la longitud En otras palabras, el cambio dimensional dep Ms = Comienzo de la transformación de la martensita. la profundidad de transformación de un tipo d Download With Free Trial y de su composición química típica. A medida que el contenido de martensita aumenta, el La influencia de la temperatura de temple pue volumen y el largo de la pieza aumentarán acordemente. rir de caso a caso. En aceros con bajas profun Contenidos crecientes de austeníta residual harán disde transformación, la profundidad de temple y minuir el cambio positivo en el largo de la pieza e incluso pueden producir una contracción. 0,5 El mayor volumen obtenido durante el temple depende del tipo de acero utilizado. Los valores que se indi0,4 can en la gráfica a continuación se aplican para un 0,3 temple a fondo completo.  0,2 Sign up to vote on this title 0,1 

%

1.0

Aceros de herramienta no aleados

0 % n

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Sheet Music BOEHLER K 720, 90 MnCrV 8, DIN 1.2842 (arriba) BOEHLER K 505, 145Cr6, DIN 1.2063(abajo)

1.2 Cambios en la forma causados por tensiones térmicas.

Durante el calentamiento y en particula enfriamiento rápido requerido por las ope Límite inferior de la temple, se producen Tensiones Térmicas a temperatura de temple la pieza causadas por la diferencia de t Límite superior de la entre la superficie y el núcleo. Esto cond temperatura de temple bios en la forma. Durante el enfriamiento, la temperatura secuencia el aumento en volumen, crecerá a medida superficial disminuye más rápidamente qu que crece la temperatura de temple. Al contrario, en La menor contracción del núcleo impide m tracciones en la zona superficial. Este hec aceros con una gran profundidad de transformación, tensiones en el núcleo. Si el material fue el incremento de la temperatura de temple producirá un menor crecimiento volumétrico debido al mayor asumir una deformación elástica, la pieza bre de tensiones en el punto en que la contenido de austeníta residual. del núcleo se igual a la temperatura super La velocidad de enfriamiento y el medio de temple tama y b). En general, la resistencia a las alta turas de un material no es lo suficientemen bién son de importancia. Con velocidades de enfrialograr tal estado libre de tensiones. Si s miento decrecientes (agua, aceite, baño de sales, aire), se reduce la profundidad de transformación y en conlímite elástico en caliente, ocurrirá una d secuencia el crecimiento volumétrico. plástica que conduce a una reducción de Adicionalmente, después del temple se presenta un nes de tracción en la zona superficial y cambio volumétrico y dimensiónales causados por un de equilibrio- a una reducción similar de de compresión en el núcleo (curvas c y d) cambio en la estructura durante el revenido. You're Reading Preview la deformación plástica se indica por e En primer lugar, el aligeramiento de la martensita y la ade precipitación de los carburos producirán una disminucada con las flechas entre las curvas a Unlock full access withalcanza a free trial. ción en el volumen. La desintegración de la austeníta el punto de la más alta diferencia residual en martensita, causa un incremento en el voturas, la contracción de núcleo es mayor lumen. En el caso de temperaturas de Download revenido aún superficial. With Free Trial Esto disminuye las tensiones en la zona superficial (después de un peri más altas, la creciente desintegración de la martensita ta que desaparecen. Como consecuencia conducirá nuevamente a una disminución volumétrica tracción que sigue sucediendo en el núc más pronunciada. Dependiendo del tipo de composición química, los cambios estructurales y en conseéste está aùn más caliente, la zona sup cuencia los cambios dimensiónales, ocurrirán a difesometida a tensiones de compresiòn que rentes temperaturas. en forma de tensiones residuales.

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500 n ó i c c a r t

Diferencia superficie - núcleo

 Núcleo

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Las variaciones en la forma son influenciadas de modo decisivo por las tensiones térmicas las cuales son reducidas por la deformación plástica. Los cambios en la forma serán mayores con velocidades de enfriamiento, temperaturas de temple y tamaños y coeficientes de expansión térmica crecientes, así como con resistencia a la alta temperatura y conductividad térmica decrecientes. Como consecuencia del proceso de enfriamiento que sucede en el exterior y la consecuente disminución superficial, todos los cuerpos no esféricos tienden a asumir la forma de una bola que posee la más pequeña relación superficie a volumen. Los cuerpos cúbicos se aproximan a la forma de bola por medio del encorvamiento de sus caras. Los cuerpos prismáticos se vuelven más cortos y más gruesos. Los componentes de formas planas se acercan a la forma esférica mencionada, aumentando su espesor y disminuyendo su superficie (forma de barril). En otras palabras, los cambios en la longitud, ancho y espesor de un cuerpo variarán según su forma geométrica.

miento volumétrico causado por la transforma tructural no ocurre simultáneamente sobre tod ción transversal. Esto produce tensiones de transformación que en dirección opuesta a las tensiones térmicas El efecto de las tensiones térmicas será dom los cuerpos cilíndricos asumirán la forma de ba crita anteriormente, si la austeníta se transfor 





Tanto en la superficie como en el núcleo, a momento de las mayores tensiones térmica Tanto en la superficie como en núcleo, des momento de las mayores tensiones térmica En la superficie después y en núcleo antes momento (P. ej. Aceros de cementación).

