Generalidades de Los Metales-Ing III

8/17/2019 Generalidades de Los Metales-Ing III

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Universidad Nacional Federico Villarreal

Facultad de Oceanografía Pesquería, Ciencias Alimentarias y Acuicultura

ASIGNATURA: INGENERIA DE ALIMENTOS III

Practica: Generalidades sobre los metales y derivadosdel acero

DOCENTE:

In! "or!e Pare#a Meneses $TEORIA%

In!ra Nelly Ramos $PRA&TI&A%

INTEGRANTES:

Pere' (ilc)e' Albert "o)am

*+ilca &)+co ")on

*+is,e Pa)+ara Leandro

(illan+eva (alverde -ilmmer


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Miraflores, 4 de mayo del 2016

INTRODUCCION.

En el presente trabajo se aborda el tema de composición de los metales en general y elaprendizaje de los tratamientos térmicos efectuados a materiales ferrosos como aceros yfundiciones. Los tratamientos térmicos se pueden definir como aquellos procesos por medio delos cuales se pueden obtener las propiedades deseadas (y estas dependen a la vez de lamicroestructura y del tipo de material), en una pieza con ayuda de la temperatura y de unavelocidad de enfriamiento adecuada de las piezas. Los tratamientos térmicos se puedenclasificar en a) convencionales y b) termoqu!micos, los primeros a la vez se pueden clasificar(en dependencia de la forma como se obtiene las diferentes microestructuras durante elenfriamiento), en tratamientos con enfriamiento continuo o con enfriamiento isotérmico.

Los tratamientos termoqu!micos en general son llamados tratamientos térmicos superficiales."tro tipo de tratamiento, el cual busca la precipitación de part!culas duras en el acero es

conocido como envejecimiento. #ara el entendimiento de los tratamientos térmico, esindispensable comprender una serie de conceptos como fases, microestructuras,transformaciones de fase, termodin$mica de las transformaciones, cinética, variables de control,medios de enfriamiento, poder temblante, severidad de temple, templabilidad, temperatura deaustenizacion, etc. %lgunos de estos conceptos ser$n tratados brevemente a continuación.

REVISION I!IO"R#$IC#.

I. %RO%IED#DES $ISIC#S DE !OS M#TERI#!ES

Las propiedades f!sicas, define el comportamiento de los materiales, incluyen las propiedades volumétricas, térmicas, eléctricas y electroqu!micas.

Las propiedades f!sicas son importantes en la manufactura porque es frecuente que

influyan en el rendimiento del proceso.


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%RO%IED#DES VO!UMETRIC#S & DE $USI'N

Estas propiedades se relacionan con el volumen de los sólidos y la manera en quelas afecta la temperatura.

DENSID#D(

Es su masa por unidad de volumen, las unidades m$s comunes son g&cm' lb&in'. El j*aeroespaciales, carrocer!as y componentes de automóviles.

La gravedad especifica e+presa la densidad de un material en relación con ladensidad del agua y por esta razón es adimensional.

E)*a+si+ -rmi/a

La densidad de un material es función de la temperatura. La relación general es quela densidad disminuye con el aumento de temperatura. El volumen por unidad de peso se incrementa con la temperatura.

El coeficiente de e+pansión térmica, mide el cambio de longitud por grado detemperatura. omo mm&mm&- (in&in&-). Es una razón de longitud en vez de una

de volumen./enemos la siguiente ecuación

L0 1 L2 3 4L2 (/0 1 /2)

4 3 coeficiente de e+pansión térmica

L 3 longitudes mm

/ 3 temperaturas

La e+pansión térmica puede ser un problema en el tratamiento térmico y en lassoldaduras de fusión debido a las fuerzas térmicas que se presentan en el materialdurante esos procesos.


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#56/" 7E 589:6

Es la temperatura a la que el material pasa del estado sólido a l!quido, latransformación inversa de l!quido a sólido, ocurre a la misma temperatura y sellama punto de enfriamiento.

