CAPÍTULO 1 LAS HERRAMIENTAS DEL METALURGUISTA Escalas de temperatura En una investigación científica se determina La escala de medición de la temperatura estándar es la escala centígrada, en Estados Unidos es el Fahrenheit y su conversión se puede hacer de las siguientes formas:
La pirometria mide a altas temperaturas superior 950°F
Medición de la Temperatura
Termometría mide temperaturas por debajo de 950°F
Se necesita saber cómo se mide la temperatura
Medición de la temperatura por el color
Uno de los métodos más
sencillos para estimar la temperatura de un metal es mediante la observación del color del cuerpo caliente.
Termómetros por expansión metálica
Termómetros por expansión liquida
Este termómetro tiene el La mayoría de los metales se expanden cuando se calientan y la expansión dependerá de la temperatura y coeficiente de expansión de cada metal.
sistema entero lleno de un líquido orgánico adecuado o con mercurio. Los cambios de temperatura del bulbo hacen
que
el
líquido
se
expanda o contraigan, lo cual a su vez hace que el tubo Bourdon también se expanda o contraigan.
Termómetros por presión de gas o vapor
Termómetro por resistencia
El termómetro por presión de gas es semejante al de presión de vapor, excepto que el sistema se llena con un gas, generalmente nitrógeno. Los termómetros con sistema lleno tienen aplicaciones a bajas temperaturas, como en la electrodeposición de metales y baños de limpieza, desengrasando, enfriamiento por agua
Este termómetro es muy frágil y requiere de mucho cuidado en su manejo Este se basa en el incremento de la resistencia eléctrica con el aumento de la temperatura de un conductor.
Pirómetros termoeléctricos
Son utilizados en industrias metalúrgicas para la medida de temperaturas hasta más 1700°C. Este es el método que más se emplea en trabajos de metalurgia para medir y controlar temperaturas.
EFECTO PELTIER.- Si dos alambres metálicos diferentes se ponen en contacto eléctrico, habrá una FEM a través de la punta de contacto. Pirómetros termoeléctricos , tiene dos principios
.-Si hay una temperatura entre los extremos de EFECTO THOMSON .un alambre homogéneo único, existirá una FEM entre los extremos de dicho alambre.
Termómetros por presión de gas o vapor
Termómetro por resistencia
El termómetro por presión de gas es semejante al de presión de vapor, excepto que el sistema se llena con un gas, generalmente nitrógeno. Los termómetros con sistema lleno tienen aplicaciones a bajas temperaturas, como en la electrodeposición de metales y baños de limpieza, desengrasando, enfriamiento por agua
Este termómetro es muy frágil y requiere de mucho cuidado en su manejo Este se basa en el incremento de la resistencia eléctrica con el aumento de la temperatura de un conductor.
Pirómetros termoeléctricos
Son utilizados en industrias metalúrgicas para la medida de temperaturas hasta más 1700°C. Este es el método que más se emplea en trabajos de metalurgia para medir y controlar temperaturas.
EFECTO PELTIER.- Si dos alambres metálicos diferentes se ponen en contacto eléctrico, habrá una FEM a través de la punta de contacto. Pirómetros termoeléctricos , tiene dos principios
.-Si hay una temperatura entre los extremos de EFECTO THOMSON .un alambre homogéneo único, existirá una FEM entre los extremos de dicho alambre.
.- El cromel está formada por un 90% de Niquel Cromel – Alumel Alumel .y un 10% de Cromo
Hierro – Constantan Constantan.- El constantan es una aleación que contiene 54% de Cobre y 46% de Niquel.
Cobre – Constantan.- La aleación de constantan empleada con cobre difiere ligeramente de la utilizada con hierro y
Materiales para termopar Platino – Platino-Rodio al 10%.- 10%.- Este es un termopar de metal noble. Se utiliza para medir temperaturas demasiado altas para los termopolares de b ase de metal y en casos en que la radiación o los pirómetros ópticos no son satisfactorios.
Medida de la FEM. La temperatura de la unión caliente se determina al medir la FEM generada en el circuito. Un potenciómetro es uno de los instrumentos más exactos para medir FEM pequeñas. El termopolar se debe conectar adecuadamente de modo que la corriente que fluye de ahí se oponga al flujo de corriente de la celda seca.
La aguja del potenciómetro se puede sustituir por una pluma que
Pirómetros de registro y de control
se mueve por una carta corrediza, a fin de obtener un registro completo de la temperatura.
Tiene la propiedad de absorber todas las radiaciones que recibe y
Pirómetro de radiación
emite más energía que ningún otro cuerpo a la misma temperatura.
Se la utiliza para facilitar la comparación de color, se utiliza un filtro
Pirómetro óptico
de color rojo que restringe la radiación visible a la longitud de onda de la radiación roja.
METALOGRAFÍA Introducción. La Metalografía estudia microscópicamente las características de la estructuras de un metal o aleación. Mediante el microscopio es posible determinarse el tamaño de gramo y el de forma y distribución de las diversas fases.
Muestreo. La selección de una muestra es importante es por eso que la muestra debe tomarse de una área lo más próxima posible al punto en que se ha producido el fallo y compararla posteriormente con otra obtendrá en una sección normal.
Esmerilado burdo o tosco. Siempre la muestra debe ser de un tamaño fácil de manipular. La muestra blanda o dura puede esmerilarse burdamente sobre una lija de banda, manteniendo la muestra fría sumergida frecuentemente en agua durante la operación de esmerilado.
Montaje. Las muestras deben montarse siempre que tengan una forma incomoda, la muestra y la cantidad correcta de polvo de baquelita, o una preforma de baquelita, se colocan en el cilindro de la prensa de montar. La temperatura aumenta gradualmente hasta 150ºC y se aplica una presión de moldeo de
. Se utiliza Baquelita o Lucita (resina) te rmoplástica,
La lucita es la resina termoplástica más común; es completamente transparente cuando se moldea a la forma requerida. Siempre se conserva la zona libre de irregularidades y se evitara de alguna manera mediante los siguientes pulidos:
Pulido intermedio
Se pule en el esmeril después de la montada el conjunto utilizando una serie de papeles de esmeril de grano cada vez más fino. El primero que se utiliza utiliza son los números números 1, 2, 3.
Para este pulido el paño suele ser de lana, fieltro y la lana. No
`
Pulido fino
deben existir rayas y se consideraría como el paso final.
Ataque. El ataque químico tiene por propósito el hacer visibles las características estructurales del metal o aleación.
Microscopios metalúrgicos El microscopio de mesa puede utilizarse también para la obtención de metalografías, adaptándole una cámara fotográfica en el ocular. Para esta finalidad se emplean los bancos metalográficos. El mayor avance en el poder de resolución lo obtuvo el microscopio electrónico, sin embargo al principio era similar al óptico, aunque su apariencia resulta muy diferente.
PRUEBAS PARA PROPIEDADES MECÁNICAS
La dureza no es una propiedad fundamental de un material, sino que está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas.
Dureza elástica. Este tipo de dureza se mide mediante el escleroscopio, que es un dispositivo para medir la altura de rebote de un pequeño martillo con emboquillado o punta de diamante. Consta de un cuadrante indicador en el que automáticamente queda registrada
Resistencia al corte o a la abrasión.
Resistencia al rayado. La escala consta de diez estándar
minerales arreglados
siguiendo un orden de
incremento de dureza, hasta el 9 para el corindón y 10 para el diamante.
Resistencia o ensayo de lima. La pieza se somete a la acción de una lima de dureza conocida, para determinar si se produce un corte visible.
Resistencia a la indentación
Esta prueba generalmente es realizada imprimiendo en la muestra, la que está en
plataforma
sobre
una
rígida,
un
marcador o indentador de geometría determinada.
