INSTITUTO TECNOLÓGICO DE QUERÉTARO




       LABORATORIO DE INGENIERÍA INDUSTRIAL




MANUAL DE OPERACIÓN HORNO DE RESIST...
HORNOS




DETRATAMIENTOS TÉRMICOS
Revisión Octubre 2008
ÍNDICE




INTRODUCCIÓN......................................................................................................
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INTRODUCCIÓN




       Para tener éxito en el funcionamiento y servicio de una her...
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HORNOS ELÉCTRICOS




Los hornos alimentados con energía eléctrica son de un uso muy ...
HORNO




Este horno puede ser empleado en una gran variedad de procesos industriales, tales como:



      1. Tratamiento...
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Charola




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   1. Descripción de función de cada parte:



       •   Switch de encendido del ho...
•   Polea: Ayuda en la apertura de la puerta del horno apoyado de un pistón neumático y
    un juego de cadenas.



•   Re...
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       •   Resistencias internas: ayuda a calentar el interior del horno .



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PRINCIPALES PROCESOS DE TRATAMIENTOS TERMICOS



PROCESOS PARA SUAVIZAR: mediante los...
PROCESOS PARA ENDURECER: son aquellos que producen en el acero un endurecimiento
en toda la sección de la pieza o dureza e...
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          o TEMPLE AL AGUA: El agua que se utiliza en el para el temple debe ser ag...
o   LOS ACEITES COMO MEDIO DE TEMPLE: Los aceites que se emplean en el
         temple se pueden clasificar en dos tipos:
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              más rápida. La temperatura optima que se debe mantener en un baño de te...
o TEMPLE AL AIRE: Todavía un enfriamiento mas moderado del que efectúa un
  aceite espeso (viscoso) es el aire. En lo refe...
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       •   Revenido: Reduce las tensiones internas de la pieza originadas por el te...
•   Cementación: Tratamiento térmico con el cual se aporta carbono a la superficie de
           una pieza de acero median...
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resistencia de 95 kg/mm2 especial para ser usado en piezas que deban soportar mucha f...
1. Indica un acero al carbono.


      2. Un acero al níquel.


      3. Un acero al cromo – níquel, etc.



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El cromo es el más grande elemento de aleación en aceros inoxidables y resistentes al
calor y en estos la cantidad usada d...
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MOLIBDENO



      El molibdeno aumenta considerablemente la profundidad de capa de...
Traje de asbesto: es un traje formado por pantalón, chaquetón y
     guantes hechos a base de asbesto.


     Nos ayuda a ...
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Zapatos de uso industrial: preferentemente con casquillo y suela antiderrapante, es ...
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La imagen anterior nos muestra la parte en la que se enciende el horno; cuenta con un...
En esta imagen podemos apreciar que se cuenta con una puerta en la parte posterior del horno
la cual se abre hacia arriba ...
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En esta lustración se aprecia el interior del horno el cual esta construido con materiales
refractarios.



Las paredes de...
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                                          OBJETIVOS




       •   El alumno aplica...
-   Medios de temple: Aceite de temple, agua, solución salina de agua, cal, placa metálica
            para enfriamiento a...
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   resistencia de 95 kg/mm2 especial para ser usado en piezas que deban soportar much...
enfriar     en


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                                      Compresor de aire.



   Para el encendido de...
Fig.1a) Switch                                Fig.1b) Válvula




2. Accionar switch de energización de la instalación del...
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                  Fig. 2 Switch de energización de tablero de control del horno.
  ...
Fig. 3 Brake de horno “RO”.
4. Accionar palanca de medición en posición “medir”, (fig. 4).




                        Fig...
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   5. Accionar palanca de selección en posición “RO”, (fig. 5).




                ...
Fig. 6 Botón de inicio.



7. Nivelar tornillo de ajuste para indicar la posición en la temperatura deseada, (fig. 7). Not...
Fig. 7 Tornillo de ajuste en display análogo de temperatura.




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Se deberá encender el Horno a la temperatura adecuada para temple. En este caso 840...
Durómetro Rockwell.



b) Seleccionar la escala a emplear para la medición Rockwell o Brinell, así como para
   determinar...
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Fig. (a). Probeta colocada sobre durómetro. e)
Colocamos el penetrador adecuado, de punta de diamante o de esfera, fig. (b...
Fig. (b) Penetrador de punta de diamante.




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 f) Aplicamos fuerza                                                           sobr...
g) Ajustamos las agujas del Durómetro en posición cero de la escala Rockwell (lado
  derecho), fig. (d).




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Fig. (e) Palanca de liberación de fuerza.
i) Observamos lectura de la carátula del durómetro, fig. (f).




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     j)   Retiramos probeta de durómetro y liberamos palanca de fuerza en la posici...
Fig. 8 Válvula de alimentación.



     Después esperamos unos segundos a que la presión se regule para poder abrir la pue...
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                                             Fig. 9 Switch.




El siguiente paso par...
Fig. 10 Pedal de accionamiento para abrir puerta de horno.



Este pedal tiene dos posiciones de accionamiento, las cuales...
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                                Fig. 11 Introducción de pieza el en horno.




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1Se saca una pieza del horno y
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. temple en agua.
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12. Se saca una pieza del
    horno y se aplica el
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DESPUÉS DEL TEMPLE




14. Se saca una pieza del horno y se coloca en un acharola en un lugar seguro para llevar a
    cab...
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15. Se apaga el horno y se
    deja dentro de el la
    pieza sobrante para
    llevar a cabo el recocido
    de la pieza....
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de Querétaro




   16.Se miden nuevamente las durezas de las 6 piezas anteriores.
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                          PIEZA                       DUREZA (RC)

                ...
ESCALA EMPLEADA EN EL DUROMETRO




17. Se enciende el horno y se calienta a una temperatura de 500 C.



18. Se introduce...
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   19.Se saca la                                                           pieza y
 ...
20.Se verifica la dureza de esta pieza.

