Metalografía y Tratamientos Térmicos Tratamientos Isotérmicos y Patenting
1. Tratamientos Isotérmicos: I.
Introducción:
Como consecuencia de los estudios derivados de la curva de las "S", se ha incrementado mucho el uso de los baños calientes para el tratamiento de piezas y herramientas, estos baños calientes son de plomo y sales fundidas. Los principales motivos por los que se utilizan son: - el conocimiento de las valiosas propiedades del constituyente bainita, cuya presencia es interesante en un gran número de piezas y perfiles. - reducción de grietas y deformaciones que se consigue al emplear baños de sales para el enfriamiento del acero desde la temperatura de temple. Estos defectos se presentan con más frecuencia cuando se templa el acero en agua o en aceite, porque en la periferia de las piezas se enfría rápidamente cuando el centro está muy caliente y al verificarse las transformaciones estructurales, antes en la periferia que en el centro, se crean tensiones entre esas zonas, que pueden originar deformaciones, grietas y roturas. Enfriando en baños calientes, se evitan estos problemas, porque se consigue que antes de iniciarse la transformación de la austenita se igualen las temperaturas del centro y la periferia, y luego puedan verificar las transformaciones en las diferentes partes de las piezas casi a la vez. - porque cuando se utilizan en estos tratamientos, sales de composición adecuada, se llega a evitar en ocasiones la oxidación superficial del acero. - por la posibilidad de ablandar ciertos aceros en mucho menos tiempo que el necesario para conseguir los mismos resultados con los recocidos de regeneración. II.
Ventajas del enfriamientos en baños de sales:
La influencia que el método de enfriamiento ejerce en la aparición de grietas y deformaciones se entiende observando la figura 1; en ella se representa gráficamente el proceso de enfriamientos de la periferia y del centro de cuatro piezas iguales templadas en agua, aceite, en baño de sales y al aire. al tratarse de piezas hechas con un acero aleado, al ser enfriado desde alta temperatura en cualquiera de los cuatro medios citados, siempre queda templado, ya que las velocidades de enfriamiento que se obtienen en los cuatro casos, son mayores que la crítica de temple y por ende en todos los enfriamientos se obtiene martensita después del enfriamiento. En la figura las líneas y señalan el principio y fin de la transformación de la austenita en martensita, gracias a estas, sabemos los momentos en que se inicia y se termina la transformación martensítica en el corazón y en la periferia de las piezas. Se observa que cuanto más enérgico es el medio de enfriamiento. mayor resulta la diferencia de temperatura entre la periferia y el centro, y como consecuencia, mayores son las tensiones internas que se crean en el acero, las cuales originan roturas y grietas. En el temple al agua, cuando la curva de enfriamiento de la superficie llega al punto A de la línea donde se inicia la transformación de la austenita en martensita, la diferencia de temperatura con el punto B de de la línea de enfriamiento del centro, es muy grande. En las curvas de enfriamiento en aceite, se ve que la velocidad es más lenta, y que cuando se inicia la transformación, punto E , la diferencia de temperatura entre la periferia Página 2 de 6
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y el centro, E-F , es más pequeña que la A-B correspondiente al agua, habiéndose efectuado una gran parte de la transformación y expansión del centro antes de que toda la masa del acero de la periferia alcance la temperatura correspondiente al punto R y se transforme en martensita dura y frágil. En el enfriamiento al aire, la diferencia es menor. Todas las partes se transforman casi al mismo tiempo y hay un mínimo de tensiones residuales con menor peligro de grietas y deformaciones. En el enfriamiento de sales a una temperatura ligeramente superior a la crítica donde se mantiene al acero un cierto tiempo y luego se enfría al aire, es más beneficioso. Se consigue de esta forma que igualen las temperaturas de la periferia y del centro antes de que la austenita se transforme en otros constituyentes, y luego, al enfriarse al aire, la transformación de la periferia y el centro se verifica casi al mismo tiempo.
III.
Tipos de tratamientos isotérmicos: 1. 2. 3. 4. 5.
Recocido isotérmico. Austempering. Martempering. Patenting. Tratamiento subcero.
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2.
Patenting:
I. Introducción: Este tratamiento es especialmente interesante en el caso de acero de alto contenido de carbono - 0,50 % a 0,70 % de C - que en general son muy difíciles de estirar, este problema no suele presentarse en acero de menos de 0,30 % de C, porque la ferrita, que es en ellos el constituyente predominante de su estructura, es muy plástica y se deforma con gran facilidad. En la microestructura de los aceros de alto contenido de carbono que han de ser estirados en frio, es muy perjudicial la presencia de cementita libre o perlita laminar, porque ofrecen una gran resistencia a la deformación. La plasticidad del acero depende del espesor de las láminas que componen la perlita y de su orientación con respecto al eje del alambre. Las bandas de perlita perpendiculares a la dirección del laminado, son las que ofrecen mas resistencia al estirado, mientras que las que se encuentran paralelas a esa dirección no ejercen una influencia tan perjudicial. Este tratamiento aumenta considerablemente la aptitud del material para el trefilado a la vez que permite obtener un alambre de muy buenas propiedades mecánicas. El proceso que se sigue en el tratamiento de estos aceros consiste en calentarlos por encima de la temperatura critica , hasta conseguir el estado austenítico completo y enfriarlos luego con relativa rapidez, según el espesor del alambre y los resultados que se quieren obtener, al aire, en baño de sales o plomo fundido. Se hace pasar el alambre a través de un horno en el que se mantiene una temperatura de 80 a 100°C siempre superior al punto . La temperatura y la duración de la pasada a través del horno, deben ser siempre suficientes para conseguir el estado austenítico completo. Si la temperatura es alta, la duración de la pasada puede ser menor, en cambio si la temperatura es baja la duración debe ser mayor. La temperatura del baño de enfriamiento debe ser controlada para obtener estructuras finas con un mínimo de cementita libre en las uniones de los granos, estas estructuras facilitaran la deformación y el estirado del acero en cualquier dirección y tendrán la máxima tenacidad con el máximo alargamiento. Las estructuras sorbíticas obtenidas por patenting en aire y en plomo se diferencian por la finura de las láminas, como se observa
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en la figura, siendo las propiedades del acero tratado en plomo superiores a las del acero tratado al aire. II. Aplicaciones: Este tratamiento se suele utilizar en la industria de la trefilería para la fabricación de alambres de alta resistencia, como por ejemplo en alambres destinados a hormigon pretensado; también se emplea como tratamiento intermedio para destruir el efecto del estirado y conseguir estructuras muy finas de tipo sorbítico, troostítico y bainítico muy convenientes para los trabajos de trefilería, pues tienen gran tenacidad y una excelente aptitud para el estirado, y otras veces se emplea como operación final para que el alambre de acero quede con una resistencia muy elevada. Para la fabricación de alambres de alta resistencia, generalmente conocidos con el nombre de cuerda de piano, se emplean aceros con (0,50 - 0,70) % C y (0,90 - 1,20) % Mn, y se parte de rollos de alambre laminados en caliente de 40 a 60 kg de peso, y de 4 a 10 mm de espesor. Para prevenir el daño en la superficie de la pieza o en la matriz durante el trefilado, se realiza una preparación superficial del alambrón; en primer lugar se debe limpiar la pieza de contaminantes y a continuación se la recubre normalmente con fosfatos. Además de esta pre lubricación, existe una lubricación posterior, durante el proceso. Por trefilados sucesivos, se reduce la sección del alambre, y cuando el material ha adquirido ya bastante acritud y es difícil de estirar, sufre el tratamiento, algunas veces también se da el tratamiento antes de comenzar el estirado.
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