TRATAMIENTOS DE LOS MATERIALES

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TEMA PARA LA MATERIA DE INGENIERÍA DE MATERIALES...t/t

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TRATAMIENTOS DE LOS MATERIALES

  1. 1. TRATAMIENTOS DE LOS MATERIALES Tratamientos térmicos Tratamientos termoquímicos Tratamientos mecánicos PROFESOR: MIGUEL ANGEL CASTRO RAMÍREZ
  2. 2. INDICE • TIPOS DE TEMPLE • Temple continuo completo.• ¿Qué es un tratamiento térmico? • Temple continuo incompleto.• ¿Qué es un tratamiento termoquímico? • Temple martempering. • Temple austempering.• Referentes de temperaturas en los tratamientos • Temple superficial.• Fundamento de los tratamientos térmicos • REVENIDO • RECOCIDO• Constituyentes metaestables de los aceros • RECOCIDO: Tipos. • Martensita • Recocido de regeneración • Bainita • Recocido globular • Troostita • Recocido de ablandamiento• Resumen: velocidad de enfriamiento -transformación. • Recocido de homogenización • Recocido de recristalización (ºC/sg) • Recocido isotérmico• Finalidad de los tratamientos térmicos • NORMALIZADO• Factores comunes a los tratamientos térmicos. • TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS • Calentamiento • CEMENTACIÓN • Velocidad de calentamiento • Proceso de cementación • Tiempo de permanencia • NITRURACIÓN• TRATAMIENTOS TÉRMICOS • Proceso de nitruración • ¿QUE ES EL TEMPLE? • CIANURACIÓN • Fundamento • Proceso de cianuración • Finalidad • CARBONITURACIÓN • Calentamiento • TRATAMIENTOS MECÁNICOS : FORJ • Temperaturas recomendadas • Tiempo de calent. y velocidad de enfriamiento • Medios de enfriamiento
  3. 3. ¿Qué es un tratamiento térmico? Son procesos técnicos que, mediante calentamientos y enfriamientos, producen cambios en las propiedades mecánicas de los materiales, es decir, aumentan la resistencia a la tracción y la dureza, sin alterar su composición química.
  4. 4. ¿Qué es un tratamiento termoquímico?  Son procesos técnicos que, mediante calentamientos, enfriamientos y cambios en la composición química de los materiales, provocan un aumento de la resistencia y la dureza de las superficie exterior de las piezas, manteniendo el núcleo de las mismas con las propiedades iniciales.
  5. 5. Referentes de temperaturas en los tratamientos Son las líneas de transformación de los constituyentes estables en el diagrama Fe-C (perlita, ferrita y cementita) – Ac3: ferrita – Acm: cementita – Ac1: perlita
  6. 6. Fundamento de los tratamientos térmicos El fundamento es obtener constituyentes metaestables, sometiendo a la austenita a un enfriamiento más rápido que el recogido en el diagrama Fe-C La velocidad de los constituyentes estables del diagrama Fe-C es de 50ºC/seg. Los constituyentes metaestables se obtienen por enfriamiento a velocidades superiores a 50ºC/seg.
  7. 7. Constituyentes metaestables de los aceros MARTENSITA: – Velocidad de enfriamiento de la austenita > 600ºC/seg. – Solución solida sobresaturada de hierro alfa y carbono. – Constituyente básico de los aceros templados.
  8. 8. Constituyentes metaestables de los acerosBAINITA: – Velocidad de enfriamiento de la austenita entre 275 y 500ºC/seg. – Formado por una mezcla difusa de ferrita y cementita.
  9. 9. Constituyentes metaestables de los aceros TROOSTITA: – Velocidad de enfriamiento de la austenita entre 50 y 200ºC/seg. – También puede obtenerse por transformación isotérmica de la austenita a temperaturas de 500 y 600 ºC. – Formado por una fina dispersión de cementita en hierro alfa.