Prueba o ensayo de dureza Brinell.- Este consiste normalmente en una prensa hidráulica vertical de accionamiento manual, cuyo objeto es efectuar una presión determinada sobre la bola, aplicada sobre una superficie plana y lisa del material a ensayar. El diámetro de la bola es 10mm y la presión que ejerce de 3000kg para materiales férricos y 500kg para los materiales no férreos.
Prueba o ensayo de dureza Rockwell.- Se basa en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados por un cuerpo más duro. Se coloca la pieza sobre el soporte de la máquina y se gira el tornillo elevando la pieza y comprimiéndolo contra el penetrador hasta que se haya aplicado el metal una carga fija poco elevada.
reposo
Prueba o ensayo de dureza Vickers.- Para este proceso se utiliza un marcador piramidal de diamante de base cuadrada con un ángulo inclinado de 136º entre las caras opuestas y normalmente se utilizan cargas variables de 1 a 120Kg, la distancia entre índices, se mide por medio de un tornillo micrométrico graduado en milésimos de milímetro, conocida la longitud de la diagonal,
Prueba o ensayo de microdureza. Hay dos tipos de marcadores empleados para la prueba de microdureza: La pirámide de dureza Vickers de base cuadrad de 136° y el marcador de dureza Knoop que tiene forma piramidal que produce una impresión de forma de diamante, la pirámide tiene ángulos longitudinales de 172º30’ y ángulos transversales de 130°. El número de dureza Knoop es el resultado de medir la carga entre el area de la impresión con la siguiente formula:
Condición del marcador de muescas
Exactitud de la carga o esfuerzo
Cargas o esfuerzos aplicados con Algunos de los factores que influyen en la exactitud de cualquier prueba
Condición de la superficie de la
de dureza por indentación son: Espesor de la muestra
Forma de la muestra
Uniformidad del material
Ventajas y desventajas de los diferentes tipos de pruebas
Desventajas
Ventajas
La prueba o ensayo brinell deja
sensible de los probadores.
una huella relativamente grande.
La
prueba
Rockwell
es
una
La
prueba
emplearse
Rockwell en
Tiene
una
continua
operación rápida y sencilla.
El probador Vickers es el más
más
delgadas y probarse .tanto los
escala
todos
los
materiales.
puede
muestras
para
sola
Tiene que tener un área homogénea.
materiales más duros como los más blandos.
Las
ventajas
principales
del
escleroscopio son las pequeñas impresiones.
Conversión de los distintos números de dureza. Estos datos generalmente se aplican a aceros y se han derivado de extensas pruebas de dureza en aceros al carbono y de sus aleaciones.
Esfuerzo y deformación. La deformación o alargamiento total en cualquier dirección es el cambio total de una dimensión del cuerpo en esa dirección. La resistencia interna del cuerpo se conoce como esfuerzo y los cambios en las dimensiones que la acompañan se llaman deformaciones o alargamientos. El esfuerzo total es la resistencia interna total que actúa en una sección del cuerpo.
Prueba o ensayo de tensión. Una probeta o muestra se somete a una carga axial por medio de un sistema de carga de palanca. La prueba de tensión es la más realizada frecuentemente para determinar ciertas propiedades mecánicas. La deformación o alargamiento se mide en una longitud establecida, generalmente 2 pgl, por medio de un disco medidor llamado extensómetro.
Limite elástico.- Si la carga se aumenta continuamente, se libera después de cada incremento y se revisa el extensómetro, entonces se alcanzara un punto en que la aguja no regresara a cero.
Punto de cedencia o fluencia.- Si la pieza aumenta más allá del límite elástico, se alcanzara un esfuerzo al cual el material continuo deformándose sin que haya incremento de la carga. El esfuerzo en el punto Y se conoce como punto de cedencia o
Resistencia de cedencia o fluencia.- La mayoría de los materiales no ferrosos y los aceros de alta resistencia no tienen un punto de cedencia definido. La máxima resistencia útil corresponde a la resistencia de cedencia
PROPIEDADES DE TENSIÓN Resistencia Límite.- La resistencia límite o la resistencia de tensión es el esfuerzo máximo desarrollado por el material, basado en el área transversal original.
Resistencia a la ruptura.- La resistencia a la ruptura es determinada al dividir la carga de ruptura entre el área transversal original, es siempre menor que la r esistencia limite.
Ductilidad.- Se determina a partir de la cantidad de deformación que le es posible soportar hasta que se fractura.
Módulo de elasticidad o módulo de Young.- La pendiente es realmente la constante de proporcionalidad entre esfuerzo y deformación cuando se está abajo del límite de proporcionalidad.
Esfuerzo-deformación verdaderos. La deformación real se determina al dividir el cambio de longitud entre la longitud inmediatamente procedente. El esfuerzo verdadero se determina al dividir la carga entre el área transversal existente en esa intensidad de carga.
Recuperación (Resistencia) y dureza. La parte izquierda del límite elástico puede definirse como intervalo elástico y la de la derecha como intervalo plástico. El área bajo la curva en el intervalo elástico es una medida de la energía por unidad de volumen que puede absorber el material sin sufrir deformación permanente.
Prueba de impacto. Para las pruebas de impacto se utilizan muestras tipo muesca. Dos tipos de muescas de tipo general se utilizan en las pruebas de flexión por impacto: la muesca o jo de cerradura y la muesca en V. La máquina de impacto ordinaria tiene un péndulo oscilante de peso fijo, que es elevado a una altura estándar, dependiendo del tipo de muestra que se pretende probar.
Prueba de fatiga.
Las pruebas de fatiga se utilizan para estudiar el comportamiento de los materiales no solo para observarlos bajo distintos tipos e intensidades de cargas fluctuantes. El esfuerzo al que se somete la muestra durante la prueba varia continuamente entre dos valores, de los cuales el máximo suele ser menor que el de la resistencia de cendencia del material.
Fuente.
Modificación.
ENSAYOS DE PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS
Las pruebas no destructivas se utilizan para hacer productos más confiables, seguros y económicos.
Detección
Indicación
Interpretación
Radiografía de los metales.
Se puede realizar mediante los rayos x o rayos gamma que son rayos electromagnéticos de longitud de onda corta capaces de atravesar espesores de metal relativamente grande. La radiación gamma es la más penetrante que los rayos x, pero su posibilidad inferior limita su aplicación. Una radiografía es una fotografía sombreada de un material más o menos transparente a la radiación.
Inspección por partículas magnéticas (Magnaflux). Este es un método para detectar la presencia de fisuras, recubrimientos, rasgones, inclusiones y discontinuidades semejantes en materiales ferromagnéticos como el hierro y el acero.
Inspección por penetración fluorescente (Zyglo). Este es un método sensible no destructivo con el que se puede detectar pequeñas discontinuidades como fisuras, contracciones y porosidades que eflorecen a la superficie.
Inspección ultrasónica.
Es un método muy antiguo el cual se realiza al utilizar ondas de sonido para determinar defectos.
Desarrollados recientemente. Estos métodos de pruebas no destructivos es el uso de la holografía, que es un método muy particular para registrar en película datos visuales de un objeto tridimensional y producir una imagen tridimensional del mismo.
CAPÍTULO 2 ESTRUCTURA Y CRISTALIZACION DE LOS METALES Estructura del átomo Un átomo libre está constituido por tres partículas que son electrones, protones y neutrones, casi toda la masa del átomo está concentrada en el núcleo. El diámetro del núcleo es del orden de , magnitud muy pequeña si se compara con el diámetro del átomo, el cual es del orden de . Los electrones están distribuidos en capas u órbitas energéticas, estando animados simultáneamente de un movimiento de rotación alrededor de su eje. Cada capa no puede contener más que un número determinado de electrones, el cual, como máximo, es de , siendo n el número de orden de la capa. Gilbert Lewis e Irving Langmuir (1996), dieron una teoría, los protones y neutrones constituyen un núcleo denso central. Poco tiempo después Niels Bohr científico danés, ideo un modelo dinámico del átomo, en el cual los efectos de Gilbert Lewis e Irving Langmuir quedaron bajos en el trabajo que se emplea en la actualidad. Cada masa de peso atómico está formado por un protón o u un neutrón.
