Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Mecánica Departamento de Ciencias e Ingeniería de Materiales Carrera de:
Licenciatura en Energía y Ambiente Grupo:
1EM131 Asignatura:
Ciencias de los Materiales II 7900 Profesor:
Diaz, Jovanny Instructor :
Rodrigo Caballero Asignación #3
¨Tratamiento térmico: Temple¨ Realizado por:
Castillero, Edgardo 8-911-2199 Mojica, Jose
3-729-443 ( SUBGRUPO B)
Castillo, Cristel
8-911-3
González, Arlyn
8-917-1940
Berroa, Yazmin
8-907-2124
Introducción
La utilización de tratamientos térmicos permite lograr las más diversas características del acero y sus aleaciones, así como de otros muchos metales. En consecuencia dichos tratamientos tienen una importancia primordial en las distintas fases de fabricación de la industria moderna. En este artículo se pretende dar una somera información sobre los diferentes tratamientos térmicos, sus procedimientos y resultados. En este caso nos enfocaremos en el Temple o templado que es un tratamiento térmico que consiste en calentar el acero a una temperatura determinada por encima de su punto de transformación para lograr una estructura cristalina determinada (estructura austenítica), seguido de un enfriamiento rápido con una velocidad superior a la crítica, que depende de la composición del acero, para lograr una estructura austenítica, martensítica o bainítica, que proporcionan a los aceros una dureza elevada. Para conseguir un enfriamiento rápido se introduce el acero en agua, aceite, sales o bien se efectúa el enfriamiento con aire o gases. La velocidad de enfriamiento depende de las características de los aceros y de los resultados que se pretenden obtener. En casos determinados se interrumpe el enfriamiento en campos de temperatura comprendidos entre 180-500 ºC., alcanzando de esta manera un temple con el mínimo de variación en las dimensiones de las piezas, un mínimo riesgo de deformación y consiguiendo durezas y resistencias determinadas, de acuerdo con las estructuras cristalinas en lo que se refiere a austenita, martensita o bainita. Los procedimientos de temple descritos se refieren a un temple total del material, otros tratamientos permiten una más amplia variación de las características añadiendo carbono o nitrógeno a la superficie de las piezas.
Introducción
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Contenido
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Generalidades del tratamiento térmico por templado.
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Tipos de aleaciones a las cuales se le puede someter este tipo de tratamiento. 4 Modo de realizar el tratamiento: Características que le influyen al tratamiento térmico a las diferentes aleaciones. 7 Los aceros 7 El Aluminio Modo de realizar el tratamiento Calentamiento:
9 10 10
Temperatura de austenización: Tiempo de sostenimiento
10 10
Modos de enfriamiento Tipos de temple: Templado por enfriamiento.
11 12 12
Templado interrumpido. Templado al baño caliente. Temple ordinario o directo. Temple escalonado.
13 13 13 14
Temple Martempering (Temple martensítico interrumpido/ temple isotérmico/ temple diferido). 14 Temple Austempering (Temple bainítico). 14 Temple superficial. Temple por inducción. Fase de transformaciones de los diferentes granos
15 16 18
Conclusión
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Bibliografía
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Contenido El temple es un tratamiento térmico al que se somete al acero, concretamente a piezas o masas metálicas ya conformadas en el mecanizado, para aumentar su dureza y resistencia (aumenta fragilidad y disminuye tenacidad). Se usa para la obtención de aceros martensíticos. Mediante el temple se consigue: ● Aumentar la dureza y la resistencia mecánica. ● Disminuir la tenacidad (aumento de la fragilidad). ● Disminuir el alargamiento unitario.
2
● Modifica algunas propiedades eléctricas, magnéticas y químicas.
Hay varios tipos de temples, uno de ellos es el que se templa la totalidad de la pieza, incluyendo su núcleo. Y otro es el Temple superficial que solo templa su superficie externa, dejando blando el núcleo para que sea más flexible y tenaz, frente a la superficie que se transforma en dura y resistente al rozamiento.