  10. 10. Resumen: velocidad de enfriamiento -transformación. (ºC/sg) 600 500 275 200 50
  11. 11. Finalidad de los tratamientos térmicos  Alcanzar máxima dureza y resistencia.  Disminuir la acritud del trabajo en frío de los materiales.  Eliminar tensiones internas, debido a las deformaciones de la red atómica. – Aumentan dureza y fragilidad. – Mejorar la maquinabilidad y resistencia a agentes químicos.  Crear estructuras internas homogéneas. Estado en el que se encuentra un material cuando ha perdido su ductilidad y maleabilidad.
  12. 12. Factores comunes a los tratamientos térmicos. Calentamiento: Desde la temperatura ambiente hasta la deseada En los aceros su punto de partida es el constituyente estructural austenítico. En aceros desde Ac3 Acm Ac1
  13. 13. Factores comunes a los tratamientos térmicos. Velocidad de calentamiento: Debe producirse de forma que no se establezcan diferencias de temperatura entre la periferia y el núcleo. Debe evitarse calentamientos rápidos. La diferencia entre puntos equidistantes de una pieza transversalmente 25mm – 20ºC
  14. 14. Factores comunes a los tratamientos térmicos. Tiempo de permanencia: El necesario para la homogenización de la austenita. Es función de espesor, temperatura de calentamiento y composición del acero. Tamaño de grano lo más fino posible. Las transformaciones son más rápidas y homogéneas.
  15. 15. TRATAMIENTOS TÉRMICOSTempleRevenidoRecocidoNormalizado
  16. 16. ¿QUE ES EL TEMPLE? Tratamientotérmico que mediante calentamiento, mantenimiento y enfriamiento adecuado, transforma la austenita en martensita. ¿Es elevada la velocidad de enfriamiento?
  17. 17. TEMPLE: Fundamento Para templar una pieza se calienta hasta un temperatura superior a la crítica – manteniendo el tiempo suficiente hasta lograr la total transformación de la austenita- y enfriando rápidamente.
  18. 18. TEMPLE: Finalidad Aumentar la resistencia a tracción, dureza y elasticidad de los aceros. Disminuir plasticidad, tenacidad y alargamiento. Modificar: – Propiedades físicas: aumento del magnetismo y la resistencia eléctrica. – Propiedades químicas: aumento de la resistencia a la corrosión.
  19. 19. TEMPLE: Calentamiento Hipoeutectoides y eutectoides: solo austenita, destruyendo la ferrita que es blando. Hipereutectoides: austenita y cementita (es duro y aumenta la resistencia y dureza de la pieza).
  20. 20. TEMPLE: Temperaturas recomendadasHipoeutectoides: – Ac3 + 50ºC.Eutectoides: – Ac1 + 50ºCHipereutectoides: – Ac1 + 50ºC
  21. 21. TEMPLE:Tiempo de calentamiento y velocidad de enfriamiento Tiempo de calentamiento: – depende del espesor de la pieza. – Homogeneidad en la austenita (hipoeutectoides y eutectoides) – Homogeneidad en la austentita y cementita (hipereutectoides) Velocidad de enfriamiento: – Muy elevada. – Depende de la composición y tamaño de grano del acero.
  22. 22. TEMPLE: Medios de enfriamiento Agua: – Medio rápido y potente. Temple muy fuerte. – La temperatura del agua menor de 30 ºC – Las piezas deben agitarse dentro del agua para impedir que el vapor producido haga de aislante retrasando el enfriamiento. Para enfriar aceros al carbono. Aceite mineral: – Más lento que el agua. – Para temples suaves y uniformes. Metales y sales fundidas: – Para enfriamientos isotérmicos. Los metales fundidos más usados: Pb, Hg, Pb-Sn.
  23. 23. TIPOS DE TEMPLE  Vienendeterminados por el proceso de ejecución y la estructura final de los constituyentes. – Temple continuo: • Completo • Incompleto – Temple isotérmico: • Austempering • Martempering – Temple superficial.