El punto de fusión de un metal depende de la energ!a requerida para separar sus$tomos. #ara los metales las temperaturas de fusión y enfriamiento son las mismas.

uanto mayor sea el punto de fusión del material m$s dif!cil resultara lamanufactura.

%UNTO DE $USI'N DE DIVERSOS M#TERI#!ES

MET#!ES %UROS C

;@

;="B" 2A>@

%RO%IED#DES TERMIC#S


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C#!OR ES%EC$ICO

Es la energ!a requerida para elevar en un grado la temperatura a la unidad de masa.

La ecuación que determina la cantidad de energ!a necesaria para calentar en un*orno cierto peso de un metal a una temperatura elevada dada.

< 3 (/0 1 /2)

< 3 antidad de energ!a calor!fica, ?/5(M)

3 alor especifico del material, ?/5&lb N -

3 #eso del material lb (Og)

/0 1 /2 3 cambio de temperatura, - (-)

El coeficiente de conductividad térmica es generalmente alto en los metales y bajoen los cer$micos y pl$sticos.

"675/9P97%7 /Q=B9%

9ndica la velocidad a la que fluye el calor dentro y a través de un material.


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Los materiales unidos por enlaces met$licos(metales) poseen en general altaconductividad térmica, mientras que los materiales unidos por enlaces iónicos ocovalentes (cer$micos y pl$sticos) tienen una conductividad pobre.

79L%/%9:6 /E=B9%

La dilatación térmica de los materiales puede tener varios efectos significativos, particularmente la e+pansión o contracción relativa de diferentes materiales enensambles como los componentes electrónicos y de computadoras, sellos vidrioNmetal, soportes en motores de propulsión y partes móviles en maquinarias quee+igen ciertos espacios para funcionar apropiadamente.

%RO%IED#DES E!CTRIC#S

La conductividad eléctrica y las propiedades eléctricas son importantes no solo enel equipo y la m$quina eléctrica sino también en procesos de manufactura como el

formado de l$minas met$licas por pulso magnético.Los materiales con alta conductividad eléctrica se los conoce como conductores, laresistividad eléctrica es el inverso de la conductividad eléctrica, si el elemento posee alta resistividad eléctrica se dice que es dieléctrico o aislante.

II #CERO 3C#R'N & #!E#CIONES

Los materiales de +so corriente en In!enier.a se ,+edenclasi/car en dos !randes !r+,os0 a saber:


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ALEACIONES FERROSAS

Las aleaciones 1errosas se ,+eden clasi/car a s+ ve' en:

Aceros y fundiciones de hierro (hierros colados)

Los aceros de,endiendo de s+ contenido de carbono y de otroselementos de aleaci2n se clasi/can en:- Aceros sim,les $E#m &odo de c)imenea 345%- Aceros aleados $E#m Placa de acero%- Aceros alta aleaci2n $E#m -o#a de corte%

Los aceros simples se pueden defnir así 6 Aleaci2n )ierro con

carbono con +n contenido de 7ste 8ltimo en el ran!o de 449 )asta el

9 con ,e;+earatos

Aceros de al'o carbono ("C0.)6 Son tem,lables6 D+ros y resistentes al des!aste6 Di1.ciles de soldar6 Poco tenaces6 >aratos


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ACEROS ALEA*OS

Los aceros aleados son aceros sim,les a los ;+e se les a!re!a de

manera intencional ciertos elementos de aleaci2n0 entre los ;+e se

,+eden mencionar a los si!+ientes: cromo0 molibdeno0 n.;+el0

t+n!steno0 vanadio0 silicio0 man!aneso0 etc Debiendo ser la s+ma de

todos los elementos antes mencionados menor o i!+al al ?