● Generalidades del tratamiento térmico por templado. Los factores que rigen el proceso de temple son la temperatura, el tiempo de calentamiento y la velocidad de enfriamiento. La velocidad real de enfriamiento obtenida en el temple determina la estructura resultante del tratamiento térmico y los valores de dureza y resistencia alcanzados. Al enfriar el material a una velocidad superior a la crítica de temple, la austenita se transforma en martensita. En cambio, si la velocidad es inferior no se logrará obtener una estructura totalmente martensítica. La velocidad de enfriamiento real de un acero para determinada temperatura se puede determinar experimentalmente. Para ello, después de conocida la curva de enfriamiento se le traza una tangente en el punto correspondiente a dicha temperatura midiéndose su pendiente. En la velocidad real de enfriamiento influyen el medio de temple utilizado, su temperatura y el estado superficial, la forma y tamaño de las piezas a templar. Como el medio ideal de enfriamiento no existe, se han empleado tradicionalmente numerosos productos enfriantes en cuyo poder template influyen entre otros los factores siguientes: ● La temperatura inicial del baño si su valor es alto se prolonga mucho la
primera etapa del enfriamiento. ● La temperatura de ebullición. Si la magnitud es baja, el enfriamiento será
más lento pues se desprenderá mucho vapor. ● El calor específico. Debe ser elevado para que sea alta la velocidad de
enfriamiento al elevarse poco la temperatura del baño. Los medios templantes han evolucionado mucho en la medida en que se desarrolla la ciencia y la técnica. Los tradicionales son el agua, el aceite, las sales y el aire.
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El temple en aceite garantiza la máxima resistencia a la corrosión y tenacidad en estas aleaciones. Con temple en aire se puede disminuir la resistencia a la corrosión y la tenacidad especialmente en los tipos 414, 420, 431 y 440.
● Tipos de aleaciones a las cuales se le puede someter este tipo de tratamiento. El temple es un tratamiento térmico al que se somete al acero, aleaciones del mismo, concretamente a piezas o masas metálicas ya conformadas en el mecanizado, para aumentar su dureza y resistencia (aumenta fragilidad y disminuye tenacidad). Se usa para la obtención de aceros martensíticos. La martensita es, tras la cementita, el constituyente más duro de los aceros.Estos metales constan de metales ferrosos y aleaciones.
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En realidad lo que se desea con ello es señalar que uno de los efectos más importantes que ejercen los elementos de aleación en estos aceros , es facilitar el temple cuando se trata de piezas de gran espesor y perfiles complicados . ❖
Por
su
estructura
microscópica: En ocasiones se suelen usar las
denominaciones de aceros perlíticos, martensíticos, austeníticos, ferríticos y con carburos, según sea la estructura con que suelen quedar normalmente los aceros, cuando después de un calentamiento a elevada temperatura son enfriados al aire .
En la mayoría de los casos se obtienen efectivamente estas estructuras con enfriamiento al aire , pero en algunos aceros y en piezas de grandes dimensiones, si el enfriamiento se hace de esa forma la estructura no corresponde completamente a la que se suele emplear para denominar el acero, y en ese caso para obtener la estructur a típica conviene hacer el enfriamiento de otra forma. teniendo esto en cuenta pasamos a definir los aceros. ❏
Aceros perliticos: Además de los aceros al carbono,pertenecen
también a este grupo los aceros de baja y media aleación . Se caracterizan porque en el enfriamiento al aire desde elevada temperatura (750°-900°), cuando se trata de perfiles de espesor superior a 25 mm, la transformación de la austenita en otros constItuyentes ocurre en la zona de 600° a 700° y en el examen microscópico se observa la presencia de perlita y ferrita o - de perlita y cementita. El temple de estos aceros suele hacerse con enfriamiento en agua o en aceite , según el espesor. ❏
Aceros martensíticos: Aceros clásicos de este grupos son los
llamados aceros de temple al aire , como los cromo-níquel- (C=,35% ; Cr=1% ;Ni = 4%), o cromo-níquel-molibdeno empleados para la construcción de engranajes , y los aceros al cromo inoxidables de C=0,30%; Cr=13%. En estos aceros en el enfriamiento al aire -desde elevar la temperatura (1.050°-800°), la austenita se transforma en l a zona de 20°-350° , apareciendo en la microestructura un gran porcentaje de martensita . El temple de estos aceros suele - hacerse al aire o en aceite según el espesor.