En el caso de una transformación en la zona superficial que suceda antes o durante el mom las mayores tensiones térmicas y en el caso transformación en el núcleo después de éste momento, un cuerpo que haya tenido forma c en estado recocido asume una forma pareci carrete. En éste caso, las tensiones de trac perficiales producidas durante el enfriamiento 1.3 Efecto combinado del cambio volumétrico minuyen por el incremento volumétrico debido debido a la transformación estructuralYou're y del Reading a Preview mación de martensita en la zona superficial y cambio en la forma debido a tensiones vierten en tensiones de compresión. El núcleo Unlock full accessbio withse a free térmicas. ve trial. expuesto a tensiones de tracción. E tuación, el cuerpo trata de alcanzar una may Como consecuencia de las diferentes condiciones de With ciónFree superficie Download Trial volumen. La reducción de las enfriamiento en la superficie y en el núcleo, el crecines a través de la deformación plástica condu Variación del volumen causada únicamente por transformaciones

Tensiones térmicas de transformaciones que ocurre en momentos diferentes




Diferencias de temperatura y transformaciones Useful Not useful que ocurren simultáneamente

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alargamiento en dirección longitudinal y simultáneamente a una reducción en el espesor. Como producto del rápido enfriamiento, las puntas del cuerpo cilíndrico no son capaces de seguir esta variación en la forma. Los cambios dimensiónales y Los cambios en la forma que ocurren durante el tratamiento térmico pueden ser explicados por el efecto combinado de las tensiones térmicas y de transformación en conjunto con el incremento volumétrico debido a la transformación estructural. Otros factores como las propiedades del material, diseño y condiciones de tratamiento térmico deben ser tenidos en cuenta.

y ángulos. Estas tensiones asimétricas pue trarse incluso en el material de partida e tensiones residuales producidas por ope enfriamiento, deformación, maquinado o Estas pueden ser también producidas du tamiento térmico o causadas por hetero al interior del material o por un inapropiad la pieza.

Tensiones residuales: Un típico ejemplo de esto es el cambio producido por el relevado de tensiones d enderezado o después de operaciones de do extensivas. En todos estos casos, e hacer un tratamiento de alivio de tension efectuar el tratamiento térmico.

1.4 Cambios dimensiónales en aceros de alto carbono y alto cromo. En el caso de aceros de herramientas con altos contenidos de cromo y carbono, debe considerarse que el cambio dimensional puede variar por el efecto de las bandas de carburo en dirección longitudinal y transversal. Ver figura 8.

Tensiones del tratamiento térmico: Siempre se debe tratar de evitar un cale un enfriamiento no uniforme a travès del to lento o por etapas con igualación de te calentando piezas delgadas en posición evitando que piezas delgadas se doblen Es por esta razón que el cambio dimensional también calentamiento utilizando soportes adecuad esta influenciado por la selección inicial del material do únicamente a velocidad necesaria para You're Reading apropiedades Preview (P. ej. Diferentes direcciones de deformación principal requeridas; evitando operac en la barra de acero). terales de temple. Unlock full access with a free trial.

1.5 Deformación evitable

Heterogeneidades al interior del material: Evitar la descarburación o la carburación Download With Free Trial La razón de este cambio dimensional normalmente es mecanizando el acero por ambos lados la distribución asimétrica de las tensiones que, cuande observar las tolerancias de mecanizad do son eliminadas por la deformación plástica durante Al seleccionar los materiales de trabajo e el calentamiento, conducen a un cambio en los radios poner atención a posibles diferencias en ción química sobre la secci sal (segregaciones). Probeta 20 x 100mm La presencia de segregac 90 den ser evitadas en gran m +0,2 65 80 diante el uso de procesos es  % 64 70 n Sign up to vote on this title producción por ejemplo, la e l + 0 , 1 63 60 a electro useful escoria (u n  Useful por  Not o i BOEHLER). 62 50 s n e m 0 i

61

C R

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1.6 Enderezado.