                     PIEZA                           DUREZA (RC)

               ...
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MANTENIMIENTO POSIBLES
FALLAS Y SOLUCIONES EQUIPO
AUXILIAR


                   •  ...
inc
                           ip
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                       • Indicador de
               ...
Esta máquina de ensayo permitirá la
aplicación de la carga en forma
perpendicular a la superficie de la pieza,
además de p...
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                                     Para la escala C:



                         ...
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   Escala      Tipo     Color y situación de la                             Campo  ...
Compresor: es un mecanismo para obtener mas aire a mayor presión que la que se
   encuentra en la atmósfera, es necesario ...
Compresor




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APENDICES




                      CORRESPONDENCIA CON OTRAS NOMENCLATURAS


     ...
40 NiCrMo 4340     -
Ck18        1018     UHB11
                              73

Ck45        GB4      UHB45

            ...
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                     ANALISIS QUIMICO PROMEDIO AISI/SAE (%PESO)
                     ...
4320    0.20   0.20 0.55   0.50 1.80   0.25   200 / 14


     4340R   0.40   0.25 0.70   0.80 1.80   0.25   260 / 26


   ...
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                                 TRATAMIENTOS TERMICOS (°C)


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               CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES

       1...
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                      acabado estirado en frío, tortillería sin requerimientos
      ...
piñones, husillos, pernos, levas, tornillos opresores, etc.