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❏
Aceros austeníticos: Los aceros más importantes de este grupo
son los aceros cromo-níquel inoxidables 18-8 y los 12-12; 25-20 ; 20-12, etc. , y también el acero de 12% de manganeso.En estos aceros al ser enfriados desde elevada temperatura (900° a 1.100°) , la mayor parte de la austenita queda sin transformar. En estos aceros el tratamiento de austenización se suele hacer con enfriamiento al aire cuando se trata de perfiles muy pequeños o con enfriamiento en agua o en aceite cuando se trata de grandes espesores , para tener seguridad de que la estructura que se obtiene es
totalmente
austenítica
y
evitar
que
aparezcan
otros
constituyentes diferentes . ❏
Aceros ferríticos: Reciben este nombre ciertos aceros cuya
estructura es normalmente ferrítica.Entre los aceros de esta clase , de uso más frecuente , se encuentran los aceros inoxidables al cromo de bajo contenido en carbono(0.10% a 0.30%) y elevado contenido de cromo generalmente superior al 16% y ciertos aceros al silicio de más de 3% de este elemento, empleados para usos eléctricos.En estos aceros se puede considerar que el constituyente microscópico único es la ferrita y en ellos no se puede alcanzar el estado austenítico por calentamiento a elevada temperatura , por lo que como ya se explicará más adelante es imposible realizar el temple.Estos aceros pertenecen a una clase especial que exige muchos cuidados en los procesos de transformación y que poseen propiedades muy particulares. ❏
Aceros con carburos: Estos aceros suelen ser de elevado
contenido en los elementos de aleación y su porcentaje de carbono suele ser generalmente superior a 0,60%, aunque en ocasiones hay también aceros con carburos hasta de 0,30% de carbono.El porcentaje de carburos con que quedan estos aceros después de un calentamiento de austenización a elevada temperatura , varía con la temperatura alcanzada en el calentamiento y con la velocidad de enfriamiento . Con velocidades lentas de enfriamiento (recocido ) aparecen más carburos que con enfriamientos rápidos (temple).
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El temple de estos aceros se hace en general a temperatur a (950°1.300° ) mucho más elevada que l a que corresponde a l o s aceros ordinarios , con objeto de llegar a conseguir la disolución del mayor porcentaje de carburos posible, compatible con su composición y la utilización posterior del material.
● Modo de realizar el tratamiento: Características que le influyen al tratamiento térmico a las diferentes aleaciones. como se podrá observar la influencia que ejercen los elementos aleados sobre la temperatura es quizás una de las influencias más importantes. en general los elementos de aleación facilitan el temple. Los aceros
los aceros se emplean para conseguir mayor resistencia y dureza. con los aceros al carbono este es a veces difícil de conseguir, sobre todo cuando se trata de perfiles gruesos y con piezas de formas complicadas. en cambio ese problema se resuelve con los aceros de aleación . el temple de los aceros al carbono es un poco más complicado, ya que el enfriamiento del acero debe ser muy rápido. como en las piezas gruesas, en especial en su parte central, el enfriamiento rápido no se puede conseguir aun enfriarlas en agua, al igual como pasa con el acero temple. las dificultades que tienen estas piezas al enfriarlas rápidamente pueden sufrir deformaciones importantes que en ocasiones impiden su utilización posterior . al contrario de los aceros aleados esas dificultades no se presentan entre otras propiedades , tienen la de templar con enfriamientos poco rápidos. La influencia de los diverso elementos varía bastante de unos casos a otros. siendo diferente la acción de cada uno de ellos. el manganeso y el molibdeno son
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los elementos que ejercen una influencia más intensa en la templabilidad. la acción del cromo es aproximadamente solo un 80% de la del manganeso y el molibdeno; la del silicio es solo un 30% y la influencia del níquel en la templabi lidad es solo un 15% de la de esos elementos citados al principio. En la siguiente figura, se mostrará el factor de templabilidad de los elementos mencionados:
El manganeso y el níquel ejercen un efecto parecido y contenidos de 1 a 1.5% de manganeso en aceros de 0.30 a 0.60% de carbono hacen aproximadamente el mis porcentaje de 3 a 4.5 % de níquel. la acción del cobre es en cierto modo similar a la del níquel pero su influencia es mucho más débil. Entre las características más importantes de este proceso destacan :
1. En esta transformación no se presenta el fenómeno de la difusión , realizándose sin variación en la composición química. La transformación consiste en el cambio brusco de la estructur a cristalin a de pequeñas cantidades de austenita , provocando por dos acciones de cizallamiento . 2. La transformación se realiza solamente mientras dura el enfriamiento , cesando al interrumpirse éste. Por tanto,
la transformación depende solamente de la
disminución de temperatura y es independiente del tiempo. Además, la cantidad de martensita que se forma no guarda una relación lineal con el descenso de temperatura .