La tabla periódica constituye una referencia valiosa para el estudio de nuevas aleaciones que deban cumplir unas condiciones específicas. Como los elementos pertenecientes al mismo grupo tienen distribuciones electrónicas similares, muchas veces pueden remplazarse algunos componentes de las aleaciones por otros elementos pertenecientes al mismo grupo. La cantidad de capas de un átomo depende de su número total de electrones como por ejemplo el número máximo de electrones que puede contener la primera capa principal es 2, la segunda capa tiene
un número máximo de 8 electrones, la tercera capa con 18 electrones,etc. Los electrones situados en las capas no saturadas se denominan electrones de valencia, y a ellos se debe en gran parte el comportamiento químico del elemento. En los años transcurridos, desde Mendelev formulo su tabla, se han descubierto todos los elementos faltantes, y doce elementos más allá del uranio se han preparado en el curso de la investigación atómica.
Isótopos . Partimos donde el número de portones y neutros no cambian, por lo tanto los núcleos atómicos de algunos elementos presentan la particularidad de contener un número de neutrones superior o inferior al normal, lo cual produce una variación del peso atómico, sin que el número atómico sufra ninguna modificación. Así por ejemplo, el deuterio, un isótopo del hidrógeno, contiene en su núcleo un neutrón y un protón, por lo que su peso atómico es el doble del correspondiente al átomo de hidrógeno normal, sin que su comportamiento químico se altere.
Metales
Clasificación de los elementos
Metaloides
No metales
Enlace iónico. Los elementos a los que les sobra un electrón, tenderán a cederlo con objeto de contar con una rapa saturada, la cual, tras la cesión de ese electrón, será la más exterior.
Enlate covalente.- Los átomos de algunos elementos alcanzan una configuración electrónica estable, compartiendo uno o más electrones de su capa cortical con otros átomos adyacentes. Esto da lugar a un fuerte enlace entre los átomos, debido a la atracción que ejercen los núcleos positivos sobre los electrones c om a rt id os .
Tipos de enlaces atómicos Enlace metálico Este enlace puede realizarse porque cada uno de los átomos del metal se desprende de sus electrones de valencia, los cuales dan lugar a la formación de una ''nube" de electrones. los electrones de valencia son compartidos por más de dos átomos debido a la falta de iones cargados opuestamente en la estructura metálica y la falta de suficientes electrones de valencia para formar un enlace
Fuerzas de Van der Waals .- Este tipo de enlace se presenta en átomos neutros como los gases inertes. Cuando los átomos se aproximan, los centros de las cargas positivas y negativas se separan, engendrándose una débil fuerza atractiva entre ellos.
ESTRUCTURA DE LOS METALES Diámetro atómico. Para un determinado valor de la distancia interatómica, ambas fuerzas se equilibran, adquiriendo la energía interna total un valor mínimo correspondiente a la posición de equilibrio. La separación de equilibrio
varía para cada elemento. Cuando dos átomos
metálicos se aproximan, la energía interna varía bajo la acción de dos fuerzas opuestas, una de atracción entre los electrones y ambos núcleos positivos, y otra de repul sión entre los núcleos positivos así como también entre los electrones. La primera tiende a disminuir el valor de la energía interna, y la segunda a aumentarlo.
Estructura Cristalina
Cubica centrada en el
Cubica centrada en las
Hexagonal compacta
cuerpo (bcc)
caras (fcc)
(cph)
Como los átomos de los vértices son
En esta configuración los
compartidos entre las
átomos pueden considerarse como
ocho celdillas vecinas,
situados uno en cada
y el del centro pertenece por entero a
vértice del cubo y otro en
la celdilla que estamos
cada cara, no existiendo ninguno en el centro del
considerando, el
cubo. Los átomos de cada
número de átomos que
cara son tangente a los
contiene la celdilla
situados en los vértices de dicha cara.
unitaria de la red b.c.c.
En este tipo de red los átomos se hallan distribuidos en los vértices de un prisma exagonal y en el centro de las bases del mismo, existiendo además otros tres aromos que se sitúan en los centros de los prismas triangulares alternativos en que
puede descomponerse el prisma exagonal.
Polimorfismo y alotropía. El polimorfismo es la propiedad que presentan algunos materiales de existir en estado sólido en distintas redes espaciales. Si estos cambios de estructura son reversibles, la transformación polimórfica se denomina alotropía.
Planos Cristalográficos. Las capas de átomos o los planos sobre los cuales están ordenados los átomos se conocen como “planos atómicos o cristalográficos”. La relación de estos planos con los ejes de las celdillas fundamentales se indica mediante los índices de Miller.
Difracción de rayos x. Esta herramienta es muy útil ya que permite medir dimensiones de la red, ya que los espacios atómicos del orden de solo unas cuantas unidades de angstrom.
Estados de la Materia. Podemos distinguir tres tipos: gaseoso, líquido y solido ; al determinar los estados los átomos se hallan pues en continuo movimiento y describen trayectorias arbitrarias, durante las cuales chocan entre sí y con las paredes del recipiente que los contiene. En el estado gaseoso, los átomos se mueven con completa independencia unos de otros, por lo general, las distancias que los separan son muy grandes, por lo que las fuerzas de atracción entre ellos son despreciables. De todo ello se deduce que en un gas, los átomos están e n completo desorden. Conforme se enfría el gas, la energía cinética de los átomos disminuye hasta que llega un momento en que las fuerzas de atracción dejan sentir su acción y la mayoría de los átomos se agrupan dando lugar a la aparición del Estado Líquido. No todos los átomos pasan a formar parte de él. Algunos permanecen en el vapor situado sobre el líquido, existiendo un intercambio continuo de átomos a través de la interface liquido – vapor. Los gases pueden comprimirse fácilmente, reduciéndose notablemente el volumen que ocupan, pero para comprimir un líquido se requieren presiones sumamente elevadas.
Formación de Núcleos
Se entiende por cristalización el
Mecanismo de la Cristalización
paso del estado líquido al estado sólido, el cual se realiza en dos fases: Crecimiento del Cristal
Imperfecciones en los Cristales. Es evidente que la mayoría de los cristales al solidificarse se constituye por granos. Los cristales únicos también pueden obtenerse, si se retira un fragmento del cristal o semilla a una velocidad cuidadosamente controlada. Los átomos intersticiales pueden producirse por la severa distorsión local que se presenta durante la deformación plástica, así como por la irradiación.
Una dislocación se puede definir como una región distorsionada situada entre dos partes sustancialmente perfectas de un cristal. La dislocación de tornillo se llama así debido a la superficie espiral formada por los planos atómicos alrededor de la línea de dislocación.
Macro defectos en piezas coladas La solidificación ideal del metal liquido seria aquella en que el enfriamiento comenzara por la parte inferior del molde, progresando en dirección ascendente hasta alcanzar la parte superior; sin embargo, el calor se elimina con mayor rapidez por la parte superior del molde.
Si la pieza moldeada presenta secciones gruesas, es necesario disponer en puntos adecuados del molde, de mazarotas o cámaras destinadas a contener me tal líquido que compense los efectos de contracción.