  24. 24. Temple continuo completo. Aceros hipoeutectoides. Ac3 + 50º – Ferrita en Austenita Se enfría a una temperatura superior a la crítica. Se obtiene MARTENSITA COMO ÚNICO CONSTITUYENTE
  25. 25. Temple continuo incompleto. Aceros hipereutectoides. Ac1 + 50º – Perlita en Austenita y Cementita sin transformar Se enfría a una temperatura superior a la crítica. Se obtiene MARTENSITA MAS CEMENTITA COMO CONSTITUYENTES FINALES
  26. 26. Temple martempering. Se utiliza para aceros que por su forma irregular no aceptan el temple completo. Ac3 + 50º: austenita Enfriamiento brusco poco antes de Ms (antes de formarse la martensita). Se introduce en baño de sales hasta que toda la pieza adquiere la misma temperatura. Posteriormente se enfría rapidamente en agua hasta tª ambiente.
  27. 27. Temple austempering. Se utiliza para aceros que no aceptan el temple continuo. Es más efectivo para evitar grietas y deformaciones (aceros muy tenaces). Ac3 + 50º: austenita en hipereutectoides. Enfriamiento brusco poco antes de Ms (antes de formarse la martensita) sobre 450ºC Se introduce en baño de sales (isotérmica), transformando austenita en bainita (mucha tenacidad). Posteriormente se enfría rápidamente.
  28. 28. Temple superficial. Para templar solo la superficie del acero. Se obtienen piezas: – Superficie: • Duras y resistentes – Nucleo: • Tenaces. Se calienta solo la zona superficial convirtiéndola en austenita y luego se enfría bruscamente (martensita)
  29. 29. REVENIDO Mejora las características de las piezas templadas, eliminando tensiones y fragilidad producida en el temple. Se calienta las piezas templadas a una tª menor que la crítica y se enfrían al aire hasta tª ambiente. Realiza cambios en la martensita y austenita residual. Según tiempo de permanencia y temperatura, se transforma en constituyentes estables.
  30. 30. RECOCIDO Transforma los constituyentes metaestables de tratamientos y mecanizados en frío, en austenita, enfriando adecuadamente hasta convertirlo en constituyentes estables. El objeto de este tratamiento es ablandar y eliminar tensiones internas, pretendiendo aumentar plasticidad y disminuyendo la resistencia y dureza de las piezas.
  31. 31. RECOCIDO: Tipos. Lostipos de recocidos vienen determinados por la temperatura máxima de calentamiento. – Recocido de regeneración – Recocido globular – Recocido de ablandamiento – Recocido de homogenización – Recocido de cristalización o contra acritud – Recocido isotérmico.
  32. 32. Recocido de regeneración Se utiliza para afinar los granos que se producen por aceros sobrecalentados y destruir los efectos producidos por un mal templado. Ac3 + 50º = hipoeutectoides Acm + 50º = hipereutectoides Se enfrían en horno hasta 500º y continuando después al aire (estables).
  33. 33. Recocido globular Se utiliza para alcanzar el máximo ablandamiento en acero muy carburados (hipereutectoides). Temperatura entre Ac1 y Acm, transformándose en Austenita y Cementita. Se enfrían en horno hasta 500º y continuando después al aire (estables). El ablandamiento se produce cuando la perlita (globular) se une con partículas de cementita, formando esferas que se distribuyen entre la ferrita.
  34. 34. Recocido de ablandamiento Se utiliza para facilitar la mecanización en piezas, previamente templadas. Se calientan a una temperatura algo inferior a Ac1 eutectoides, Ac3 hipoeutectoides ó Acm hipereutectoides. Convierte los constituyentes del temple: martensita, bainita y perlita en austenita. Enfriando lentamente al aire los convierten en ferrita, cementita y perlita.
  35. 35. Recocido de homogenización Se utiliza para destruir las heterogeneidades químicas que se originan en la solidificación. Se calientan a una temperatura Ac3 + 200º. Se favorece la difusión de todos los elementos presentes. Enfriando lentamente en horno. Velocidad de enfriamiento más baja, mejor homogenización.
