INGENIERIA EN MATERIALES. TRA TRATAMIENTOS TÉRMICOS. PROFESOR.
MIGUEL ANGEL LÓPEZ NAVARRETE. Integrantes VERÓNICA BARRIENTOS RIVERA
Practica Tratamientos Tratamientos térmicos del Acero 1060 Introducción
En esta práctica muestra como se aplica un tratamiento térmico a un acero donde se modifica las propiedades de un material con calentamiento y enfriamiento controlado se denomina tratamiento térmico y es un término genérico que incluye los procesos de reblandecimiento, endurecimiento y tratamiento de superficies. El endurecimiento abarca procesos como templado de martensita, templado de austenita y endurecimiento. Entre los procesos para tratamiento de superficie se cuentan nitruración, cianuración, carburación y endurecimiento por inducción inducción a a la flama. Estos procesos se efectúan para aumentar la resistencia resistencia y y dureza, mejorar la ductilidad, cambiar el tamaño de granos y composición química química,, mejorar la facilidad de trabajo, liberar esfuerzos, endurecer erramientas erramientas y y modificar las propiedades eléctricas y magnéticas de los materiales. !omo todos estos procesos implican cambios o modificaciones en la estructura estructura del del material, se necesitan conocimientos de metalurgia metalurgia o o de físico"química para conocerlos a fondo. #or tanto, solo se describirán los aspectos sencillos de estos procesos.
Metodología
Tratamientos térmicos Temple:
$ajo rapideces de enfriamiento lentas o moderadas, los átomos de carbono pueden difundirse acia fuera de la estructura de austenita. %e este modo, los átomos de ierro se mue&en ligeramente para llegar a ser bcc '!úbico !entrado en el !uerpo(. Esta transformación gamma"alfa tiene lugar mediante un proceso de nucleación y crecimiento y depende del tiempo. !on un aumento adicional en la rapidez de enfriamiento, no ay tiempo suficiente para que el carbono se difunda en la solución y aunque tiene lugar algún mo&imiento de los átomos de ierro, la estructura no puede llegar a ser bcc ya que el carbono esta atrapado en la solución. )a estructura resultante, llamada martensita, es una solución sólida sobresaturada de carbono atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. %os dimensiones de la celda unitaria son iguales, pero la tercera está ligeramente e*tendida debido al carbono atrapado. )a razón a*ial c+a aumenta con el contenido de carbono a un má*imo de ,-.
%espués de un enfriamiento drástico 'temple(, la martensita aparece microscópicamente como una estructura blanca acicular o tipo aguja, descrita algunas &eces como un az de pajitas.
/ay características importantes de la transformación de la martensita0
)a transformación es sin difusión y no ay cambio en la composición química. #equeños &olúmenes de austenita cambian repentinamente la estructura cristalina por una combinación de los aceros de corte.
)a transformación depende solo de la disminución en temperatura y es independiente del tiempo. El número de agujas de martensita producidas al principio es pequeño, después aumenta y finalmente disminuye. )a martensita probablemente nunca esté en condiciones de equilibrio real, aunque puede persistir de modo indefinido o cerca de la temperatura ambiente. )a estructura puede considerarse como una transición entre la fase inestable de austenita y la condición final de equilibrio de una mezcla de ferrita y cementita. )a propiedad más significati&a de la martensita es su potencial de dureza muy grande. 1sta aumenta rápidamente al principio con el incremento en el contenido de carbono, alcanzando casi /2! 3- al -,4-5 de carbono. 6ás allá de ese punto la cur&a se endereza y la composición eutectoide '-,-5 de carbono( la dureza es casi /2! 37. )a má*ima dureza obtenible de un acero en la condición martensítica es sólo una función del contenido de carbono.
Normalizado:
El propósito de la normalización es producir un acero más duro y más fuerte que el obtenido por recocido total, también puede utilizarse para mejorar la maquinabilidad, modificar y refinar las estructuras dendríticas de piezas de fundición y refinar el grano y omogeneizar la microestructura para mejorar la respuesta en las operaciones de endurecimiento.
/ay menos tiempo para la formación de la constituyente proeutectoide8 en consecuencia, abrá menos ferrita proeutectoide en los aceros normalizados ipoeutectoides. 9parte de influir la cantidad de constituyente proeutectoide que formará, la mayor rapidez de enfriamiento en la normalización también afectará la temperatura
de la transformación de austenita y la fineza de la perlita. 6ientras más rápido sea el enfriamiento menor será la temperatura de transformación de la austenita y más fina será la perlita.
)a ferrita es muy sua&e en tanto que la cementita es muy dura. En el caso de perlita normalizada media, las placas de cementita más pró*imas entre sí tienden a endurecer la ferrita de modo que no cederá tan fácilmente, aumentando así la dureza.