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Direcciones de las probetas

Sentido de las líneas de carburos en placas cortadas. Las flechas muestran el sentido principal de la deformación

Variación dimensional

a

a a

a: Sentido de las flechas de carburos = dirección principal de la deformación

You're Reading a Preview

Figura 9: Influencia de la dirección de laminación de la deformación

Unlock full access with a free trial.

ción de enderezado después del enfriamiento en el herramienta y las condiciones, influyen en el baño de sales exactamente por encima de la tempeunaFree operación Download With Trial de rectificado. ratura Ms, ya que la austeníta tiene valores de tenaciEn el rectificado existe, más que para cualqu dad más elevados. tipo de mecanizado, el peligro de ocasionar f Después de cada operación de enderezado se recola pieza; ya sea por la utilización de ruedas es mienda un tratamiento de alivio de tensiones. inadecuados (dureza, granulado y tipo abra modo de operación, como también por los me refrigeración. Una inadecuada selección de las ruedas de re o una insuficiente refrigeración pueden p sobrecalentamientos locales generando  fisuras Sign up to vote on this title ficado, formación de capas blandas (el ef revenido) endurecimiento local de la superf o Useful  Not useful recalentamiento a altas temperaturas). En el ca cular de piezas templadas, existe mayor riesgo ñarlas con una operación de rectificado inaprop

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Distensionar las herramientas después de las operaciones de rectificado, con esto se evita un desgaste prematuro. Eliminar rebabas que pudieran existir después de las operaciones de rectificado. No aplicar una presión excesiva al rectificar, puesto que entonces se producen sobrecalentamientos localizados (quemaduras) y fisuras.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1.BOHLER; MANUAL DE ACEROS BOH Perú. Edición 1999. 2.BOHLER; Documentos de Introduc Aceros y tratamientos térmicos. 1999.

Sugerimos visitar las siguientes páginas http: http: http: http: http:

//www.bohlerperu.com/ //www.bohlersteel.com/ //www.bohler-uddeholm.com/ //www.asminternational.org/ //www.asminternational.org/MST Site=Heat_Treating_Society http: //www.astm.org/ http: //www.key-to-steel.com

Figura 11: Se observa las fisuras provocadas por rectificado en un pistón de un equipo de perforación



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Sheet Music B ÖHLER

    

PROBLEMAS DE TRATAMIENTOS

ACEROS ESPECIALES

GRUPO  UDDEHOLM

PROBLEMAS PROBLEMAS DE DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS

PROBLEMAS PROBLEMAS DE DE TRATAMIENTO TRATAMIENTO TTÉRMICOS ÉRMICOS ÓN DEFORMACIÓ DEFORMACI DEFORMACIÓN CASOS CASOSPRACTICOS PRACTICOS