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3. La transformación martensítica de una aleación determinada no se interrumpe ni la temperatur a Ms se modifica al variar la velocidad de enfriamiento . Esta temperatura Mg parece ser función únicamente de l a composición química , y su determinación se efectúa de l a manera siguiente : MS(°C) = 537 - (361 x % C) (38, 8 x % Mn)- - (19, 4 x % Ni) - (38, 8 x % Cr) (27,7 x % Mo) 4. La martensita no está probablemente nunca en equilibrio , aunque su estructura se conserve indefinidamente a la temperatura ambiente, o a temperaturas próximas a ésta. 5. Aunque la martensita siempre tiene más dureza que la austenita de que procede, las durezas elevadas solo se consiguen en los aceros con un contenido de carbono suficiente , siendo la dureza máxima que se obtiene en un acero en estado martensítico furrón solamente del contenido en carbono El Aluminio
Las aleaciones de la familia 6000, tales como la 6005 A, 6060, 6061, 6063, 6082, 6101, 6351, pueden ser templadas inmediatamente a la salida de la prensa por enfriamiento al aire soplado o por una ducha de agua. A la salida de la prensa (alrededor de 530º C aprox.) los perfiles están a una temperatura superior a la de la precipitación. Los productos así templados pueden ser utilizados en el estado designado como T1 o sufrir un revenido después del temple sobre la prensa. Esta forma de proceder presenta diversas ventajas: ● Suprime el calentamiento para la puesta en solución. ● Reduce el riesgo de formación de tamaño de grano en la zona cortical, muy
corroída por la extrusión. ● Conserva una textura no recristalizable, por lo tanto se consiguen mejores
características mecánicas. ● Evita las deformaciones geométricas.
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● Modo de realizar el tratamiento 1. Calentamiento:
Esta es la primera fase del tratamiento térmico. La naturaleza oxidante de la atmósfera del horno y el espesor de la pieza, son determinantes en la velocidad de calentamiento. El calentamiento hasta la temperatura de austenización se debe iniciar estando el horno a baja temperatura y a ser posible, a las condiciones ambientales; esto se consigue elevando la temperatura lo más lentamente posible. En los aceros al carbono para conseguir la austenización completa, las piezas deben sumergirse en una mezcla de carbón granulado dentro de una caja de acero herméticamente cerrada para evitar descarburación y oxidación de las piezas. El tiempo de calentamiento se puede calcular a partir de las expresiones de transferencia de calor. Con ecuaciones de este tipo y basándose en ensayos, se ha encontrado que, para los aceros al carbono, el tiempo de calentamiento es proporcional al diámetro y se puede determinar con la siguiente ecuación: () =
2 75
+
2 3
(1)
[t] = h; [D] = mm
2. Temperatura de austenización:
Para cada tipo de acero hay una temperatura de austenización, pero algunos manuales disponen estos valores de temperatura. En la práctica, se usa la temperatura que produzca la máxima dureza con la estructura más fina posible. Generalmente, la temperatura de austenización para los aceros hipoeutectoides es Ac3 + 50 °C; en estos aceros hay que austenizar completamente, debido que, al enfriarse, quedaría ferrita en la estructura y los aceros hipoeutectoides se templan a una temperatura de Ac1 +50 °C].
3. Tiempo de sostenimiento
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Después del calentamiento, el acero estará en estado austenítico, pues toda la pieza debe estar a la temperatura del horno. En ese momento se empieza a contar el verdadero tiempo de sostenimiento; en ese periodo se debe lograr la difusión del carbono y de los carburos en hierro gamma y se debe uniformar el tamaño de grano.Para los aceros ordinarios al carbono y los estructurales de baja aleación, el tiempo de sostenimiento depende del tamaño de la pieza y éste se determina con la ecuación 2. () = 15 + /2
(2)
[] = ; [] =
La ecuación 2 es utilizada para piezas con espesores menores de 25 mm; si la secci´on es mayor, el tiempo mínimo es media hora, adem ás se puede utilizar la ecuación 3. () =
1 2
+
120
(3)
[] = ℎ; [] =
Para los aceros estructurales de media aleación, se recomienda un tiempo de 25 minutos, sin importar la dimensión.
4. Modos de enfriamiento
Después finalizado el tiempo de sostenimiento, se llega la etapa de enfriamiento; como la microestructura deseada en el temple es la martensita, la velocidad de enfriamiento debe ser mayor o igual a la crítica de temple. Para los aceros al carbón las velocidades críticas varían de 210 a 600 °C/s. Por lo tanto, se debe de buscar un medio que supere dichas velocidades. Los medios templantes han evolucionado mucho en la medida en que se desarrolla la ciencia y la técnica. Los tradicionales son el agua, el aceite, soluciones poliméricas, sales fundidas, y el aire [20]. La efectividad de un medio se puede comprobar, por ejemplo, al templar una pieza cilíndrica de acero usando medios diferentes de enfriamiento, posteriormente realizar una prueba de dureza del material y analizar su estructura metalográfica.