)a normalización produce una estructura de perlita más fina y más abundante que la obtenida por recocido, lo cual resulta en un acero más duro y más fuerte.
Reenido:
)a formación de martensita origina grandes tensiones residuales en el acero8 por tanto, el temple casi siempre sigue de un tratamiento de re&enido, el cual consiste en calentar el acero a alguna temperatura menor que la inferior crítica. El propósito de re&enido es liberar los esfuerzos residuales y mejorar la ductilidad y tenacidad del acero.
:i la principal propiedad deseada es la dureza o la resistencia al desgaste, la pieza se re&iene por abajo de ;-4,44 < !8 si el principal requisito es la tenacidad, la pieza se re&iene por arriba de 4;3,33< !. )a martensita es
una solución sólida sobresaturada de carbono atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. !omo se aplica energía al re&enir, el carbono se precipitará como carburo y el ierro se ará bcc. /abrá difusión y unión del carburo conforme aumente la temperatura de re&enido. !uando el acero al carbono se calienta en el inter&alo de =>,>> < ! a ;-4,44< !, la estructura se oscurece al ataque químico y se conoce algunas &eces como martensita negra. )a martensita original sin tratamiento térmico empieza a perder su estructura tetragonal cristalina por la formación de un carburo de transición e*agonal compacto 'carburo épsilon( y martensita de bajo carbono.
!alentar al inter&alo de ;=;,;;< ! a =?,< ! cambia el carburo épsilon a cementita ortorrómbica, la martensita de bajo carbono se ace ferrita bcc y cualquier austenita retenida se transforma a bainita inferior. )os carburos son demasiados pequeños para resol&erlos mediante el microscopio óptico y la estructura completa es atacada con rapidez, adquiriendo la apariencia de una masa negra, inicialmente llamada trostita con dureza /2! 4- y 3-.
El re&enido en el inter&alo de =?, < ! a 34,< ! continúa el crecimiento de las partículas de cementita. Esta unión de las partículas de carburo permite que se &ea una mayor parte de la matriz ferrítica. En esta estructura, conocida como sorbita con dureza de /2! ;-"4-
El calentamiento en el inter&alo de 34, < ! a >;;,>> < ! produce grandes y globulares partículas de cementita. Esta estructura es muy blanda, tenaz y semejante a la esferoidizada de cementita.
2e&enido es un proceso en el que inter&iene energía, tanto el tiempo como la temperatura son factores importantes. El mismo efecto se puede lograr si se emplea un tiempo menor a una temperatura mayor o un tiempo mayor a una temperatura menor.
Recocido:
El recocido total es el proceso mediante el cual la estructura distorsionada de la red trabajada en frío retorna a una cuyo estado se alle libre de tensiones por medio de la aplicación de calor. :e efectúa totalmente en el estado sólido y generalmente se le sigue un enfriamiento lento en el orno. El proceso de recocido puede di&idirse en tres etapas0 recuperación recristalización y crecimiento de grano. El recocido es el calentamiento del acero por encima de las temperaturas de transformación de face con un enfriamiento posterior lento. El propósito principal del recocido es sua&izar el acero duro de tal forma que se pueda maquinar o trabajar en frío. 2ecuperación
El principal efecto de recuperación es el ali&io de esfuerzos internos debidos al trabajo en frío. !onforme la temperatura aumenta, ay un rápido retroceso de los átomos desplazados elásticamente, lo cual ali&ia la mayor parte de l tensión interna. )a conducti&idad eléctrica también aumenta en forma apreciable durante esta etapa.
2ecristalización
!onforme se alcanza la temperatura superior del inter&alo de recuperación, aparecen nue&os cristales en la microestructura, los cuales tienen la misma composición y estructura reticular que los granos originales no deformados y no están alargados. )os nue&os cristales suelen aparecer en los límites de grano y los planos de deslizamiento. El agrupamiento de átomos del que se forman los nue&os granos
se llama núcleo. )a
recristalización tiene lugar mediante una combinación de nucleación de granos libres de deformación y el crecimiento de estos núcleos para abarcar todo el material trabajado en frío. /ay un período de incubación durante el cual se desarrolla suficiente energía para iniciar el proceso, esto con el fin de permitir que los núcleos libres de deformación alcancen un tamaño microscópico &isible.
)a solidificación del líquido se inicia cuando un grupo de átomos alcanza un tamaño crítico para formar un agrupamiento estable. )os embriones son agrupamientos menores que el tamaño crítico, se redisol&erían o desaparecerían pero como no ay una forma simple para reconstruir la estructura distorsionada, poblada de dislocaciones, el embrión de recristalización no puede redisol&erse. #or tanto estos embriones esperan ganar energía adicional para poder atraer más átomos a su estructura reticular. El período de incubación corresponde al crecimiento irre&ersible de los embriones. )os planos de deslizamiento y límites de grano son puntos localizados de alta energía.