Tamaño de Grano El tamaño de grano de una pieza colada está determinada por la relación entre la velocidad de crecimiento G y la nucleación N. Cuando se forman muchos núcleos, el metal que se obtiene poseerá una estructura de grano fino y, por el contrario, si el número de núcleos formados es pequeño, el metal tendrá una estructura basta o de grano grueso. Los factores que influyen en la velocidad de nucleación y, por tanto, en el tamaño de grano, el más importante es la velocidad de enfriamiento. Otros factores que contribuyen a aumentar la velocidad de nucleación, facilitando la obtención de estructuras de grano fino son:
1. Impurezas insolubles, como el aluminio y el titanio, que forman óxidos insolubles en el acero. 2. La agitación de la colada durante la solidificación, la cual hace que los cristales se rompan antes de haber alcanzado un tamaño excesivamente grande.
Método de la comparación.- El método de la comparación es más conveniente y bastante preciso en muestra de granos de ejes iguales.
Método de la intersección.- El tamaño de grano Medición del tamaño de grano
se estima contando por medio de una pantalla dividida de vidrio, o por fotomicrografía o sobre la propia muestra.
Método planímetro.-Un circulo o rectángulo de área conocida se inscribe en una fotomicrografía o en la pantalla dividida de vidrio del metalógrafo.
CAPÍTULO 3 DEFORMACION PLASTICA Introducción. Hay una deformación temporal cuando se tensa un material debajo su límite elástico. Cuando un material se tensa más allá tiene lugar a una deformación plástica o permanente. La posibilidad que un metal sufra deformación plástica es probablemente su caracter ística más relevante.
Deformación por deslizamiento Si el monocristal de un metal es esforzado tensilmente más allá de su límite elástico, se alarga en forma ligera, aparece un escalón sobre la superficie indicando un desplazamiento relativo de una parte del cristal con respecto al resto y la elongación se detiene.
Mecanismo de deslizamiento El esfuerzo necesario para iniciar un desplazamiento en un cristal perfecto, o sea, el esfuerzo requerido para mover un átomo sobre otro, puede calcularse para un metal dado; sin embargo, este resultado es de 100 a 1000 veces mayor que la componente critica del esfuerzo cortante observado experimentalmente para deslizamiento en monocristales.
Deslizamiento en diferentes estructuras reticulares. Estos sistemas de deslizamiento están bien distribuidos en el espacio; por tanto, es casi deformar un cristal f.c.c. y no tener al menos un plano 1.1.1 en una posición favorable para el deslizamiento. La dirección de deslizamiento es siempre la de más denso empaquetamiento atómico en el plano de deslizamiento y el factor más importante en e l sistema de deslizamiento.
Deformación por maclaje Es un movimiento de planos de átomos en la red, paralelo a un plano específico de manera que la red se divide en dos partes simétricas directamente orientadas, existen dos tipos: Maclajes mecánicos o de deformación y Maclajes de recocido, prevalecientes e n metales f.c.c.
La cantidad de movimiento.
Deslizamiento contra maclaje difieren en:
La apariencia microscópica
La orientación reticular
Fractura En los materiales policristalinos, la superficie de fractura frágil muestra una apariencia granular debida a los cambios de orientación de los planos de clivaje de un grano a otro. La fractura se clasifica en frágil y dúctil. La fractura frágil generalmente comprende la rápida propagación de una grieta, con el mínimo de absorción de energía y de deformación plástica.
Deslizamiento, maclaje y fractura La cantidad de deformación que puede ocurrir antes de la fractura está determinada por los valores relativos de los esfuerzos necesarios para deslizamiento, maclaje y viclaje.
Material Policristalino Cuando un material policristalino está sujeto a esfuerzo, el deslizamiento empieza primero en aquellos granos en que el sistema de deslizamiento se halla más favorablemente situado respecto al esfuerzo aplicado.
Efecto del trabajo en frio sobre las propiedades La resistencia a la tensión, la resistencia a la cedencia o fluencia y la dureza aumentan, mientras que la ductilidad, representada por el porcentaje de alargamiento, disminuye. Un material se considera trabajado en frio si sus granos están en una condición distorsionada después de finalizada la deformación plástica.
CAPÍTULO 4 RECOCIDO Y TRABAJO EN CALIENTE Introducción Ya conocidos los temas de maclaje y el efecto del trabajo en frío, la distorsión de la estructura cristalina. A continuación se dará a conocer los temas de recocido total que es el proceso mediante el cual la estructura distorsionada de red trabajada en frio retorna a una cuya estado se halle libre, se divide este proceso en: re cristalización, recuperación y crecimiento del grano.
RECOCIDO
Recuperacion
Crecimiento de grano
Recristalización
Cuando la temperatura
La
aumenta, hay algun rapido retroceso de
tiene lugar mediante
estos
una combinación de
atomos
recristalización
desplazados
estos
elasticamente, lo cual alivia la mayor parte de
abarcar
la tension interna. El
material trabajado en
principal efecto de la
frio.
racuperacion es el alivio de esfuerzos
notar
internos
crecimiento
debidos
trabajo en frio.
al
núcleos
Es
todo
para el
importante que
el del
Conforme la temperatura aumenta, la rigidez de la red disminuye y la rapidez
de crecimiento de grano es mayor.
A
cualquier
temperatura dada hay un tamaño de grano máximo, donde estos dos efectos están en equilibrio.
Tamaño de grano. Como el recocido comprende la nucleación y el crecimiento del grano, los factores que favorecen la nucleación rápida y el lento crecimiento darán como resultado material de grano fino.
Grano de deformación previa.- La formación de los granos grandes durante la recristalización en materiales con mínima deformación se debe a los muy pocos núcleos de recristalización que se forman durante el tiempo disponible
para el proceso de recristalizacion.
Tiempo a la temperatura de recocido.
Los factores que determinan el tamaño final de los granos recristalizados son:
Temperatura
de
recocido.-
temperatura
por
encima
Cuando de
la
menor
sea
temperatura
la de
recristalización, más fino será el tamaño final de grano
Tiempo de calentamiento.- Cuando menor sea el tiempo de calentamiento a la temperatura de recocido, más fino será el tamaño final de grano.
Impurezas insolubles.- Cuando mayor sea la cantidad y es más fina la distribución de impurezas insolubles, más fino será el tamaño final de grano. No solo aumentan la
Efecto sobre las propiedades. Los cambios producidos por la deformación plástica se eliminan y el material vuelve casi a adquirir sus propiedades originales. Por ende, durante el recocido, la dureza y la resistencia disminuyen, mientras que la ductilidad aumenta.
TRABAJO EN CALIENTE Este proceso se describe generalmente como trabajar un material por encima de su temperatura de recristalización.
Línea divisoria entre trabajado en caliente y en frio
Si se trabaja el material por encima de la temperatura se conoce como trabajo en caliente, mientras que si se trabaja por debajo de esta se conoce como trabajo en frio. Cuando un material se deforma plásticamente tiende a hacerse más duro, pero la intensidad del endurecimiento por trabajado disminuye conforme la temperatura aumenta. Trabajo en caliente contra trabajo en frio
En este tipo de trabajo la temperatura a la cual se termina en el trabajado en caliente determinara el tamaño de grano disponible para el trabajo ulterior en frio. Conforme el material se enfría y el trabajado continúa, el tamaño de grano disminuirá, llegando a ser más fino justo arriba de la temperatura de recristalización.
CAPÍTULO 5 CONSTITUCION DE LAS ALEACIONES Introducción En un sistema de aleación donde contiene todas las alecciones pueden formarse elementos combinados en todas las proporciones posibles, si el sistema está formado por dos elementos se llama aleación binaria, por tres se llama ternaria, etc. Las aleaciones se pueden clasificarse de acuerdo con su estructura, en tanto que los sistemas de aleación completos según el tipo de su equilibrio o diagrama de fase.