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● Tipos de temple:
Antes de modificar las propiedades mecánicas del material se debe conocer el tipo de procedimiento para lograr las características microestructurales deseadas. Esto se logra con temples como: Aceros ❖
Templado por enfriamiento.
Se utiliza en aceros que no requieren preparaciones especiales para poder ser templados. En este procedimiento se calienta el acero a una temperatura de temple y posteriormente se refrigera rápidamente. Como resultado de ello el material adquiere mayor dureza. En caso de condiciones inapropiadas el material se puede deformar o se puede llegar a romper.
Por ejemplo, el templado en acero. Este proceso se lleva a cabo calentando el acero a una temperatura aproximada de 915°C (entre 725 ºC y 1000 ºC), en el cual la ferrita se convierte en austenita, después la masa metálica es enfriada rápidamente, sumergiéndola o rociándola en agua, en aceite o en otros fluidos o sales. ●
Agua: es un medio rápido de enfriamiento. Se consiguen temples muy fuertes y se utiliza para templar aceros al carbono. Puede producir deformaciones y grietas. Cuando la zona exterior de la pieza se ha transformado en martensita, en la zona interna no se ha iniciado todavía la transformación. El retraso es notable y así surgen tensiones internas fuertes con peligro de deformación o rotura.
●
Aceite: enfriamiento más lento. Se consiguen temples más suaves. Se utiliza para aceros aleados. El retraso es menor en el caso anterior y por lo tanto las tensiones internas también lo serán con menos peligro de deformaciones. Este medio tiene la ventaja de que es casi insensible al cambio de temperatura por lo que el temple se realiza del mismo modo a cualquier temperatura.
●
Aire: la velocidad de enfriamiento es muy pequeña y la temperatura interior y exterior tienden a equilibrarse.. Provoca casi aceros perlíticos.
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Tabla 1. Capacidad de enfriamiento relativa de algunos medios de temple. ❖
Templado interrumpido.
Con este procedimiento se tratan los aceros que son especialmente delicados a la deformación o a la ruptura. Primeramente se enfría el material por un corto tiempo en un medio refrigerante fuerte en su efecto (agua), posteriormente se procede al calentamiento a la temperatura de temple hasta que desaparezca el burbujeo y finalmente se deja en un medio refrigerante de efecto suave (aceite calentado) hasta la compensación de la temperatura. Apenas después es que se realiza la refrigeración restante en el aire. ❖
Templado al baño caliente.
Este tipo de templado sirve para tratar las piezas de trabajo que tienen formas complicadas. Luego del calentamiento a una temperatura de temple se refrigera la pieza de trabajo, de acuerdo al tipo de acero, en un baño caliente (preferentemente en fusión de sal) a temperaturas entre 180 y 500° C hasta la compensación de la temperatura y después se enfría a temperatura ambiente. Es importante considerar que la temperatura se debe derivar del tipo de acero. ❖
Temple ordinario o directo.
Este se realiza calentando el acero hasta una temperatura de Ac3 o Ac1 y enfriando con una velocidad mayor que la cr´ıtica de temple, de modo de que se produzca un
endurecimiento notable, el cual se debe a la formación de martensita y sucede en la superficie solamente o en toda la pieza, dependiendo de la capacidad de temple del
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acero. Aquí se utiliza un solo medio de enfriamiento y la estructura resultante es martensita acicular.
Tabla 2. Temperaturas intercríticas ❖
Temple escalonado.
Se calienta el material por encima de la temperatura crítica y la velocidad de enfriam iento de la pieza debe cambiarse abruptamente en un momento dado, es decir, se utiliza dos o más medios de enfriamiento logrando una microestructura de martensita menos tensionada y austenita retenida. ❖
Temple
Martempering
(Temple
martensítico
interrumpido/
temple
isotérmico/ temple diferido).