!recimiento de grano )os granos grandes tienen menor energía libre que los pequeños. !onforme la temperatura aumenta, la rigidez de la red disminuye y la rapidez de crecimiento de grano es mayor @amaño de grano )a nucleación rápida y el lento crecimiento darán como resultado material de grano fino, y aquellos que fa&orecen la nucleación lenta y el crecimiento rápido darán como resultado material de grano grueso. )os factores que determinan el tamaño final de los granos recristalizados son0
9 mayores grados de deformación, estará presente un mayor número de puntos altamente reforzados o de alta energía, dando lugar a una recristalización desde un mayor número de núcleos y, por último a un mayor número de granos, obteniendo continuamente un tamaño de grano menor.
@iempo a la temperatura de recocido. 9umentar el tiempo a cualquier temperatura superior a la de recristalización fa&orece el crecimiento de grano e incrementa el tamaño final del grano. @emperatura de recocido. !uanto menor sea la temperatura por encima de la temperatura de recristalización, más fino será el tamaño de grano. @iempo de calentamiento. !uanto menor sea el tiempo de calentamiento a la temperatura de recocido, más fino será el tamaño de grano. El calentamiento lento formará muy pocos núcleos, fa&oreciendo el crecimiento de grano y dando lugar a grano grueso. Ampurezas insolubles. !uanto mayor sea la cantidad y más fina la distribución de impurezas insoluble, más fino será el tamaño final del grano. Bo solo aumentan la nucleación, sino que también actúan como barreras al crecimiento de los granos.
2ecocido globular o austenización incompleta. 2ecocido globular subcrítico. 2ecocido de ablandamiento. 2ecocido contra acritud o de recristalización. 2ecocido isotérmico.
2egeneración.
:e emplea una temperatura asta la fase austenita, que son entre ;- y =- grados por encima de la temperatura de transformación, se enfría dentro del orno, las estructuras que se obtienen son de ferritaCperlita para aceros ipoeutectoides y cementitaCperlita para aceros ipereutectoides.
2ecocido globular.
Este recocido se aplica para ablandar el acero ya que al ele&ar la temperatura llegamos a la zona de austerita pero solo es posible asta un ?-5 de la fase, esto fa&orece por el contenido de estructuras globulares de cementita y carburos en una masa de ferrita. Es aplicado apara ceros ipereutectoides. >3-">- aceros al carbón --"7- aceros de aleación media >7 aceros de alta aleación 2ecocido globular subcrítico.
:e calienta a una temperatura cercana a la crítica, en el enfriamiento la cementita se forma en estructura en estructura globular y es casi perfecta si esta temperatura es la más pró*ima a la crítica. )a globulización es mas rápida si la estructura inicial es mas fina. :e pueden obtener diámetros de glóbulos de -,-- a -,--4 nanómetros. El enfriamiento se &a de 7 grados por ora asta 7-- grados al orno.
2ecocido de ablandamiento subcrítico.
:e calienta muy cerca de la temperatura crítica 'debajo( y se enfría al aire. @emperaturas de >-- a >;7 !elsius. @iene como objeto ablandar el acero aleado de gran resistencia, al cromo"níquel y al cromo"molibdeno.
2ecocido contra acritud.
Este recocido contrarresta la acritud a temperaturas de 3-- a >-- grados !elsius con enfriamiento al aire o en el orno si quiere e&itar la o*idación. )os aceros serán de menos de -,? 5 de !, se produce ferritaCperlita y mas de -,= 5 de ! la mas a es de granos de ferrita estirados. 9pro*imadamente a 77- grados se produce la recristalización de la ferrita y recupera su forma poliédrica, así recupera el acero su maleabilidad y ductilidad, los granos de perlita no recuperan Metalogra!ía
#D)A% El pulido medio. @iene como fin liberar al material de superficies rugosas y sin poros, también quita las ralladuras que son el resultado del corte del material.En el desbaste del material se utilizan lijas de diferente graduación junto con agua, el agua se aplica para e&itar que la lija se llene de material, el propósito es para dejar una superficie, muy cercana a espejo. #ulido. En el pulido se usa un pedazo de tela llamado paño el cual se le aplica alúmina disuelta en agua.En el pulido debe acerse sin muca presión, tomando en cuenta que la fuerza aplicada debe ser uniforme, a contra luz el material se estará obser&ando, y no beben &isualizarse rayas.