Clasificación de las aleaciones Las aleaciones pueden clasificarse en homogéneas o mezc las. Si una aleación es homogénea en el estado sólido solo puede ser lo que se llama solución sólida, por lo contrario si es una mezcla está compuesta de cualquier combinación de las fases posibles. La mezcla también puede variar en el grado de finura.
Metales Puros Los metales puros en condiciones de equilibrio implican condiciones de calentamiento y enfriamiento extremadamente lentas.
Fases de aleaciones intermedias o compuestos químicos. Cuando se forma un compuesto, los elementos pierden gran parte de sus propiedades individuales, así como también sus propiedades características. La mayoría de los compuestos químicos ordinarios son combinaciones de elementos de valencia positiva y negativa. Con referencia a los diagramas de equilibrio, las fases de aleación intermedia son aquellas con composiciones químicas intermedias entre dos metales puros y generalmente tiene estructuras cristalinas diferentes de las de estos. Al combinarse los elementos componentes dejan de existir como elementos individuales, dando origen a una combinación química con características físicas y mecánicas propias y unas propiedades químicas peculiares.
Los compuestos intermetálicos o de valencia. Estos compuestos están formados por metales químicamente distintos y se combinan siguiendo las reglas de valencia química. Entre los compuestos químicos podemos indicar el , .
Las tres fases de aleaciones intermedian más comunes son:
Los compuestos intersticiales.- Estos elementos se forman por la unión entre metales de transición. La palabra intersticial significa entre los huecos o espacios, y compuestos cuyos átomos tienen
un diámetro relativamente pequeño ocupan los intersticios de la red espacial del metal.
Los compuestos electrónicos. - En todo sistema se forman cierto número de fases intermedias se forman en estos sistemas, con estructuras cristalinas similares.
Soluciones Solidas Una solución puede tener tres condiciones: no saturada, saturada y sobresaturada. Si el solvente disuelve menos del soluto de la que podría disolver a una temperatura y presión dadas, se dice que la solución es no saturada, si disuelve la cantidad límite del soluto es saturada, y si disuelve más soluto de lo que debería en condiciones de equilibrio se dice que es sobresaturada. Hay dos tipos de soluciones solidas: situacionales e intersticiales.
SOLUCIONES SOLIDAS
Solución sustitución
solida en
sustitucional.la
red
espacial
Soluciones solidas intersticiales.- Estas se
La
forman cuando átomos de pequeños radios
del
atómicos se acomodan en los espacios o
disolvente de los átomos propios por
intersticios de la estructura reticular de los átomos solventes más grandes.
átomos del soluto, da origen a este tipo de soluciones.
Factor de estructura cristalina.- La solución
Factor de tamaño relativo.- El
Factor de afinidad química.-
factor de tamaño es favorece a la
solida o completa o total
formación de soluciones solidas
Cuanto mayor afinidad química tengan dos metales
de sus elementos jamás se logra, a menos que los
cuando la diferencia en los radios
más
solubilidad sólida y mayor la
el
atómicos de los constituyentes es inferior a 15%. Si el factor de
mismo tipo de estructura
tamaño es superior a 15% las
compuestos.
reticular cristalina.
soluciones solidas que se formen presentan límites muy restringidos de solubilidad.
elementos
tengan
Factor de valencia relativa.Las estructuras cristalinas son más sensibles a un decremento
en
electrónica
que
la
aumento es la misma.
razón a
un
restringidos
tendencia
a
será
su
formar
CAPÍTULO 6 DIAGRAMAS DE FASE Introducción En este capítulo especificaremos por completo el estado de un sistema en equilibrio, para eso será necesario especificar tres variables independientes: la temperatura, presión y composición. Teniendo en cuenta que la presión permanece constante, el diagrama indicara los cambios estructurales de temperatura y composición. Las condiciones de equilibrio pueden ser aproximadas por medio de calentamiento y enfriamiento extremadamente lentos de modo que el cambio de fase pueda ocurrir; además estudiaremos todas las condiciones posibles de equilibrio entre las fases de aleación binaria.
Coordenadas de los diagramas de fase Los diagramas de fase se grafican co n la temperatura la cual puede ser e n (ºC o ºF), como la ordenada y la composición de la aleación (%W), como la abscisa.
Análisis térmicos.- Este método es el mejor para determinar la temperatura de solidificación inicial y final.
Métodos metalográficos.- Esto consiste en calentar muestras de una aleación a diferentes temperaturas, esperando que el equilibrio se establezca, y entonces se
MÉTODOS EXPERIMENTALES
enfría rápidamente para retener su estructura de alta temperatura.
Difracción de rayos x.- Con este método se mide las dimensiones de la red, indicara la aparición de una nueva fase, ya sea por el cambio en las dimensiones de la red o por la aparición de una nueva estructura cristalina.
Tipo I-Dos metales completamente solubles en los estados líquido y sólido Los dos metales tendrán generalmente el mismo tipo de estructura cristalina y diferirán en sus radios atómicos en menos del 8%. Como los dos metales son completamente solubles en el estado sólido, el único tipo de fase solida formada será una solución solida sustitucional. El diagrama de fase consta de dos puntos, dos líneas y tres áreas. Los puntos representan los puntos de congelación de los dos metales puros. Para determinar dicha información debemos aplicar dos reglas:
Regla I: Composición química de las fases. Para determinar la composición química real de las fases de una aleación, en equilibrio a cualquier temperatura especifica una región bifásica. El punto m, la intersección de la línea vínculo con la línea solidus, cuando se abate a la línea base, dará la composición de la otra fase que constituye la mezc la.
Regla II: Cantidades relativas de cada fase.El punto donde la línea vertical interseca la línea horizontal se considera como fulcro, o eje de oscilación de un sistema de palanca. Para determinar las cantidades relativas de las dos fases en equilibrio, a cualquier temperatura especifica en una región bifásica, se debe trazar una línea vertical que representa la aleación y una línea horizontal para la temperatura.
Enfriamiento en equilibrio de una aleación de solución sólida. La solución sólida en formación toma material muy rico en A del líquido deberá ser más rico que B. Cuando se mezcla la temperatura menor T1, la composición liquida en L (la única solución sólida que se forma con T) y aplicando la regla 1la temperatura disminuye. Esta aleación a temperatura es una solución homogénea de una fase liquida y permanece así hasta que alcanza la temperatura . Como está en la línea liquidus.
Difusión. Es de naturaleza estadística, resultando de muchos movimientos al azar de átomos individuales. Mientras que la trayectoria de un átomo individual puede ser zigzag e impredecible, cuando un gran número de átomos hacen tales movimientos pueden producirse un flujo sistemático. La rapidez de difusión de un metal en otro se especifica por el coeficiente de difusión, el cual se da en unidades de centímetros cuadrados por segundo. Aunque el coeficiente de difusión es una función de diversas variables, la más importante es la temperatura. A través de tres métodos, la difusión en soluciones solidas sustituciones pueden tener lugar: el mecanismo de vacancias, el mecanismo intersticial y el mecanismo de intercambio de átomos.
Enfriamiento fuera del equilibrio-origen de la segregación dendrítica. Conforme la temperatura desciende, la composición promedio de la solución solida se alejara aún más de las condiciones de equilibrio.
Homogeneización. Las estructuras de segregación dendrítica son más comunes en los metales colados, que no se han tratado térmicamente. Existen métodos para resolver el método de segregación dendrítica tales como: impidiendo su formación a través de un lento congelamiento del líquido e igualando la composición u homogeneización, de la estructura dendrítica segregada me diante difusión en el estado sólido.
Propiedades de las aleaciones de solución solida A medida que se agrega cobre al níquel, la resistencia física de la aleación aumenta; y a medida que se agrega níquel al cobre, la resistencia de esa aleación también aumenta. Por tanto, entre cobre puro y níquel puro debe existir una aleación que m uestre la máxima resistencia.