Este tratamiento se efectúa calentando el acero y manteniéndolo a una temperatura superior a la crítica durante un tiempo suficiente para su completa austenización y enfriándose; luego en un medio fluido caliente como sales fundidas, aceite a una temperatura que debe ser superior al punto Ms; el material debe permanecer en el baño caliente el tiempo suficiente para conseguir que toda la masa del acero alcance e iguale la temperatura del baño o sea uniforme, seguidamente la pieza se enfría al aire. De este modo la formación de martensita ocurre en una forma uniform e en toda la masa del acero evitando la formación de excesivas tensiones residuales. La microestructura del material en este temple es austenita retenida más martensita menos tensionada que en el temple escalonado. ❖
Temple Austempering (Temple bainítico).
Este se realiza luego de calentar hasta la temperatura de austenización, la pieza se enfría en un baño que se mantiene a una temperatura constante, generalmente entre 260 y 400 °C. Luego se deja enfriar hasta la temperatura ambiente, generalmente al aire; es decir, es un temple en baño de temperatura constante con un tiempo suficiente para que la austenita se transforme isotérmicamente en bainita. Este tratamiento térmico propicia
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alta resistencia junto a buenas condiciones de ductilidad, gracias a la estructura de bainita inferior que se obtiene. Con este tratamiento isotérmico se pretende obtener piezas con una estructura bainítica, que sean duras pero no extremadamente frágiles. Suele aplicarse a aceros con un contenido en carbono alto. Se utiliza para piezas como engranajes, ejes, y, en general, partes sometidas a fuerte desgaste que también tienen que soportar cargas.
Figura 1. Diagrama de temperatura vs tiempo para un tratamiento térmico de temple Austempering ❖
Temple superficial.
Se basa en un calentamiento superficial muy rápido de la pieza y un enfriamiento también muy rápido, obteniendo la austenización solo en la capa superficial, quedando el núcleo de la pieza blando y tenaz y la superficie exterior dura y resistente al rozamiento.
Figura 2.Tratamiento de temple superficial en un acero.
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❖
Temple por inducción .
Es un proceso de endurecimiento de acero en el cual las superficies de las piezas se calientan
rápidamente
a
temperatura
de
austenización
mediante
inducción
electromagnética, (con un diseño adecuado del inductor, se puede confinar el calor a áreas pequeñas). Una vez alcanzada la temperatura de austenización se aplica una ducha de agua fría que produce el temple.
Figura 3. Tratamiento térmico temple por inducción
Aluminio T1: Tratamiento de temple desde la temperatura de extrusión y maduración natural |
Aplicado a los semi-productos, que desde la temperatura de extrusión reciben un enfriamiento a velocidad suficiente (temple), de manera que con una maduración natural posterior, se incrementan sus propiedades mecánicas. Se incluyen en este estado los productos que después del enfriamiento son sometidos a un aplanado o enderezado por tracción sin efectos sensibles sobre las propiedades mecánicas.
T2: Tratamiento de temple desde la temperatura de extrusión, acritud y maduración
natural | Aplicado a los semi-productos que después de un enfriamiento a velocidad suficiente (temple) desde la temperatura de extrusión (o laminación) reciben una acritud determinada seguida de un madurado natural con objeto de mejorar su resistencia mecánica. Se incluyen en este estado los productos que después del temple son
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sometidos a un aplanado o enderezado por tracción con efectos sobre las propiedades mecánicas. T3: Tratamiento térmico de solución (1), temple (1), acritud y madurado natural | Aplicado
a los semi-productos que después de un tratamiento de solución o temple, reciben una acritud determinada seguida de una maduración natural con objeto de mejorar su resistencia mecánica. Se incluyen en este estado los productos que después del temple son sometidos a un aplanado o enderezado por tracción con efecto sobre sus propiedades mecánicas.
T4: Tratamiento térmico de solución (1), temple (1), y maduración natural | Aplicado a los
semi-productos que después de un tratamiento de solución, temple y maduración natural mejoran sus propiedades mecánicas. Se incluyen en este estado los productos que después del temple son sometidos a un aplanado o enderezado por tracción sin efecto sobre
las
propiedades
mecánicas.
T5: Tratamiento térmico de temple desde la temperatura de extrusión y maduración
artificial | Aplicado a los semi-productos que desde la temperatura de extrusión reciben un enfriamiento con aire forzado a velocidad suficiente (temple), de manera que con una maduración artificial posterior se incrementan sus propiedades mecánicas. Se incluyen en este estado los productos que después del enfriamiento son sometido s a un aplanado o enderezado por tracción, sin efectos sensibles sobre las propiedades mecánicas.
T6: Tratamiento térmico de solución (1), temple (1) y maduración artificial | Aplicado a
los semi-productos que después de un tratamiento de solución temple brusco y maduración artificial mejoran sus propiedades mecánicas. Se incluyen en este estado los productos que después del temple son sometidos a un aplanado o enderezado por tracción sin efecto sobre las propiedades mecánicas.