     9840T   Acero templado y revenido para aplicaciones dire...
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DIAGRAMA HIERRO-CARBONO
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  1. 1. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE QUERÉTARO LABORATORIO DE INGENIERÍA INDUSTRIAL MANUAL DE OPERACIÓN HORNO DE RESISTENCIA ELÉCTRICA
  2. 2. HORNOS DETRATAMIENTOS TÉRMICOS
  3. 3. Revisión Octubre 2008
  4. 4. ÍNDICE INTRODUCCIÓN.............................................................................................................1 HORNOS ELÉCTRICOS.................................................................................................2 AJUSTES/ SEGURIDAD/ INSTALACION...................................................................15 OPERACIÓN DE EQUIPO............................................................................................18 MANTENIMIENTO........................................................................................................37 POSIBLES FALLAS Y SOLUCIONES..........................................................................37 EQUIPO AUXILIAR.......................................................................................................37 APENDICES....................................................................................................................40
  5. 5. Instituto Tecnológico de Querétaro INTRODUCCIÓN Para tener éxito en el funcionamiento y servicio de una herramienta o pieza, el diseñador debe tener conocimiento del uso de los materiales, seleccionando el que responda a las exigencias de servicio, aplicando el más económico sin descuidar la calidad y no olvidando que la forma de diseño es fundamental. En el presente trabajo se pretende mostrar un panorama general de la aplicación de los tratamientos térmicos a los aceros. Analizaremos los tratamientos térmicos más comunes como son: el recocido, el normalizado, el temple, el revenido, los procesos termo – químicos como la cementación y la nitruración.
  6. 6. 1
  7. 7. Instituto Tecnológico de Querétaro HORNOS ELÉCTRICOS Los hornos alimentados con energía eléctrica son de un uso muy extendido por su comodidad y fácil manejo. En la actualidad con los sistemas de programación que se incorporan son muy útiles y fiables. En las cámaras de estos hornos van alojadas, en unos surcos o vías de las paredes, unas espirales de hilo conductor de energía eléctrica, que actúan de resistencia formadas por aleaciones de cromo-níquel y de otros metales cuya característica es la buena conductibilidad, según las temperaturas que se quiera alcanzar. Calentamiento Las resistencias eléctricas están colocadas en los laterales, solera, fondo y puerta del horno (según modelos), e incorporadas a una masa de hormigón refractario, que las protege de golpes y rozaduras durante la carga y descarga. Los calefactores están ampliamente sobredimensionados para una larga vida. Son de hilo resistor de aleación Cr-Al-Fe y preparados para ser conectadas a la red de 230/400 V 2 ó 3 fases. Aislamiento El aislamiento se realiza mediante fibras minerales y cerámicas de baja masa térmica y gran poder calorífico, cuidadosamente dispuestas en estratos para reducir las perdidas de calor. La perfección en el aislamiento conseguido permite un ambiente fresco de trabajo y un extraordinario ahorro energético. DESCRIPCION E ILUSTRACION DE OPERACIONES QUE SE PUEDEN REALIZAR EN EL
  8. 8. HORNO Este horno puede ser empleado en una gran variedad de procesos industriales, tales como: 1. Tratamientos térmicos de los metales y de los polvos. 2. Secado a alta temperatura de productos varios. 3. Precalentamiento de resinas termoplásticas con alta temperatura de ablandamiento. 4. Cocido de esmaltes y óxidos. 5. Cocido de muelas con ligante vítreo. 6. Quemado. 7. Descerización de premoldeados quot;al verde”. 8. Cocido de pinturas encima del barniz en la porcelana, para artículos de fayenza y de gres. 2
  9. 9. Instituto Tecnológico de Querétaro Indicad o r de Encendido de indicador de temperatura temper atura I Indicado r de temperat
  10. 10. ura requ erida Caseta de control
  11. 11. S e l e c c i o n a d o r d e h o r n o
  12. 12. 3
  13. 13. Instituto Tecnológico de Querétaro Polea
  14. 14. Regulador de flujo de aire P R a P Pedal de para abrir y cerrar
  15. 15. 4
  16. 16. Instituto Tecnológico de Querétaro R R
  17. 17. Charola 5
  18. 18. Instituto Tecnológico de Querétaro 1. Descripción de función de cada parte: • Switch de encendido del horno RO: Al accionar este botón el horno comienza a trabajar abasteciendo de energía eléctrica al horno. • Caseta de control: En esta parte se encuentran todos los controladores del horno como son temperatura, tipo de horno entre otros. • Seleccionador de horno: debido a que la caseta de controladores es para varios tipos de hornos es necesario tener este botón que nos permite seleccionar el tipo de horno que se va a usar. • Seleccionador de medición: • Indicador de temperatura: Nos indica la temperatura a la que se necesita para llevar a cabo el tratamiento y así mismo nos muestra la temperatura real, cuando la temperatura es alcanzada el horno se apaga automáticamente pero nunca deja bajar la temperatura enciente cuando así se requiera. • Indicador de temperatura real: Indica la temperatura actual del horno en una escala de 0-1200 grados centígrados. • Indicador de temperatura requerida: Indica la temperatura que uno desea para llevar a cabo el tratamiento térmico en una escala de 0-1200grados centígrados. • Encendido de indicador de temperatura: Permite encender el indicador de temperatura para poder regularla y manejarla durante el tratamiento.
  19. 19. • Polea: Ayuda en la apertura de la puerta del horno apoyado de un pistón neumático y un juego de cadenas. • Regulador de flujo de aire: Abre el flujo de aire necesario para el uso correcto del pistón neumático. • Pedal de abrir y cerrar: Activa al pistón neumático que a su vez hace funcionar a la polea para poder abrir la puerta del horno o cerrarla, abre en el sentido de las manecillas del reloj y cierra en el lado contrario, para dejar de usarlo es necesario colocarlo exactamente en el centro. • Pistón neumático: Ayuda a jalar la puerta para su apertura ya que esta es muy pesada. • Regulador de presión de aire y aceite: 7