6A!2:!#A 6E@9)F29GA! En el microscopio las muestras se colocan de forma que no tengan mo&imiento, las dimensiones de la muestra son muy importante ya que el microscopio tiene un espacio determinado entre las lentes y la base Dna muestra metalografía es poco opaca a la luz, la misma debe ser iluminada por luz reflejada. El az de luz es orizontal de alguna fuente de luz es reflejado, por medio de un &idrio plano acia abajo a tra&és del objeti&o del
microscopio sobre la superficie de la muestra. Dn poco de esta luz incidente es reflejada desde la muestra se amplificará al pasar a tra&és del sistema inferior de lentes, él objeti&o8 y continuará acia arriba tra&és del reflector de &idrió plano8 luego, una &ez más lo amplificara el sistema superior de lentes, el ocular. El poder de amplificación inicial del objeti&o y del ocular está generalmente grabado en la base de la lente. !uando se utiliza una combinación particular de objeti&o y ocular y la longitud adecuada de tubo, la amplificación total es igual al producto de las amplificaciones del objeti&o y del ocular. El az de electrones tiene asociada una longitud de onda apro*imadamente ------ &eces menor que la longitud de onda de la luz &isible, incrementando considerablemente el poder de resolución. "urezas
)a dureza es la propiedad que tienen los materiales para resistir la penetración o las ralladuras, esta propiedad es diferente para cada tipo de material, e*isten materiales bastante blandos y otros muy duros.)os ensayos de dureza se le conocen a los métodos de determinación de la misma propiedad de los materiales, los mencionados a continuación0 %ureza 2ocHIell0 este método se identifica por el uso de indentadores de bola de acero endurecido o puntas de diamante 'brale(.Este metodo se rige por escalas que &an desde la 9 a la J. y cada una tiene diferente aplicación, por ejemplo la ! se utiliza par aceros templados, cementados, nitrurados, etc. %ureza brinell. Este método utiliza diferentes bolas de acero endurecido y para cada material las cargas son diferentes, para calcular la dureza se utiliza la formula, /$ K ;#+L%'%"M'%;"d;((. %ureza &icHers. En este método el penetrador es una pirámide de diamante de base cuadrada, cuyo 9ngulo en el &értice es de =3<. Gormula0 /N K ;# sen3<+d;.
%ureza Onoop0 el penetrador es de forma de pirámide rómbica con relación entre diagonales de ,>, sus ángulos son0 =-< y >-<=-P, se emplea solo en laboratorios para medir durezas a láminas muy delgadas, incluso depósitos electrolíticos.)a dureza es la propiedad que tienen los materiales para resistir la penetración o las ralladuras, esta propiedad es diferente para cada tipo de material, e*isten materiales bastante blandos y otros muy duros.
A#$R% 1060
9BQ)A:A: RDS6A! @A#A! -.77"-.37 -.3-"-.?-.-4-.-7-
carbono magnesio 9zufre silicio
Aplicaciones
#ara la fabricación de erramientas de mano como martillos, mazos, partes en donde se requiere buena resistencia al desgaste, flecas, resortes, cucillos, acas etc. TRATAMI$NT% T$RMI#%
Bormalizado0 !alentar a 7
@emple0 !alentar uniformemente en orno de atmosfera controlada asta 7
PR%#$"IMI$NT%
T #rimero se cortaron ; probetas de ;cm ya sea con segueta o esmeril. T %espués se colocaron las piezas en orno a ?--! se espero a que el orno llegara a la temperatura requerida T !uando llego el orno a la temperatura 'fueron =- minutos( después se dejo el orno con las piezas otra media ora para que bajara la temperatura. T :e sacaron las piezas del orno con la ayuda de unas pinzas y se icieron los diferentes tratamientos térmicos
@emple0 U:e calienta uniformente asta ?--! U Enfría raídamente en aguay aceite Bormalizado U:e calienta uniformente asta ?--! U Enfría raídamente en aire 2e&enido 2e&enir inmediatamente después del temple a la dureza deseada 2ecocido U:e calienta uniformente asta ?--! U :e deja enfriar en el orno asta 37-! 'no mayor a ;!+r( T %espués se icieron metalografías de las piezas 'primero se pule asta que llegue a ca&ado espejo ,se ataca con reacti&o en este caso fue nital ,luego se &e en el microscopio la pieza( y se midieron durezas con el durómetro.
R$&'(TA"%& Metalogra!ía
@emple 9gua
9ceite
Bormalizado
2ecocido 2e&enido
Ta)la de resultados
@ratamiento
temperatura
%ureza
fase
?--!
;>2ocIell !
GerritaCaustenita
?--!
;-2ocIell !
GerritaCperlita
Reenido
?--!
;>2ocIell !
Recocido
?--!
-2ocIell !
termico Temple
9gua 9ceite Normalizado
9ire
GerritaCaustenita
/orno
#%N#('&I%N
)as durezas obtenidas a partir de los diferentes tratamientos térmicos realizados concuerdan según con la teoría. #artiendo de la dureza obtenida a condiciones normales nos damos cuenta que las dureza aumentan o disminuyen dependiendo del tratamiento, lo cual nos indica que el acero es optimo para cualquier tratamiento.