Los ob#etivos ,erse!+idos son los si!+ientes:

6 A+mentar la resistencia mec=nica6 Me#orar s+ tem,labilidad6 A+mentar s+ resistencia a la corrosi2n y a la o@idaci2n

Para desi!nar a los aceros sim,les y aleados se +tili'a +n sistema de

identi/caci2n de d.!itos desarrollado ,or ABSI $American Iron and

Steel Instit+te% y SAE $Society o1 En!inneers A+tomotive% y ;+e en

M7@ico 1+e ado,tado ,or NOM $Norma O/cial Me@icana% P2n!ase ,or

e#em,lo al acero NOM 6 B4?C el ,rimer di!ito indica c+al es el

,rinci,al de aleaci2n $carbono en este caso%C el se!+ndo di!ito0 la

modi/caci2n del acero ori!inal y los dos 8ltimos d.!itos c+al es el

,orcenta#e de carbono en cent7simas de ,+nto0 esto es0 en el e#em,lo

el contenido de carbono es de 4?

En la Tabla BB6 se m+estra c+al es ,rinci,al elemento de aleaci2n

de,endiendo de c+=l es el valor del ,rimer di!ito

SISTEM# DE DESI"N#CION DE #CEROS.

898/EB% %8/B


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En las normas %8/B, para referirse a los distintos aceros, se puede *ablar deRSKradoSS, RSlaseSS o RS/ipoSS. #or ejemplo %2@C Krado %, %FA lase 0@%, %0IC /ipo'@F.

Los códigos numéricos o alfanuméricos usados para referirse a un acero, a

veces tienen algo de significado. En los grados desigandos por letras delalfabeto %, ?, , ... el contenido de carbono y su resistencia mec$nicaaumentan en el mismo orden. En las clases, el código numérico indica su tensión deruptura en si. La designación de un mismo acero también cambia segTn se tra te de un

product o laminado, forjado (se usa nomenclatura %989, Ejemplo /#'@F paratubos y caUer!as, '@F para piezas forjadas, #'@F y ='@F para fitt ing s) o un

producto fundido (se usa nomenclatrura %9, Ejemplo A para el cuerpo fundidode una v$lvula, no se dice RS'@F fundidoSS) .

5E6/E Bsc. abio %ndrés ?ermejo

SISTEM#S #ISI5S#E

La norma #ISI (también conocida por ser una clasificación de aceros y aleaciones demateriales no ferrosos. Es la m$s comTn en los Estados 5nidos.

%989 es el acrónimo en inglés de American Iron and Steel Institute (9nstituto americanodel *ierro y el acero), mientras que 8%E es el acrónimo en inglés de Society of

Automotive Engineers (8ociedad de 9ngenieros %utomotores).

En 2H20, la 8%E promovió una reunión de productores y consumidores de aceros dondese estableció una nomenclatura y composición de los aceros que posteriormente %989e+pandió.

7ebido a que %989 no escribe especificaciones, actualmente sólo se usan lasdesignaciones 8%E. El sistema 8%E consiste en una numeración de cuatro d!gitos%989&8%E para los varios grados qu!micos de los aceros. Los primeros dos d!gitosespecifican los elementos aleantes mayoritarios, y si no *ay ninguno presente,como en aceros al carbono, los primeros dos d!gitos son 2@. Los segundos dos d!gitosespecifican el contenido de carbono nominal en centésima por ciento. En las /ablas 2 y0 se presenta el sistema %989&8%E para aceros al carbono y aleados. Los aceros al

carbono con contenidos menores que 2.C>V Bn, @.C@V 8i y @.CV u comprendenlos grupos 2+++ en el sistema %989&8%E y se dividen en cuatro series. En losaceros al carbono del grupo 2@++, los rangos y l!mites de las composicionesqu!micas dependen de la forma del producto. Las designaciones para aceros decalidad comercial incluyen el prefijo B. La designación con la letra ? inserta entre elsegundo y tercer d!gito indica que el acero contiene @.@@@> a @.@@'V ?. 7e igualforma, la letra L inserta entre el segundo y tercer d!gito indica que el acerocontiene @.2> a @.'>V #b para mejorar la maquinabilidad. Los aceros al carbonodesulfurados est$n en el grupo 22++ y los desulfurados y refosforizados en el 20++.