  20. 20. Instituto Tecnológico de Querétaro • Resistencias internas: ayuda a calentar el interior del horno . • Charola : Sobre ella se colocan las piezas que van a ser tratadas y generalmente es de acero. • Recubrimiento: se realiza mediante fibras minerales y cerámicas de baja masa térmica y gran poder calorífico, cuidadosamente dispuestas en estratos para reducir las perdidas de calor. La perfección en el aislamiento conseguido permite un ambiente fresco de trabajo y un extraordinario ahorro energético. 2. Descripción e ilustración de operaciones que puede realizar el equipo TRATAMIENTOS TERMICOS DEL ACERO DEFINICIÓN DE “TRATAMIENTOS TERMICOS” Es el proceso al que se someten los metales con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la tenacidad. Los materiales a los que se aplica tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro carbono.
  21. 21. ºC 2 1 3 seg 1.- Calentamiento (del metal en estado sólido). 2.- Permanencia (tiempo en el cual permanece caliente). 3.- Enfriamiento (brusco o lento). 8
  22. 22. Instituto Tecnológico de Querétaro PRINCIPALES PROCESOS DE TRATAMIENTOS TERMICOS PROCESOS PARA SUAVIZAR: mediante los procesos de suavizar se pretende dejar al material en su menor dureza, intenta liberar esfuerzos inherentes o producidos en operaciones previas, resultado en general de una estructura suave, los procesos para suavizar son los siguientes: • Relevado de esfuerzo • Recocido: Tiene como finalidad ablandar el acero. La temperatura de calentamiento está entre 600 y 700ºC. El enfriamiento es lento. • Normalizado: Se emplea para dar al acero una estructura y unas características que se consideran normales. Es previo al temple y revenido. Se calienta la pieza entre 55 y 85ºC para conseguir la transformación completa en austenita.
  23. 23. PROCESOS PARA ENDURECER: son aquellos que producen en el acero un endurecimiento en toda la sección de la pieza o dureza en el núcleo controlada o endurecimientos en la superficie con profundidad controlada. Los procesos utilizados son: • El temple: Se emplea para aumentar la dureza de los aceros, su resistencia a esfuerzos y tenacidad. Se calienta a 915ºC (en el cual la ferrita se convierte a austenita). Después la masa metálica se enfría rápidamente. Siempre se hace un revenido después, ya que se pretende la obtención de una estructura totalmente martensítica.
  24. 24. 9
  25. 25. Instituto Tecnológico de Querétaro o TEMPLE AL AGUA: El agua que se utiliza en el para el temple debe ser agua “blanda” que no este demasiado aereada, esto significa que no debe tener disuelto demasiado bióxido de carbono (CO2) y oxigeno, debe estar limpia, carente de turbidez y otras impurezas. El efecto enfriante del agua se puede controlar en limites pequeños de temperatura, la mas adecuada para el agua de temple es de 20 a 40 C (68 a 104 F), el agua demasiado fría templa bruscamente y un agua caliente templa perceptiblemente moderado. Para disminuir el efecto de enfriamiento brusco del agua, se tienen varios tipos de compuestos que ayudan a tener durante el temple un efecto moderado, por ejemplo la adición de agua de cal, agua jabonosa, glicerina, pectina soluble, etc. l temple al agua se usa para aquellos aceros que es necesario un temple violento se usa para aceros de bajo contenido de carbono, para piezas de secciones gruesas con contenido medio de carbono de grano fino, para aceros de bajo contenido de elementos aleantes y para aceros de alto porcentaje de contenido de elementos aleantes en piezas de secciones gruesas, para aceros sensibles a fracturas no se usa el temple al agua.
  26. 26. o LOS ACEITES COMO MEDIO DE TEMPLE: Los aceites que se emplean en el temple se pueden clasificar en dos tipos: aceites convencionales y aceites rápidos. Un aceite de temple convencional es aquel que no contiene aditivos que alteren sus características de enfriamiento. Los aceites son fracciones producidas por la destilación de aceites crudos según sus viscosidades, alrededor de 100 sus 37º C. Los aceites de temple rápido son porciones de menor viscosidad y contienen aditivos desarrollados especialmente cuyo efecto sobre las características de enfriamiento del aceite es proveer una velocidad de enfriamiento 10
  27. 27. Instituto Tecnológico de Querétaro más rápida. La temperatura optima que se debe mantener en un baño de temple de aceite puede ser influenciada por los factores: • El punto de inflamación del aceite. • Requerimientos de limpieza. • Control de la distorsión. • Requerimiento de dureza. La temperatura del aceite debe estar 65º C por debajo de su punto de inflamación a la hora del temple, esto por razones de seguridad los aceites de temple deben mantener la característica de no manchar la superficie de las piezas.
  28. 28. o TEMPLE AL AIRE: Todavía un enfriamiento mas moderado del que efectúa un aceite espeso (viscoso) es el aire. En lo referente a la templabilidad se hablo que algunos aceros altamente aleados tienen tan pequeño el limite superior de velocidad de enfriamiento que la martensita se forma durante un enfriamiento lento, durante el enfriamiento es necesario ya sea el aire calmado o corriente de aire que puede ser suministrado por un ventilador o por compresores. En ciertos casos el chorro de aire se dirige con aditamentos en forma de regaderas o tubería perforada, etc. El aire al igual que los otros medios para mejorar efectividad debe de cubrir uniformemente toda la pieza.
  29. 29. 11
  30. 30. Instituto Tecnológico de Querétaro • Revenido: Reduce las tensiones internas de la pieza originadas por el temple. Reduce la fragilidad, disminuyendo ligeramente la dureza. Se calienta entre 150-500ºC. El enfriamiento es al aire o en aceite. El calentamiento es en horno de sales. En esta fase la martensita expulsa el exceso de carbono.
  31. 31. • Cementación: Tratamiento térmico con el cual se aporta carbono a la superficie de una pieza de acero mediante difusión, modificando su composición, es utilizado para conservar las cualidades del acero que se le dan con el templado y revenido. Consiste en recubrir las partes a cementar de una materia rica en carbono llamada cementante y someterla durante varias horas a altas temperaturas (1000ºC). El enfriamiento es lento y se hace necesario un tratamiento térmico posterior. • Nitruración: Es un tratamiento termoquímico, dado que se modifica la composición del acero incorporando nitrógeno, dentro del proceso de tratamiento térmico. Proporciona dureza superficial a las piezas, por absorción de nitrógeno mediante el calentamiento en una atmósfera de nitrógeno. CARACTERÍSTICAS Y USOS Acero para piezas de maquinaria de uso general que deban ser templadas y revenidas como: flechas de transmisión y engranes, asimismo piezas y flechas que por su tamaño no puedan templarse, este acero es nitrurable para alcanzar altas durezas superficiales, recomendable para herramientas de equipos para vaciado de aleaciones de estaño, plomo y zinc. Este material puede ser suministrado en estado recocido o tratado, recocido con una dureza aproximadamente de 180 – 217 Brinell, tratado de 300 –320 Brinell, este último con una 12