••

B ÖHLER

••

ACEROS ESPECIALES

MACC 05

B ÖHLER

DISTORSION

CAMBIO DE VOLUMEN POR TRANSFORMACION DE ESTRUCTURAS

Resistenciaen caliente

Factor de volumen

Penetraciónde temple

Regiónde las temperaturas de enfriamiento

Elementos de aleación

Elementos de aleación

Tensionespropias y distribuciónde las mismas

Contenido de austenitaresidual

Forma y dimensiones

CAMBIO DE VOLUMEN POR NUEVASTENSIONES

Resistencialimite de fluencia

Tiempode calentamiento y enfriamiento

Temperatura y tiempode influencia

Dilataciónpor calor Conductibilidad termica

Distribucióndel calor


Forma y dimensiones


Forma y dimensiones Dilataciónpor calor

CAMBIO DE FORMA POR NEUTRALIZACION DE TENSIONES

Temperatura de temple


Propiedad de transformación

Maquinado

Factoresexteriores


Conductibilidad térmica

MACC 05

MACC 05

Download With Free Trial B ÖHLER ACEROS ESPECIALES

B ÖHLER

PROBLEMAS DE TRATAMIENTOS T ÉRMICOS

ACEROS ESPECIALES

FACTORES QUE DETERMINAN LA DEFORMACION EN LOS TRATAMIENTOS TERMICOS

TERMICOS

TEMPERATURA

DILATACION

TEMPERATURA

CONTRACCION

METALURGICOS

PERLITA

0,130

AUSTENITA

VOLUMEN ESPECIFICO

0,128 0,127 0,126 0,125

O D I C O C E R


FACTORES QUE DETERMINAN LA DEFORMACION EN TRATAMIENTOS TERMICOS

MARTENSITA MARTENSITA TETRAGONAL CUBICA

0,129

MACC 05


ACEROS ESPECIALES

DEFORMACION

MODIFICACION DE MEDIDAS

CAMBIO DE FORMA POR DISTORSIONES TERMICAS

B ÖHLER


ACEROS ESPECIALES

O D A L P M E T

O D I N E V E R Y O D A L P M E T

Variación de volumen de un acero eutectoidesegún Wiester

TERMICOS


METALURGICOS

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ACEROS ESPECIALES

PROBLEMAS DE TRATAMIENTOS T

ACEROS ESPECIALES

INFLUENCIA INFLUENCIA DE DE LA LA TEMPERATURA TEMPERATURA DE DE REVENIDO REVENID SOBRE SOBRELA LAVARIACIÓN VARIACIÓNDIMENSIONAL DIMENSIONAL

DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN DE DE TEMPERATURA TEMPERATURA YY TENSIÓ TENSIÓ TÉRMICA TÉRMICA DURANTE DURANTE EL EL ENFRIAMIENTO ENFRIAMIENTO 1000

+

Núcleo

Superficie

l a n o i s n e m+ i d n ó i c a i r a V

C ° n e a r u t a r e p m e T

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200

300

400

500

600

Temperatura de re venido en °C

n ó i c c a r t e d n ó i s n e T

500 Diferencia superficie - núcleo

U a (superficie) c (superficie)

n ó i s e r p m o c e d n ó i s n e T

d (núcleo) b (núcleo) 1

5

10

50

MACC 05

B ÖHLER


ACEROS ESPECIALES


ACEROS ESPECIALES

EFECTO EFECTO COMBINADO COMBINADO DEL DEL CAMBIO CAMBIO VOLUMÉTRICO VOLUMÉTRICO

CAMBIOS CAMBIOS DIMENSIONALES DIMENSIONALES EN EN ACEROS ACEROS DE DE ALTO ALTO CARBONO CARBONO YY ALTO ALTO CROMO CROMO

Variación del volumen causada únicamente por transformaciones

Probeta

+0,2

Diferencias de temperatura y transformaciones que ocurren simultáneamente

Tensiones térmicas de transformaciones que ocurre en momentos diferentes

% n e+ 0 , 1 l a n o i s n e 0 m i d n ó i c a0,1 i r a V

-0,2 840

20 x 100mm

80

64

70

63

60

61 60 59

900

58

960

1020

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ACEROS ESPECIALES

INFLUENCIA INFLUENCIA DE DE LA LA DIRECCIÓN DIRECCIÓN DE DE LAMINACIÓN LAMINACIÓN EN EN LA LA DEFORMACIÓN DEFORMACIÓN Direcciones de las probetas

Sentido de las líneas de carburos en placas cortadas. Las flechas muestran el sentido principal de la deformación

40 30 20 10 0

Variación en dirección long Variación en dirección tran Dureza en HRC Contenido de austeni


Variaciones en la forma debida a tensiones de transformación

50

C R H n e a z e r u D

1080

T e m p e r a t u r a d e t e m p l e e n °C

Variaciones en la forma debida a tensiones térmicas


CASOS ÁCTICOS PR CASOS PRÁ PRÁCTICOS CONCENTRADOR CONCENTRADOR DE DE TENSIONES TENSIONES •• BALANCE BALANCE DE DE MASAS MASAS •• RECTIFICADO RECTIFICADO ••

ELECTRO ÓN EROSI ELECTRO EROSIÓ EROSIÓN ÑO •• MONTAJE DISE MONTAJE YY DISEÑ DISEÑO •• FUNDICIÓ ÓN FUNDICI FUNDICIÓN Sign up to vote on this title •• SOLDADURA SOLDADURA  Useful  Not useful •• FATIGA FATIGA MACC 05 ••

Variación dimensional

a

a a

a:Sentido de las flechas de carburos = dirección principal de la deformación

90

65

62


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500

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RECTIFICADO RECTIFICADO La inadecuada selección de la rueda abrasiva (dureza, granulado y tipo abrasivo) o la insuficiente refrigeración, producen sobresobrecalentamientos locales generando:

La técnica y experiencia del operario, el tipo de máquina, de herramienta y las condiciones, influyen en el éxito de la operación de rectificado. MACC 05

Fisuras de rectificado, Formación de capas blandas (el efecto de revenido), Endurecimiento local de la superficie (por recalentamiento temperaturas). recalentamiento a altas temperaturas). MACC 05

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RECTIFICADO RECTIFICADO


En piezas piezas templadas, templadas, existe mayor riesgo de dañarlas con una operación de rectificado inapropiado.

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7. Problemas de Tratamientos Térmicos

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