Variaciones del tipo I La solidificación comienza y termina a una temperatura constante sin cambio en la composición, y su curva de enfriamiento mostrara una línea horizontal.
Tipo II: Dos metales completamente solubles en el estado líquido y completamente insolubles en el estado sólido Como la mayoría de los metales muestran alguna solubilidad de uno con otro en el estado sólido, este tipo es el más común, y por tanto, el más importante sistema de aleación.
El diagrama de fase puede diseñarse a partir de una serie de curvas de enfriamiento de manera análoga a la empleada para el diagrama de solución solida descrita anteriormente. Las de enfriamiento para los metales puros se muestran en una línea horizontal única en sus puntos de congelación. Esta línea horizontal más baja que T se conoce como temperatura eutéctica. El diagrama de fase real puede ahora sufrir quiebres sobre la curva de enfriamiento en contraposición a la de temperatura.
La solidificación de la aleación eutéctica se presenta a temperatura constante, por lo tanto su curva de enfriamiento seria la misma que la de un metal puro o cualquier aleación de función congruente; sin embargo, la solidificación eutéctica es incongruente y hay una diferencia en composición entre el líquido y las fases solidas individuales.
Propiedades de los sistemas de aleación eutéctica Las propiedades de cualquier aleación multifásica dependen de las características individuales de las fases y la forma en que estas últimas se hallan distribuidas en la microestructura. La re sistencia, dureza y ductilidad se relacionan con el tamaño, numero, distribución y propiedades de los cristales de ambas fases.
Endurecido por envejecimiento. Existen dos métodos principales para aumentar la resistencia y la dureza de una aleación dada:
Endurecido por envejecimiento.
la
Proceso de envejecido.- La solución después
operación de templado drástico
de templarse es sobresaturada sólida y se
tiende a generar tensiones, las
encuentra en un estado inestable. El exceso de
cuales suelen dar como resultado
soluble tendera a salir de la solución, y la
distorsiones,
las
velocidad a la que ocurre la precipitación varía
diseñadas
con la temperatura. La resistencia total
intrincadamente. Las operaciones
después de 4 o 5 días se conoce como
de endurecimiento se deben llevar
aleaciones de envejecimiento natural, en
a cabo tan pronto como sea posible
tanto las que necesitan de recalentamiento a
Tratamiento
partes
de
sobre están
solución.-
todo
si
elevadas
temperaturas
máxima
resistencia
envejecimiento artificial.
para se
alcanzar
conoce
su
como
Tipo IV: La fase intermedia de fusión congruente Todos los metales puros se solidifican congruentemente. Si la fase intermedia tiene un intervalo reducido de composición, como sucede en los compuestos intermetalicos y los compuestos intersticiales, entonces se representa en el diagrama como una línea vertical y se indica con la formula química del compuesto. Las fases intermedias se llamas así porque son únicas y se presentan en las fases terminales en un diagrama de fase. Si una fase cambia en otra isotérmicamente y sin ninguna modificación en su composición química, se dice que es un cambio de fase congruente o una transformación congruente.
Tipo V: La reacción peritéctica. En esta un líquido y un sólido reaccionan isotérmicamente para formar un nuevo solido al enfriarse, y se expresa de la siguiente manera:
Tipo VI: Dos líquidos parcialmente solubles en el estado líquido: la reacción nomotética En la mayoría de los casos, estas líneas aparecen punteadas, porque las dificultades experimentales a altas temperaturas suelen prevenir una determinación exacta de su composición. Se dice que las sustancia no solubles entre sí, como el aceite y el agua, son inmiscibles; por otra parte, se dice que las sustancias parcialmente solubles entre si se muestran en un intervalo de miscibilidad, lo cual constituye el tipo VI.
Tipo VII: Dos metales insolubles en los estados líquido y solido Esta condición corresponde a un caso límite de re acción nomotéctica y de la reacción euté ctica. Existen muchas combinaciones de máteles que son prácticamente insolubles entre sí. Cuando se enfrían, los dos metales parecen solidificar en sus puntos de congelación individuales en dos capas distintas, con una aguda línea de contacto y casi sin difusión.
Interrelación de tipos básicos Empezando con un sistema completamente insoluble, sim os puntos a cualquier extremo de la línea eutéctica se mueven hacia el otro, o sea, hacia mayor solubilidad en el estado sólido. Los primeros tres tipos difieren solo por la solubilidad en el estado sólido.
TRANSFORMACIONES EN EL ESTADO SOLIDO Alotropía Los metales pueden existir en más de un tipo de estructura cristalina, dependiendo de la temperatura. Algunos ejemplos de metales que tienen alotropía son: hierro, manganeso, est año, cobalto.
Transformación orden-desorden El ordenamiento es más común en los metales completamente solubles en el estado sólido, y por lo tanto la máxima cantidad de ordenamiento la cual ocurre en una razón atómica simple de los dos elementos. Si los átomos de soluble generalmente no ocupan ninguna posición específica, se dice que la aleación está en una condición desordenada.
La reacción eutectoide En este caso, una fase solida se transforma, al enfriarse, en dos fases sólidas. La mescla eutéctica está constituida por las fases que se representan en ambos extremos de la línea de temperatura eutéctica a saber, la solución solida , y la solución solida . Esta es una reacción común en el estado sólido, muy semejante a la reacción eutéctica, la cual no influye al líquido.
La reacción peritectoide. Es una reacción medianamente común en el estado sólido y aparece en muchos sistemas de aleación. La reacción peritectoide tiene la misma relación a la reacción peritéctica que la eutectoide tiene a la eutéctica. Como la reacción peritectoide ocurre por entero en el estado sólido y generalmente a temperaturas menores que la reacción peritéctica, la rapidez de difusión será menor y habrá menos probabilidad de que se alcancen estructuras de equilibrio.
Diagramas complejos. Son los diagramas que muestran más de un tipo de reacción y suelen ser más complejos que los tipos simples, así los diagramas más complejos muestran las reacciones de más de un tipo:
CAPÍTULO 7 DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO HIERRO – CARBURO DE HIERRO
Introducción En ingeniería el hierro es un constituyente fundamental para las aleaciones. El hierro es un metal alotrópico, es decir que puede existir en más de un tipo de estructura reticular, dependiendo de la temperatura, es no magnético con una estructura cristalina bcc.
Definición de estructuras Aunque la designación de las distintas zonas, puntos y líneas del diagrama de equilibrio. La cementita o carburo de hierro responde a la formula química Fe 3C y contienes 6.67% Lebedurita. Bajo este nombre se conoce la mezcla eutéctica de austenita y cementita, la cual contiene un 4,3% de C y se forma a 0
1129 C.
Solubilidad del carbono en el hierro La ausencia cuya estructura cubica de caras centradas contiene cuatro átomos e cada celdilla fundamentalmente, presenta una mayor capacidad atómica que la ferrita, cuya estructura cubica de cuerpo centrado cuenta solo con dos tomos e n cada celdilla fundamental.
El diagrama hierro-carbono El diagrama muestra tres líneas horizontales que indican reacciones isotérmicas. La adicción de elementos de aleación el hierro influye en las temperaturas a que se producen las transformaciones alotrópicas. En el diagrama aparecen tres líneas horizontales, las cuales indican reacciones isotérmicas.
Solubilidad del carbono en el hierro La ausencia cuya estructura cubica de caras centradas contiene cuatro átomos e cada celdilla fundamentalmente, presenta una mayor capacidad atómica que la ferrita, cuya estructura cubica de cuerpo centrado cuenta solo con dos tomos e n cada celdilla fundamental.
Enfriamiento lento de acero El carbono liberado de la solución precipitada en forma de láminas de cementit, reagrupándose los átomos de hierro situados en las zonas ocupadas anteriormente por dicho carbono y precipitado como laminillas de ferrita. En el diagrama hierro. Carbono la parte correspondiente a los aceros es la que ofrece mayor interés, por lo que vamos a estudiar os diversos cambios que tienen lugares distintos tipos de acero.