  32. 32. Instituto Tecnológico de Querétaro resistencia de 95 kg/mm2 especial para ser usado en piezas que deban soportar mucha fatiga y sin necesidad de someter a ningún tratamiento. Tratamiento Térmico PARA ºC ºF Forjar 850 – 1050 1560 - 1920 Recocer: 650 - 700 1200 – 1290 Templar: 830 - 850 1525 – 1560 enfriar en el horno Revenir: 530 - 670 986 - 1238 al aceite CLASIFICACION DE LOS ACEROS. NORMAS Y CLASIFICACIONES AISI Y SAE Las especificaciones para los aceros representan los resultados del esfuerzo conjunto de la American Iron And Steel Institute (AISI) y la Society Of Automotive Engineers (SAE) en un programa de simplificación destinado a lograr mayor eficiencia para satisfacer las necesidades de acero en la industria. Para cada acero se utiliza un número formado por cuatro o cinco dígitos, el primero de los dígitos indica el grupo a que pertenece el acero, así por ejemplo tenemos que:
  33. 33. 1. Indica un acero al carbono. 2. Un acero al níquel. 3. Un acero al cromo – níquel, etc. En el caso de los aceros de aleación simple, el segundo digito implica el porcentaje aproximado del elemento predominante en la aleación, los dos o tres últimos dígitos indican el contenido de carbono. Así una designación 9840 típica de un acero tiene el siguiente significado: 98: aceros al alto Ni-Cr-Mo 0.85-1.15 % Ni, 0.70-0.90 %Cr, 0.20-0.30 % Mo 40: 40 puntos de Carbono, 0.38-0.43 % C Para efecto de practicidad hemos incluido algunas especificaciones de acero aleado representativo. 13
  34. 34. Instituto Tecnológico de Querétaro NUM AISI %C %Mn %Ni %Cr %Mo NUM SAE TIPO E9310 0.08-0.13 0.45-0.65 3-3.50 1.00-1.40 0.08-0.15 9310 aceros al alto 9840 0.38-0.43 0.70-0.90 0.85-1.15 0.70-0.90 0.20-0.30 9840 Cr-Ni-Mo 9850 0.48-0.53 0.70-0.90 0.85-1.15 0.70-0.90 0.20-0.30 9850 EFECTOS DE ESTOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN LOS ACEROS NIQUEL Es el mas común de todos los elementos aleantes, es agregado para el propósito de aumentar el esfuerzo, la ductibilidad, respondiendo al tratamiento térmico, las cantidades usadas generalmente son 1 a 5 % en aceros con alto contenido de Ni (15%) dan ciertos tipos de aceros inoxidables. Las adiciones del 40% se producen aleaciones para resistir las altas temperaturas. En aceros tratados térmicamente, el Ni aumenta la resistencia y la ductibilidad, las aleaciones de acero al Ni tienen gran resistencia al impacto en bajas temperaturas, además de que este elemento es un restabilizador de la austenita. En combinación en el cromo, el níquel produce aceros aleados con gran templabilidad, alta resistencia al impacto y la fatiga, además con elevada proporcionalidad elástica. CROMO La adición de cromo al acero corresponde al tratamiento térmico, aumentando la dureza y profundidad de penetración dando resistencia a la abrasión y al desgaste.
  35. 35. El cromo es el más grande elemento de aleación en aceros inoxidables y resistentes al calor y en estos la cantidad usada de cromo será desde 5 a 40%. Cuando en la composición del acero se encuentra presente alto contenido de cromo y se desea efectuar un temple, es necesario tomar en cuenta que debe mantenerse a temperatura de temple al tiempo requerido para disolver los carburos de cromo que son los que endurecen al material. Es usado con el níquel para dar ductibilidad al acero teniendo optimas propiedades mecánicas. Tiene buenas características de corte y además es usado ampliamente en aceros para herramientas en cantidades desde 0.25% a 12%. 14
  36. 36. Instituto Tecnológico de Querétaro MOLIBDENO El molibdeno aumenta considerablemente la profundidad de capa de dureza y también aumenta la elasticidad en los aceros que han sido sometidos al tratamiento térmico, los aceros al molibdeno en condiciones de temple requieren una alta temperatura de revenido para obtener el mismo grado de suavidad comparado con los aceros al carbono o aleados. El molibdeno ayuda al acero a retener el esfuerzo a altas temperaturas y es una importante medida de seguridad a los altos esfuerzos de desgaste. El efecto de la aleación de molibdeno es muy pronunciado y por lo tanto se agrega en cantidades pequeñas y generalmente en combinación con otros elementos aleantes en contenidos de 0.15 a 0.30% de molibdeno muestran susceptibilidad a la fractura durante el revenido. AJUSTES/ SEGURIDAD/ INSTALACION Equipo de protección personal: Pinzas: Instrumento metálico de dos ramas generalmente que se emplea para coger, sujetar, atraer o comprimir. Cuando son muy robustas se denominan también fórceps. Son de gran ayuda para no tener contacto con las altas temperaturas generadas por el horno.
  37. 37. Traje de asbesto: es un traje formado por pantalón, chaquetón y guantes hechos a base de asbesto. Nos ayuda a mantener el cuerpo a su temperatura normal y evitar cualquier daño producido por las altas temperaturas. 15
  38. 38. Instituto Tecnológico de Querétaro Zapatos de uso industrial: preferentemente con casquillo y suela antiderrapante, es posible que no se sujete bien la pieza y esta caiga y golpee los pies de la persona que realiza el tratamiento y al mismo tiempo se usan materiales como el aceite de temple, que fuera de su lugar puede ocasionar un accidente. Guantes de asbesto: Los guantes, mitones, manoplas se impone usarse en operaciones que involucre manejo de material caliente. Los elaborados en telas metálicas son aquellos que se usan en trabajos como soldadura en grandes cantidades y en trabajo de manejo de metales en estado de fundición. Además de usar los demás dispositivos de protección personal. Protección de cara y ojos: Capuchones, esta realizado de material especial de acuerdo al uso, por medio del cual se coloca una ventana en la parte delantera, la cual le permite observar a través de dicha ventana transparente lo que esta haciendo, el empleo de este tipo de capuchones se usa en operaciones donde intervengan el manejo de productos químicos altamente cáusticos, exposición a elevadas temperaturas, etc. 1) DESCRIPCIÓN DE FUNCIÓN DE CADA PARTE
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  40. 40. Instituto Tecnológico de Querétaro La imagen anterior nos muestra la parte en la que se enciende el horno; cuenta con un botón el cual se debe poner hacia arriba para encenderlo después de ello es necesario mover la palanca de la parte izquierda hacia la izquierda donde dice controlar la segunda palanca se mueve hacia donde este el nombre del horno, en la parte superior donde se muestra una escala de temperaturas se tiene un botón que también debemos mover para encenderlo y por ultimo se mueve otro botón la flecha que esta en la parte inferior de la escala de color verde a la temperatura que se desea obtener.