  36. 36. Recocido de recristalización Se utiliza para devolver a los aceros las características estables iniciales después de sometidos a deformaciones por trabajos en frío o caliente. Se calientan a una temperatura 500º C ó Ac1-50ºC. Enfriando lentamente en horno o al aire. Se obtienen estructuras cristalinas no deformadas, evitando acritud y aumentando elasticidad y tenacidad.
  37. 37. Recocido isotérmico Se utiliza para ablandar piezas que han sido forjadas en caliente y herramientas de alta aleación. Se calientan a una temperatura Ac1+50ºC. Se enfrían hasta una temperatura de 700 º C y manteniéndola hasta que toda la austenita se transforma en perlita. Posteriormente se enfrían a aire.
  38. 38. NORMALIZADO ZAR O Su finalidad es afinar la ZAD ALI estructura y eliminar tensiones ALI internas por tratamientos RM RM defectuosos, por mecanizado o NO forjado en frío o en caliente. NO SIN Mediante calentamiento a temperatura superior a Ac3 y manteniendo hasta austenización total se enfría al aire. Produce estructura homogénea, blanda y dúctil.
  39. 39. TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS Cementación Nitruración Cianuración Carbonitruración
  40. 40. CEMENTACIÓN Su finalidad es aumentar la cantidad de carbono en las capas más superficiales. Se aumenta la resistencia del material en la superficie, manteniendo la tenacidad del núcleo. Engranajes, ruedas, chapas de blindaje, etc.
  41. 41. Proceso de cementación1. Las piezas a cementar se introducen en una caja cubierta con la sustancia cementante (sólida, liquida o gaseosa).2. Se introduce al horno.3. Se calienta hasta 850-900 º C.4. Se convierte en austenita y por difusión el carbono es absorbido por el hierro gamma.5. Se deja enfriar lentamente.6. Y finalmente se somete a temple. – Proporciones de carbono: 0.5 a 0.9 – Espesores de capa cementada: 0.5 a 1.5 mm.
  42. 42. NITRURACIÓN Su finalidad es crear nitruros de hierro de elevada dureza en las capas más superficiales de las piezas. Los nitruros se encuentran en los espacios intercristalinos del acero (extraordinaria dureza). Se utiliza para piezas sometidas a desgaste, a corrosión o fatiga.
  43. 43. Proceso de nitruración1. Se introducen en hornos especiales, exponiéndolas a corrientes de amoniaco (500– 520ºC) durante 40 a 90 horas según espesor.2. El amoniaco se descompone formando nitrógeno atómico que es absorbido por el acero.3. No necesita tratamiento posterior de templado, aunque si al inicio del proceso.4. Frente a la cementación se consigue mejores características mecánicas. – Espesores de capa nitrurada: 0.2 a 0.8 mm.
  44. 44. CIANURACIÓNSu finalidad es crear aumentara la cantidad de carbono y nitrogeno en las capas superficiales de las piezas.Se consigue aumento de resistencia y dureza al desgaste.Se utiliza para pequeñas piezas de bajo contenido en carbono.
  45. 45. Proceso de cianuración1. Se introducen en un baño salino de cianatos y carbonato sódico, a temperatura de 850 ºC y durante 1 hora de permanencia.2. Durante el proceso, el cianuro se descompone en nitrógeno atómico y de los sales el carbono.3. Después de la cianuración se enfría al agua o al aire.4. Posteriormente se realiza un revenido.
  46. 46. CARBONITURACIÓNTratamiento que combina la cementación y nitruración.A 700 º con atmósfera de amoniaco, hidrocarburo y óxido de nitrógeno, durante varias horas.Para piezas de aceros ordinarios de poco espesor.
  47. 47. Tratamientos mecánicos: FORJA Calentada una pieza someterla a esfuerzos continuados de compresión. Enfriamiento al aire siendo mejor con calor residual. Mejora propiedades mecánicas por: – Afino del grano – Eliminación de defectos interiores – Formación de fibras por cambio de orientación por deformación.
  48. 48. FIN DEL TEMA Todo este estudio de los tratamientos nos permitirá un conocimiento exhaustivo de las características mecánicas de los materiales al utilizar uniones por soldadura (calor).

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