T7: Tratamiento térmico de solución (1), temple (1) y sobre-maduración / estabilizado |
Aplicado a los semi-productos que son madurados artificialmente después del
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tratamiento de solución y temple, más allá del límite correspondiente a la máxima resistencia con el fin de controlar alguna característica significativa.
T8: Tratamiento térmico de solución (1), temple (1), acritud y maduración artificial |
Aplicado a los semi-productos que reciben una acritud determinada entre el temple y la maduración artificial para mejorar su resistencia. Se incluyen en este estado los productos que después del temple son sometidos a un aplanado o enderezado por tracción con efecto sobre las propiedades mecánicas. T9: Tratamiento térmico de solución (1), temple (1), maduración artificial y acritud |
Aplicado a los semi-productos que son deformados en frío después del tratamiento de solución, temple y maduración artificial, para mejorar su resistencia mecánica.
T10: Tratamiento térmico de temple desde temperatura de extrusión, acritud y
maduración artificial | Aplicado a los semi-productos que después del enfriamiento (temple) y antes de la maduración artificial reciben una acritud determinada.
● Fase de transformaciones de los diferentes granos La microestructura virgen obtenida inmediatamente después de la extinción de la austenita consiste en placas o listones de martensita que está sobresaturada con carbono. En la gran mayoría de los aceros, la martensita contiene una densidad sustancial de dislocaciones que se generan durante la adaptación imperfecta del cambio de forma que acompaña a la transformación. Las placas pueden estar separadas por películas delgadas de austenita retenida, la cantidad de austenita no transformada se hace más grande a medida que se reduce la temperatura de inicio de martensita Ms. Los fenómenos de fragilidad por temperado son más prominentes en los aceros fuertes donde la tensión aplicada puede alcanzar altas magnitudes antes del inicio de la plasticidad. Esto se debe a que los aceros fuertes se basan en microestructuras que evolucionan por la transformación desplazante de la
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austenita. Los aceros comunes son ferríticos o perlíticos; ambas de estas fases pueden crecer por transformación reconstructiva a través de los límites de grano austenita. Al hacerlo, destruyen la estructura que existe en esos límites y los eliminan como fuentes potenciales para la segregación de átomos de impureza como el fósforo. Por el contrario, el movimiento coordinado de los átomos que acompañan a las transformaciones desplazadas no puede sostenerse a través de los límites de los granos de austenita. Por lo tanto, la ferrita Widmanstätten, la bainita, la ferrita acicular y la martensita están todas confinadas por los límites de los granos de austenita. Un vestigio del límite de grano de austenita (antes del límite de grano de austenita, por lo tanto, permanece en la microestructura cuando las transformaciones son desplazadas. Esto se ilustra esquemáticamente en la siguiente figura, que muestra los límites de grano de austenita como barreras duras para martensita (α ') mientras que los alotriomorfos de La ferrita (α) es
capaz de consumir los límites de austenita en los que se nuclean, al crecer en los dos granos adyacentes.
Ejemplos
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(a) Micrografía electrónica de transmisión de martensita templada en un Fe-4Mo0.2C% en peso de acero. El contraste moteado dentro de las placas se debe a una alta densidad de dislocaciones. (b) Imagen de campo oscuro correspondiente que muestra la distribución de austenita retenida. Estados alotrópicos y puntos críticos del hierro - Si se deja enfriar lentamente una muestra de hierro lo más puro posible, desde el estado líquido, se puede observar (fig. 25), que se solidifica instantáneamente a 1.535°. - Al continuar descendiendo la temperatura, no se observa nada anormal en el proceso de enfriamiento, hasta 1.400°. Entonces se nota una disminución en la velocidad de enfriamiento debida a un desprendimiento espontáneo de calor.
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Luego, hacia los 898°, se produce otro nuevo desprendimiento de calor y se aprecia otra disminución en la velocidad de enfriamiento bastante neta y pronunciada. - Hacia los 750° vuelve a ocurrir otra parada en el enfriamiento, que es ya la última antes de llegar a la temperatura ambiente. Esas temperaturas en las que ocurren esos fenómenos, se llaman temperaturas o puntos críticos, y se denominan Ar4, Ar3 y Ar2, respectivamente. - La parada a 1.400°, (Ar4) corresponde a un cambio alotrópico del hierro, que pasa del estado de hierro delta al de hierro gamma. - El punto Ar3 a 898°, señala la transformación de hierro gamma en hierro beta y el punto Ar2 a 750°, corresponde a la transformación del hierro beta en hierro alfa. - La temperatura critica teórica de 721° es fija, las otras dependen de la velocidad de calentamiento o enfriamiento, y pueden variar bastante de unos casos a otros.