  41. 41. En esta imagen podemos apreciar que se cuenta con una puerta en la parte posterior del horno la cual se abre hacia arriba bajo presión de aire, es una puerta que se mantiene herméticamente cerrada cuando no se trabaja o cuando se pretende calentar algún material, en la parte lateral derecha se encuentra un pedal con el cual es posible manejar la puerta, es decir, abrirla y cerrarla; cuando el pedal se presiona al frente la puerta abre y cuando es presionado para atrás se cierra la puerta. Cuenta con un orificio la puerta por el cual se puede apreciar lo que se mantiene en el interior. En la parte posterior-superior se encuentra una llave que permite el paso del aire que se requiere para abrir la puerta o cerrarla, esta llave es alimentada por un compresor que se cuenta en el taller. En el techo se ubica un agujero por donde salen los gases de la cámara.
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  43. 43. Instituto Tecnológico de Querétaro
  44. 44. En esta lustración se aprecia el interior del horno el cual esta construido con materiales refractarios. Las paredes de la misma están hechas de placas de chamota, planchas de carborundo y/o manta de material aislante. Cuando se carga la mufla los objetos se estiban por medio de planchas de chamota o de acero especial para hornos cerámicos y tubos de arcilla de chamota cocidos. En este interior que apreciamos se coloca el material que se trabajara, por la misma temperatura con la que se cuenta este interior se encuentra al rojo vivo. OPERACIÓN DE EQUIPO Se ejemplificara con una práctica el funcionamiento del horno. Practica:
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  46. 46. Instituto Tecnológico de Querétaro OBJETIVOS • El alumno aplicara sus conocimientos teóricos en el horno de resistencia eléctrica del ITQ (Mufla) al llevar a cabo una practica en el acero SAE 9840 • Comprobara la teoría ya estudiada de las características y procedimientos de tratamientos térmicos, para dicho acero. • Será capaz de diseñar un sistema de práctica similar, para cualquier otro acero al que desee dar algún Tratamiento térmico. Maquinaria y equipo: - Horno eléctrico tipo Mufla. - Durómetro. - Compresor para alimentación de instalación neumática. - Tina de aceite. - Tina de agua. - Contenedores de agua y solución de agua.
  47. 47. - Medios de temple: Aceite de temple, agua, solución salina de agua, cal, placa metálica para enfriamiento al aire. - Equipo de protección personal (traje de asbesto). - Equipo de protección complementario (zapatos de seguridad, guantes de asbesto o carnaza). - Pinzas de sujeción ANTECEDENTES Dada la investigación y desarrollo previo, tenemos los datos adecuados para llevar a cabo la práctica. Estos son: ACERO A EMPLEAR: SAE 9840 DEFINICION: Acero grado maquinaria al Cromo-Níquel-Molibdeno de buen rendimiento. Sus elementos de aleación debidamente balanceados lo hacen de buena resistencia a la fatiga. Acero para piezas de maquinaria de uso general que deban ser templadas y revenidas como: flechas de transmisión y engranes, asimismo piezas y flechas que por su tamaño no puedan templarse, este acero es nitrurable para alcanzar altas durezas superficiales, recomendable para herramientas de equipos para vaciado de aleaciones de estaño, plomo y zinc. Este material puede ser suministrado en estado recocido o tratado, recocido con una dureza aproximadamente de 180 – 217 Brinell, tratado de 300 –320 Brinell, este último con una 19
  48. 48. Instituto Tecnológico de Querétaro resistencia de 95 kg/mm2 especial para ser usado en piezas que deban soportar mucha fatiga y sin necesidad de someter a ningún tratamiento. TRATAMIENTOS TERMICOS RECOMENDADOS: Revenir: PARA ºC ºF 670 1238 850 – 1560 - Forjar 1050 1920 650 - 1200 – Recocer: 700 1290 830 - 1525 – Templar: 850 1560 530 - 986 -
  49. 49. enfriar en el horno al aceite TEMPLE Precalentar : De 4 a 5 horas previamente. Temple (Austenización) 830-860°C (1530-1580°F) - 1 hora por 1 pulgada de sección más 15 minutos por cada pulgada adicional. Enfriamiento Al aceite. Revenir 530-670°C - Debe llevarse a cabo inmediatamente después del temple de preferencia. Además frecuentemente se debe dar doble revenido con un tiempo de permanencia de 2 horas en cada revenido. 1. Encender compresor.
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  51. 51. Instituto Tecnológico de Querétaro Compresor de aire. Para el encendido del compresor primero será necesario accionar el switch de encendido localizado al costado izquierdo del compresor empotrado en la pared en la parte superior, como se muestra en la (fig. 1a), enseguida se deberá abrir la válvula de salida amarilla ubicada arriba al costado izquierdo del compresor, para habilitar la salida de aire de la instalación (fig. 1b).
  52. 52. Fig.1a) Switch Fig.1b) Válvula 2. Accionar switch de energización de la instalación del horno ubicado al costado derecho del tablero de control del horno, de modo que este en la posición mostrada en la (fig. 2).
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  54. 54. Instituto Tecnológico de Querétaro Fig. 2 Switch de energización de tablero de control del horno. 3. Accionar brake de horno “RO” en posición “ON” (Fig. 3).
  55. 55. Fig. 3 Brake de horno “RO”. 4. Accionar palanca de medición en posición “medir”, (fig. 4). Fig. 4 Palanca de medición en posición medir.
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  57. 57. Instituto Tecnológico de Querétaro 5. Accionar palanca de selección en posición “RO”, (fig. 5). Fig. 5 Palanca de selección en posición “RO”. 6. Accionar botón de inicio en posición “ON”. (fig. 6).
  58. 58. Fig. 6 Botón de inicio. 7. Nivelar tornillo de ajuste para indicar la posición en la temperatura deseada, (fig. 7). Nota: El indicador rojo mostrara la temperatura deseada y cuando el verde coincida con este habremos alcanzado tal temperatura.
  59. 59. Fig. 7 Tornillo de ajuste en display análogo de temperatura. 23
  60. 60. Instituto Tecnológico de Querétaro Se deberá encender el Horno a la temperatura adecuada para temple. En este caso 840 C. Con una anticipación de aproximadamente 4 horas. Una vez realizado este procedimiento, habremos encendido y preparado el horno para realizar el calentamiento del material una vez alcanzada la temperatura deseada. Mientras tanto aprovecharemos este tiempo de calentamiento del horno para realizar la medición del grado de dureza del material en el laboratorio de Ing. Mecánica, utilizando el durómetro. 8. Medir dureza del trozo de acero en verde. Para realizar esta actividad se explicara el proceso de medición de dureza empleando los componentes que implican el uso del durómetro. a) Conectar el cable de energía del durómetro, ubicado en la parte inferior del mismo.