Líneas de temperatura crítica A continuación se muestra las líneas de temperatura crítica superior e inferior como líneas sencillas en condiciones de equilibrio. Cuando las Líneas críticas realmente se determinan, se encuentra que no concurren a la misma temperatura. La línea crítica en calentamiento es siempre mayor que la línea critica en enfriamiento.
CLASIFICACION DE LOS ACEROS
Por el procedimiento de la
Por su uso. Atendiendo a la
Por
fabricación. Teniendo en cuenta el
utilización final de los aceros,
química.
método de fabricación
se clasifican en aceros de fácil mecanismo, aceros para
clasificación el contenido aproximado en los aceros
muelles, aceros para caleras,
de los elementos de aleación más importantes vienen indicando por medio de un sistema numérico.
aceros
de
construcción
aceros de herramientas.
o
su
composición
Está
en
Efecto de pequeñas cantidades de otros elementos Previo un análisis al diagrama hierro – carbono se deduce que el azufre en los aceros comerciales se mantiene por debajo del 0.05%, el cual forma, a su vez, una aleaci6n eutéctica de bajo punto de fusi6n, con hierro que tiende a concentrarse en las fronteras de grano. Cuando el acero se forja lámina a altas temperaturas, se hace frágil, debido a Ia fusión del eutéctico sulfuro de hierro que destruye la cohesi6n
la
entre los granos, permitiendo que se desarrollen grietas. En presencia de manganeso, el azufre tiende a formar sulfuro de manganeso (MnS) en vez de sulfuro de hierro. El sulfuro de manganeso puede salir en la escoria o permanecer como inclusiones bien distribuidas por toda la estructura.
CAPÍTULO 8 EL TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO Introducción La definición de tratamiento térmico dada en el “Metals handbook” dice: es el proceso que el acero, en estado sólido, es sometido a unos varios ciclos de calentamiento y enfriamiento para varias una o algunas de sus propiedades en la forma deseada. Los tratamientos térmicos más importantes suponen la transformación o descomposición de la austenita, dependiendo de las propiedades físicas y mecánicas finales de cualquier de cualquier acero.
Recocido de regeneración Con este nombre se conoce a al tratamiento que consiste en un calentamiento del acero a la temperatura adecuada, seguida de un enfrentamiento lento a través de la zona de transformación. Los fines con el recocido se buscan afinar el grano, otras ablandar el acero, a veces sobre las propiedades eléctricas y magnéticas, aumentar la maquinabilidad. Los aceros hipereutectoides suelen sufrimiento tratamiento de afino del tamaño del grano, consiste en calentar el material a temperatura de afino del 27 °C por encima de la crítica superior Este calentamiento del lugar a la aparición de granos dos tenísticos groseros, los cuales, en el enfriamiento se transforman en colonias políticas de gran tamaño.
Permanecía
prolongada
a
una
temperatura inmediata por debajo de la crítica inferior.
Globalización
Para mejorarla la maquinibilidad se somete los aceros da un tratamiento conocido como recocido globular.
Empleo de un ciclo oscilante de calentamientos y enfriamientos a temperaturas que son unas veces inmediatamente superiores y otras inmediatamente inferiores a las correspondientes a la línea crítica inferior.
Recocido de alivio de tensiones. Este proceso, conocido también a veces como recocido suscritico tiene por objeto la eliminación de las tensiones internas
Normalizado En el enfriamiento al aire la cantidad de ferrita proeutectoide que se forma es muy inferior al 50% que de acuerdo con el diagrama de equilibrio. Este tratamiento consiste en un calentamiento a 50 °C por encima de las críticas superiores seguido de un enfriamiento en aire tranquilo con esto se consigue un acero una mayor dureza y resistencia Fuera de las condiciones de equilibrio en el punto eutectoide se desplaza de los aceros Hipoeutectoide hacia la zona de mayor contenido de carbono, en el normalizado se obtiene una mayor dureza y resistencia en los aceros.
Temple La estructura resultante denominada martensita observada al microscopio aparece en forma de agujas blancas o estructura acicular. Enfriamiento a velocidades bajas o moderadas se da esta transformación de hierro alfa y hierro gamma y se realiza por un proceso de nucleación y crecimiento y es e n función del tiempo. Entre las características más importantes de e ste proceso están:
transformación, no se presenta en el fe nómeno de la difusión
la transformación se realiza solamente mientras dura el enfriamiento cesa al interrumpirse el mismo, la cantidad de Martencita que se forma no guarda una relación lineal con el descenso de temperatura.
La transformación Martencitica de una aleación determinada no se interrumpen y la temperatura M, se modifica al variar la velocidad de enfriamiento.
Diagrama de transformaciones isotérmicas de la austenita. De un análisis previo se puede extraer la utilidad que tiene el diagrama hierro carbono en el estudio de los aceros cuyo enfriamiento no se re aliza en condiciones de equilibrio, es pequeña.
La mejor forma de entender los diagramas de transformación isotérmica es estudiar su derivación.
Paso
1.
Preparar
un
gran
número
de
muestras cortadas de la misma barra
Paso 2. Colocar las muestras en un horno a temperatura de austenizacion
Pasos para identificar un diagrama de transformación isotérmica
Paso 3. Colocar las muestras temperatura constante subcritica
a
una
Paso 4. La muestra se templa en agua fría o en samuera
Paso 5. Se le toma la dureza a cada muestra
Paso
6.
diferentes
Se
repite
el
temperaturas
procedimiento hasta
que
a se
determinen suficientes puntos para graficar las curvas del diagrama
Perlita y vainita En la región comprendida entre la nariz perlitica del diagrama y la línea M aparece un nuevo constituyente formado por ferrita y cementita que se oscurece en el ataque y que recibe el nombre de vainita. Comprendida entre las correspondientes a la perlita y a la martensita. La vainita tiene una dureza variable de 40 a 60 Rockell C. Comprendida entre las correspondientes a la perlita y a la martensita
Relación entre las curvas de enfriamiento y los diagramas T -I Las curvas de enfriamiento continuo se determinan colocando un termo par en una posición determinada de una probeta de acero y midiendo después las variaciones que experimenta la temperatura con el tiempo. Teniendo presente las limitaciones indicadas os diagramas T-1 son muy útiles para interpretar y relacionar entre sí. La perlita que se forme al final de la transformación será más fina que la que se produce al comienzo de la reacción.
Posición de las curvas T-I. El efecto relativo que ejercen los elementos de la acción más utilizados sobre el desplazamiento de la nariz perlitica del diagrama hacia la derecha es el siguiente: vanadio, tungsteno, molibdeno, cromo, manganeso, silicio, níquel. El retraso que sufre el comienzo de la transformación influye también en la templa dualidad o profundidad de penetración del templo, siendo éste mayor de los aceros de alta aleación o de tamaño de grano austenitico más grande. Así mismo el retraso que sufre al comienzo de la tr asformación.
La primera de ellas tiene una pendiente tan pronunciada que, para que la disuelvan toda la cementita pro eutectoide se requiere temperaturas sumamente elevadas.
Homogeneidad del austenita En el temple los granos de obtenida más pobres en carbono como tienen una velocidad crítica de temple elevada tendrá una transformación en estructuras no martensiticas mientras que los de mayor contenido de carbono, al poseer una velocidad crítica de temple pequeña se transformarán en martensita esto da lugar a que la micro estructura formada no sea uniforme y posea una dureza variable. No obstante para tener la seguridad de que el carbono se ha difundido totalmente.