Puntos críticos de los aceros -Si observamos los procesos de enfriamiento muy lento de diversos aceros con porcentajes variables de carbono, vemos que los puntos críticos que aparecen son diferentes. - Ensayando un acero con 0,15 % de carbono, se puede ver que en el enfriamiento, el punto Ar3 aparece a 8500 aproximadamente, temperatura ligeramente inferior a la del hierro, es menos marcada su importancia que en aquél y señala el comienzo de la separación de la ferrita pro-eutectoide, iniciándose por lo tanto una transformación de hierro gamma, en hierro beta. - Al continuar descendiendo la temperatura, aparece el punto Ar2 a 768", aproximadamente, que corresponde a la aparición del magnetismo del hierro, es decir, a la transformación del hierro beta en hierro alfa.
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- Por fin,
hacia 700°
existe otro
punto crítico
Ar1; que no
lo tiene el
hierro y que
es más
acentuado
cuanto mayor
sea el contenido en carbono. - Este punto no marca un cambio alotrópico en toda la masa del acero, sino únicamente en la austenita residual y corresponde precisamente a la transformación de la austenita de composición eutectoide en perlita, o sea, la transformación del hierro gamma de la austenita en hierro alfa de la ferrita que forma parte de la perlita y la precipitación del carbono o carburo de hierro que tenía aquélla en solución y que ahora queda en forma de ceméntita. - Como el hierro puro no contiene carbono, su austenita nunca alcanza la composición eutectoide y este punto no aparece en él. El acero extradulce, de 0,15 % de C, hacia los 700° contiene un poco de austenita de composición eutectoide y el punto Ar1, se marca muy ligeramente; los aceros semiduros de 0,30 y 0,50 % de C, contienen en cambio más austenita eutectoide residual y el punto es más acentuado. - En el calentamiento aparecen los mismos puntos, pero a temperaturas un poco superiores; esta diferencia es debida, como en el hierro, a la histéresis (cambio de fase no se produzca a la misma temperatura en ambos sentidos), y los puntos se denominan Ac1, Ac2 , y Ac3.
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- En los aceros con más de 0,90 % de carbono, en el enfriamiento existe un punto crítico muy débil y muy difícil de observar, denominado Arc, que corresponde al comienzo de 1ra separación de la cementita y luego a temperatura más baja, aproximadamente hacia los 700° aparece el punto de recalescencia (la aleación atraviesa la temperatura de solidificación y sin embargo continua liquida), mucho solidificación y sin embargo continúa líquida más importante y destacado, correspondiente a la transformación de la austenita en perlita. - La primera noticia de la existencia de esa zona crítica se tuvo gracias al fenómeno del temple. Desde muy antiguo se conoce la gran dureza que adquieren los aceros en el temple. Se sabía que si el acero se calienta por encima de cierta temperatura y luego se enfría rápidamente, se endurece, y también se había que para que se endurezca hace falta precisamente rebasarla.
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- Si el acero se calienta a temperatura un poco inferior a la crítica, aunque se enfríe muy rápidamente, no se endurece (fig. 31). Esto señaló dé una forma clara la existencia de ciertas temperaturas críticas que regulan esos fenómenos. - Cuando se trata de aceros de más de 0,90 % de carbono, el aumento de dureza es muy brusco. - En cambio, cuando se trata de aceros hipoeutectoides, en el calentamiento existen dos puntos críticos, el Ac , y el Ac 3 , que se señalan claramente en los ensayos de temple a temperaturas crecientes (fig. 31).
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Conclusión El templado es, desde muchos años atrás, una de las técnicas metalúrgicas más sencillas y utilizadas; en la actualidad también es usado con cierto polímeros. El endurecimiento por templado sin embargo, aunque es efectivo para proveer dureza al material, deja una fragilidad no deseada que hace que esta técnica vaya frecuentemente acompañada del revenido, el cual le
aumenta
entonces
la
elasticidad
y
flexibilidad
del
material.
El enfriamiento súbito que se busca con el templado, intenta reducir los cambios de las transformaciones de fases después de mantenerlo estable a altas temperaturas en la fase de austenita.
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