  61. 61. Durómetro Rockwell. b) Seleccionar la escala a emplear para la medición Rockwell o Brinell, así como para determinar la carga a la que se expondrá la probeta (pieza de acero). c) Una vez determinada la carga se coloca el volante de selección de cargas ubicado en el costado derecho del durómetro en la posición determinada. d) Colocamos la probeta sobre el Durómetro de Rockwell directamente en la base de pruebas, (fig. (a)). 24
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  63. 63. Fig. (a). Probeta colocada sobre durómetro. e) Colocamos el penetrador adecuado, de punta de diamante o de esfera, fig. (b).
  64. 64. Fig. (b) Penetrador de punta de diamante. 25
  65. 65. Instituto Tecnológico de Querétaro f) Aplicamos fuerza sobre la probeta (penetrador sobre ella), girando el volante del tornillo de ajuste, hasta que quede apretada fig. (c). Fig. (c) Giro de volante de tornillo de ajuste.
  66. 66. g) Ajustamos las agujas del Durómetro en posición cero de la escala Rockwell (lado derecho), fig. (d). Fig. (d) Ajuste de aguja en cero. h) Liberamos la palanca de carga ubicada en el costado superior derecho del durómetro, en la posición mostrada en Fig. (e).
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  69. 69. Fig. (e) Palanca de liberación de fuerza. i) Observamos lectura de la carátula del durómetro, fig. (f). Fig. (g) Lectura de dureza.
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  71. 71. Instituto Tecnológico de Querétaro j) Retiramos probeta de durómetro y liberamos palanca de fuerza en la posición inicial. k) Apagamos el durómetro desconectándolo del cable de corriente. Nota: Una vez que hemos obtenido la medición de dureza, lo siguiente es esperar que el horno alcance la temperatura deseada, entonces seguimos con el procedimiento anterior. 9. El siguiente paso es abrir el horno, para lo cual se deberá abrir la válvula o llave de paso fig. (8), para alimentar el pistón neumático que acciona la puerta del horno para abrirla y cerrarla.
  72. 72. Fig. 8 Válvula de alimentación. Después esperamos unos segundos a que la presión se regule para poder abrir la puerta del horno, entonces accionamos el switch que se encuentra en la parte lateral derecha del horno fig. (9), para energizar la instalación de arranque para el pistón que se encarga de abrir y cerrar la puerta del horno. 28
  73. 73. Instituto Tecnológico de Querétaro Fig. 9 Switch. El siguiente paso para abrir el horno es accionar el pedal que esta abajo en la parte lateral derecha del horno (fig. 10).
  74. 74. Fig. 10 Pedal de accionamiento para abrir puerta de horno. Este pedal tiene dos posiciones de accionamiento, las cuales son para abrir y cerrar el horno. En la posición de arriba estaremos abriendo el horno y la de abajo la accionaremos para cerrarlo. 10. Introducir la pieza: Para introducir la pieza debemos abrir el horno como ya los explicamos en el paso anterior, es necesario tenerla lista en posición para sostenerla con las pinzas e introducirla. fig 11. Importante es el uso del equipo de seguridad para evitar accidentes debido al calor excesivo de l horno.
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  76. 76. Instituto Tecnológico de Querétaro Fig. 11 Introducción de pieza el en horno. Se deberá de espera 1 hora. (Aproximadamente 1 hrs por cada pulgada de diámetro). Una vez que se ha cumplido el tiempo de exposición de la pieza en el horno, el siguiente paso es sacar la pieza. 11. Se saca una pieza del horno y se aplica el temple en aceite. Introduciendo la pieza en el medio y agitando vigorosamente.
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  78. 78. Instituto Tecnológico de Querétaro 1Se saca una pieza del horno y 2se aplica el . temple en agua. Introduciendo la pieza el medio y e agitando n vigorosamente. DE SP UÉ S DEL TE MP
  79. 79. LE 12. Se saca una pieza del horno y se aplica el temple de agua con sal. Introduciendo la pieza en el medio y agitando vigorosamente DE SP UÉ S DEL TE
  80. 80. MP LE 13. Se saca una pieza del horno y se aplica el temple en cal. Se introduce, se tapa completamente y se deja ahí hasta que se enfrié completamente. 31
  81. 81. Instituto Tecnológico de Querétaro
  82. 82. DESPUÉS DEL TEMPLE 14. Se saca una pieza del horno y se coloca en un acharola en un lugar seguro para llevar a cabo el temple al aire libre. Ahí se deja hasta que se enfríe completamente.
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  85. 85. 15. Se apaga el horno y se deja dentro de el la pieza sobrante para llevar a cabo el recocido de la pieza. Verificarla hasta que se enfrié completamente el horno. 33
  86. 86. Instituto Tecnológico de Querétaro 16.Se miden nuevamente las durezas de las 6 piezas anteriores.
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  88. 88. Instituto Tecnológico de Querétaro PIEZA DUREZA (RC) Pieza para temple en 40 aceite Pieza para temple en agua 40 Pieza para temple en agua 40.1 con sal Pieza para temple al aire 38 libre Pieza para temple en cal 37 Pieza para recocido 36.5
  89. 89. ESCALA EMPLEADA EN EL DUROMETRO 17. Se enciende el horno y se calienta a una temperatura de 500 C. 18. Se introduce la pieza que sufrió el temple en aceite, nuevamente al horno. Se mantiene ahí durante 1 hora y 15 minutos (datos calculados según la información teórica) Si la pieza tiene un diámetro de 1plg y se debe dar el revenido a 30 minutos por 10mm, ese es el tiempo adecuado aproximadamente.
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  91. 91. Instituto Tecnológico de Querétaro 19.Se saca la pieza y nuevamente se le aplica el temple en aceite. En la imagen anterior podemos observar la pieza que se obtuvo después de darle el tratamiento de revenido, enfriándolo nuevamente en aceite.
  92. 92. 20.Se verifica la dureza de esta pieza. PIEZA DUREZA (RC) Pieza para temple en aceite después del revenido.
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  94. 94. Instituto Tecnológico de Querétaro MANTENIMIENTO POSIBLES FALLAS Y SOLUCIONES EQUIPO AUXILIAR • Una manill a girator ia para elevar Durometr el o: sop ort e rígi do, que ade má s per mit e la apli • Un cac soporte ión plano de de acero lo la car ga suficiente inic mente ial . duro y rígido para prevenir su deformaci ón, el que se encontrará fijado simétrica mente debajo del penetrado r.