Mecanismo de disipación de calor en el temple La velocidad de enfriamiento obtenida en el temple determina la estructura resultante del trat amiento térmico, así como los valores de la dureza y la resistencia si esta velocidad es superior a la velocidad crítica del temple la austenita tan se transformará en martensita.
Influencia del estado superficial. Entre los gases utilizados con esta finalidad se encuentra el hidrogeno, el amoniaco disociado y los gases producidos en la combustión parcial o completa de hidrocarburos combustibles gaseosos.
Cuando el acero está sometido a la acción de una atmosfera oxidante, debida a la presencia de vapor. La cascarilla actúa como un aislante y ofrece serias dificultades al flujo del calor del acero al medio temple.
Influencia del tamaño y masa de las piezas Como la única parte de la pieza que se pone en contacto con el medio de temple es la superficie exterior, la relación entre el área de esta superficie y la masa de la pieza constituye un factor importante la determinación y la velocidad real del enfriamiento. Los resultados obtenidos al medir las durezas en el interior de las probetas, cuya durezas superficiales indicamos anteriormente son los representados. Parte de la pieza que más rápidamente se enfría. En cuanto al calor del interior se elimina con conducción a través de la pieza, hasta que alcanza la superficie y a través de ella, pasa al medo refrigerante.
La templabilidad Para proceder la selección de un acero, que normalmente se hace para el comercio, se hace de acuerdo a su composición química. Sin embargo, esta no es rígida, sino que los márgenes de variación que se permiten en el contenido de carbono y los elementos de aleación del acero son amplios. Por ejemplo el contenido de carbono y los elementos de aleación de un acero AISI 4340 están comprendidos están comprendidos entre los limites siguientes: de 0,33 a 0.43% de C, de 0.60 a 0.80% de Mn, de 0.20 a 0.35% de Si, de 1.62 a 2% de Ni, de 0.70 a 0.90% de Cr, de 0.20 a 0.30% de Mo. Esta variación de la composición química, dentro de cada tipo de acero, da origen a las distintas velocidades criticas de temple, lo que hace el comportamiento de los aceros tratados térmicamente defiera unos de otros. Aunque la templabilidad se expresa normalmente en función de las variaciones de dureza, y lo que realmente influye en las propiedades del acero son las variaciones que experimenta la microestructura, las cuales vienen reflejadas por los valores que alcanza la dureza.
UTILIZACIÓN DE LOS VALORES DE LA TEMPLABILIDAD Siempre se debe realizar el siguiente procedimiento, seleccionar un acero que reúna unas condiciones mínimas de dureza en un punto determinado de una pieza, templada en unas condiciones dadas, hay que conocer primero la velocidad de enfriamiento en dicho punto y determinar en la probeta Jominy la situación del punto que tenga la misma velocidad de enfriamiento. Cuando se elige el acero en función de la templabilidad deseada, el usuario tiene la seguridad de que, después del tratamiento térmico, obtendrá las propiedades mecánicas deseadas, con la consiguiente disminución del número de rechazos o de tratamientos térmicos dados a la pieza y, por tanto, como una mayor economía. Los valores prácticos de la severidad de temple vienen dados en la tabla 8.5. Supongamos que en el centro de un redondo de dos pulgadas, con un buen temple en aceite y con agitación moderada (H = 0.35, Tabla 8.5)
Revenido La formación de la Martensita da lugar a considerables tensiones en el acero. Por todo ello, las piezas como después del temple, se someten casi siempre a un revenido, que es un tratamiento que consiste en calentar el acero a una temperatura más baja que su temperatura critica inferior. Los aceros, después del temple, suelen quedar demasiados frágiles para la mayoría de los usos a que van a hacer destinados. La tenacidad se determina en función de la estricción de una probeta de tracción porque cuando se mide en función de la resiliencia, mediante un ensayo Charpy o Izod, no ocurre lo mismo en la mayor parte de los aceros, cuando la temperatura de revenido está comprendida entre 204 y 426°C, la resiliencia disminuye, aunque simultáneamente disminuyan también la dureza y la resistencia.
En algunos aceros aleados el revenido a temperaturas entre los 538 y los 676°C, seguido de un enfriamiento relativamente lento, va acompañado de la aparición del fenómeno conocido como fragilidad de revenido, el cual se manifiesta por una acusada disminución de la resiliencia. Sin embargo, este fenómeno no se presenta si el enfriamiento se realiza rápidamente en agua desde la temperatura de revenido.
Austempering Este tratamiento térmico, deducido del diagrama T-1 tiene por objeto obtener una estructura compuesta en su totalidad por bainita. La comparación de las características mecánicas que se obtienen en el austempering y el proceso de temple y revenido se realizan normalmente sobre probetas del mismo acero que hayan quemado después del tratamiento térmico con la misma dureza o resistencia. La comparación de las características mecánicas que se obtienen en el austempering y el proceso de temple y revenido se realizan normalmente sobre probetas del mismo acero
Como resultado de esta comparación se observa que con el austempering se obtiene una mejor estricción, resiliencia y plegado en el caso de un temple directo seguido de revenido.
Cementación Este procedimiento de endurecimiento superficial es uno de los más antiguos y económicos y consiste en colocar las piezas normalmente de aceros bajos en carbono con contenidos iguales o inferiores a 0.20%. Al existir en la periferia una concentración de carbono más elevada que en el corazón. Los átomos de carbono, de acuerdo con las leyes de difusión y para restablecer el equilibrio, penetran hacia el interior. Si la pieza se deja enfriar en el horno y se examina después al microscopio, el cambio gradual de la estructura nos indica la distribución o gradiente del carbono. Este fenómeno puede realizarse también según las reac ciones Fe(c) + H2O Fe + CO + H2 Fe(c) + H2 Fe + CO2 Este procedimiento presenta el inconveniente de no poder trabajar con grandes series, debido a que un procedimiento en la carga se e fectué fundamentalmente por lotes.
Tratamientos térmicos de las piezas cementadas Se sabe previamente que la cementación del acero se lleva a cabo en la región austenítica, si se templa la pieza directamente desde la temperatura de cementación puede ocurrir, cuando la velocidad de enfriamiento sea superior a la velocidad critica de temple, que tanto la capa cementada como el núcleo, adquieran una estructura martensítica.
Cianuración Es un procedimiento utilizado para endurecer superficialmente los
aceros aleados y el carbono
mediante la formación de una capa dura de poco espesor, elevada dureza y buena resistencia al desgaste.
Nitruración La efectividad del proceso depende de la formación de nitruros en los aceros aleados. En este procedimiento, las piezas a tratar se colocan en una caja cerrada a través de la cual se hace pasar durante toda la operación una corriente de amoniaco, manteniéndose el conjunto a una temperatura comprendida entre 480 y 620 ° C.
Endurecimiento superficial por llama
Este procedimiento consiste en templar determinadas zonas de las piezas, fabricadas con aceros de contenidos de carbono alto o medio, calentándolas rápidamente y enfriándolas inmediatamente en agua o en un chorro de aire.
Endurecimiento superficial por corrientes de inducción En principio, este procedimiento es similar al anterior, caracterizándose ambos por ser procedimientos de temple superficial que se realizan aún que varié la composición química del acero.
Tensiones residuales Son las tensiones que se quedan en una pieza al desaparecer las fuerzas que actúan sobre ella. Las tensiones residuales son originadas siempre por una deformación no uniforme. En el caso de los tratamientos térmicos, las causas de esta deformación no uniforme pueden ser un gradiente de temperatura, un cambio de fase, o lo que sucede normalmente, una combinación de ambos factores durante el enfriamiento. En la primera fase de enfriamiento, hasta el instante t1, las tensiones presentes se deben al gradiente de temperatura. La superficie, no poder contraerse libremente por impedírselo el centro, se encontrara sometido a una tracción en tanto que este estará sometido a una compresión.