  95. 95. inc ip al. • Indicador de escala. • U n a p a Un indicador l dial de dureza, a el cual esta • Tornillo n c diseñado para regulador de escala, a medir la profundidad l diferencial, la permite a lectura del dial ajustar la t maquina a la e corresponde a escala r la cifra de deseada. a dureza Rockwell l del tipo de ensayo p Rockwell a r realizado. a a p Cada indicación l en el dial o valor i de incremento c a de profundidad r del penetrador equivale a una l magnitud de a 0,002 mm y representa una c unidad de a dureza. Este r g dispositivo a deberá indicar la carga con un p error máximo de r 1 %.
  96. 96. Esta máquina de ensayo permitirá la aplicación de la carga en forma perpendicular a la superficie de la pieza, además de permitir la manutención de la carga de trabajo durante el tiempo especificado de manera constante. Penetradores: Para la escala B: Se utiliza un penetrador esférico de acero templado y de una superficie finamente pulida. El diámetro de la esfera será de 1,588 mm ± 0,0035 mm, útil también para las escalas F, G, T-15, T-30 y T-45. 37
  97. 97. Instituto Tecnológico de Querétaro Para la escala C: Se utiliza un penetrador de forma cónica y con punta de diamante, el ángulo en el vértice del cono será de 120º y la terminación del cono será de forma casquete esférico, con un radio de 0,2 mm ± 0,002 mm. Este tipo de penetrador se emplea también para los ensayos en escala A y D.
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  99. 99. Instituto Tecnológico de Querétaro Escala Tipo Color y situación de la Campo Carga Carga de Tipo de de escala donde se hace la penetrador Rockwell ensayo lectura Validez inicial total B Normal Rojo Dentro Bola de acero 35 a 100 10 Kp 100 de 1,588 mm HRB Kp Cónico de C Normal Negro Fuera Diamante 20 a 71 10 Kp 150 HRC Kp de 120º Tinas: Son utilizadas para la contención del aceite, agua, solución salina, son de acero y deben tener el tamaño suficiente para ingresar las piezas.
  100. 100. Compresor: es un mecanismo para obtener mas aire a mayor presión que la que se encuentra en la atmósfera, es necesario para la activación del pistón neumático. Controles eléctricos Válvula de apertura
  101. 101. Compresor 39
  102. 102. Instituto Tecnológico de Querétaro APENDICES CORRESPONDENCIA CON OTRAS NOMENCLATURAS 4340R 4340 SNCM 447 1018 1018 S 18 C 1045 1045 S 45 C 4340T 4340 - 1060 1060 S 58 C 5160 5160 SUP9 (A) 12L14 - 12L14 8620 8620 SNCM 220 (H) 1213 1213 SUM 22 LEVINSON AISI/SAE JIS LEVINSON AISI/SAE JIS 4140R 4140 SCM 440 9840R 9840 - (H) 4140T 4140 - 9840T 9840 - 4320 4320 -
  103. 103. 40 NiCrMo 4340 - Ck18 1018 UHB11 73 Ck45 GB4 UHB45 - 4340T - Ck60 GB-6 760 50 Cr 3 9 SMnPb 36 12L14 - 5160 - 9 SMn 28 1213 - 27 NiCrMo EX8 8620 2 DIN CARTECH UDDELHOM DIN CARTECH UDDELHOM 42 CrMo 4 TCM04 709 36 CrNiMo TX-10 705 - TCMO4T 709T 4 - EX-17 7210 - TX-10T 705T 40
  104. 104. Instituto Tecnológico de Querétaro ANALISIS QUIMICO PROMEDIO AISI/SAE (%PESO) Dureza de entrega máxima; Brinell (Bn) / Rockwell C (Rc) BN/R C Si Mn Cr Ni Mo W V OTROS C ESTOS ANALISIS PODRAN TENER PEQUNAS VARIACIONES CON RESPECTO AL ANALISIS DE LAS OTRAS NOMENCLATURAS 1018 0.20 0.75 0.18 200 / 14 1045 0.45 0.25 0.75 206 / 15 1060 0.60 0.25 0.75 220 / 18 12L14 0.14 1.00 0.3 S/ 0.25 200 / 14 Pb 1213 0.13 0.85 0.1 P /0.28 200 / 14 max. S 4140R 0.40 0.25 0.90 0.95 0.20 230 / 20 4140T 0.40 0.25 0.90 0.95 0.20 330 / 36
  105. 105. 4320 0.20 0.20 0.55 0.50 1.80 0.25 200 / 14 4340R 0.40 0.25 0.70 0.80 1.80 0.25 260 / 26 4340T 0.40 0.25 0.70 0.80 1.80 0.25 330 / 36 5160 0.60 0.20 0.85 0.80 220 / 18 8620 0.20 0.25 0.80 0.50 0.55 0.20 200 / 14 9840R 0.40 2.25 0.70 0.80 1.00 0.25 230 / 20 9840T 0.40 0.25 0.70 0.80 1.00 0.25 330 / 36 41
  106. 106. Instituto Tecnológico de Querétaro TRATAMIENTOS TERMICOS (°C) TEMPLADO ENFRIAMIENTO REVENIDO 1018 845 cementar 925 500-600 1045 820-860 aceite/agua 300-650 1060 815-850 aceite/agua 450-660 12L14 - - - 1213 - - - 4140R 830-850 aceite 500-600 4140T - - - 4320 870-925 cementar 870-925 150-200 4340R 820-860 aceite 425-650 4340T - - - 5160 820-860 aceite 500-650 8620 - cementar 870-925 200 9840R 820-860 aceite 200-500
  107. 107. 9840T - - - CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES 1018 Acero no aleado de cementación para uso en partes de maquinaria. Acero estirado en frío. Piñones, tornillos sin fin, pernos de dirección, pernos de cadena, etc. 1045 Acero no aleado empleado en flechas y partes de maquinaria. Adecuado para el temple superficial, flechas, piñones, engranes, pernos, tornillos, semiejes, ejes, cigüeñales, etc. 1060 Acero para uso de construcción de maquinaria. Con adecuada respuesta al temple, resistencia al desgaste, discos de embrague, ejes de transmisión, portaherramientas, etc. 1214 Acero con adiciones de plomo con excelente maquinabilidad. Empleado en tornos automáticos para alta producción (estirado en frío). Bujes, conexiones de mangueras hidráulicas, tortillería, etc. 1213 Acero con adiciones de fósforo y azufre, de libre maquinado empleado en tornos automáticos para alta producción con 42
  108. 108. Instituto Tecnológico de Querétaro acabado estirado en frío, tortillería sin requerimientos mecánicos, etc. 4140R Piezas que requieren elevada resistencia de tracción y alta tenacidad, cigüeñales, engrandes de transmisión, ejes, bielas, porta insertos, partes para bombas, etc. 4140T Acero templado y revenido para aplicaciones directas, ya con dureza de trabajo. 4320 Acero al Cr-Ni-Mo, para piezas de dimensiones medias con resistencia y tenacidad elevadas después de cementadas y templadas, engranes, coronas, piñones, uniones universales, etc. 4340R Acero al Cr-Ni-Mo, recocido de alta templabilidad adecuado para flechas y engranes de grandes secciones donde se requiere alta ductilidad y resistencia al choque, flechas de transmisión, cuchillos, punzones, etc. 4340T Acero templado y revenido para aplicaciones directas, ya con dureza de trabajo. 5160 Acero al Cr, con buena templabilidad y tenacidad para muelles y resortes automotrices, ejes, engranes, etc. 8620 Acero para piezas que requieren alta dureza superficial y núcleo tenaz mediante cementación y carbonitruración, es el de mayor uso en la fabricación de engranes, piñones, satélites, planetarios, etc. 9840R Acero al Cr-Ni-Mo, de fácil temple para fabricación de partes sujetas a gran esfuerzo de fatiga, engranes, sinfines, flechas,
  109. 109. piñones, husillos, pernos, levas, tornillos opresores, etc. 9840T Acero templado y revenido para aplicaciones directas, ya con dureza de trabajo. 43
  110. 110. Instituto Tecnológico de Querétaro DIAGRAMA HIERRO-CARBONO
  111. 111. 44

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