Estos dos grupos de aceros se producen para aplicaciones que requieren buenamaquinabilidad.

https://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidoshttps://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttps://es.wikipedia.org/wiki/Acerohttps://es.wikipedia.org/wiki/1912https://es.wikipedia.org/wiki/1912https://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttps://es.wikipedia.org/wiki/Acerohttps://es.wikipedia.org/wiki/1912https://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidos


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Las designaciones 2>++ son para aquellos aceros con contenidos nominales demanganeso entre @.H y 2.>V pero sin otros elementos aleantes. %lgunos aceros poseenrequerimientos de templabilidad adem$s de los l!mites y rangos de composicionesqu!micas. Qstos se distinguen de los grados similares que no poseenrequerimientos de templabilidad con el uso del sufijo


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=E85BE6


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%989 1 8%EW para los aceros de aleación se designan con un código de F d!gitos. X XX X

Los dos primeros d!gitos indican el principal elemento de aleación o grupo de elementos presentes

Los dos Tltimos d!gitos indican las centésimas del contenido de carbono nominal.

Ejemplo un acero 22F@, F'F@, AC0@ =ecordando que el contenido m$+imo de carbonode un acero es de 0.22V en peso.

Los aceros de alta aleacin se clasi/can en dos !randes!r+,os0 a saber:6 Aceros Ino@idables

6 Aceros ,ara )erramientas9

LOS ACEROS INO+I*A,LES

Son b=sicamente aleaciones e6&r o e6&r6Ni con +n contenido de al

menos B4 de cromo y el menor contenido ,osible de carbono y ;+e

,oseen +na b+ena resistencia a la corrosi2n y a la o@idaci2n con1erida

,or +na ca,a de 2@ido de cromo ;+e se 1orma sobre s+ s+,er/cie y

;+e ori!ina la ,asivaci2n de 7sta

Los aceros ino@idables se clasi/can de ac+erdo a la microestr+ct+ra

;+e se obtener en ellos0 tal y como se m+estra ense!+ida:

6 Aceros ino@idables martens.ticos $Elevada d+re'a0 se ,+ede elevarcon tratamiento t7rmico0 se llaman martensiticos ,or;+e tienen +na

estr+ct+ra estalo!ra/ca 1ormada b=sicamente ,or martensita$1erritade1ormada ,or el carbono ;+e no ,+do di1+ndirse%

6 Aceros ino@idables 1erriticos &r y Ni menor al estr+ct+rametalo!r=/ca 1ormada ,or 1errita$estr+ct+ra cristalina del )ierro%

6 Aceros ino@idables a+sten.ticos

A contin+aci2n se mencionan las ,rinci,ales caracter.sticas de cada

+na de las 1amilias de aceros antes mencionadas: Aceros Ino-idables ar'ens/'icos


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6 Poseen +n contenido de cromo entre el B9 y B 6 El contenido de carbono no e@cede de 4 6 Son ma!n7ticos 6 Son tratables t7rmicamente $Tem,le y revenido%6 Poseen re!+lar resistencia a la corrosi2n y a la o@idaci2n6 Son los m=s econ2micos dentro de los aceros ino@idables

6 Se!8n AISI6NOM se identi/can mediante +n se!+ido de dos d.!itos

Aceros Ino-idables Ferri'icos.6 Poseen +n contenido de cromo entre el B? y 9? 6 El contenido de carbono no debe e@ceder de 4B 6 Poseen b+ena resistencia a la corrosi2n y a la o@idaci2n6 No son tratables t7rmicamente6 End+recibles mediante traba#o en 1r.o6 Son ma!n7ticos6 Se!8n AISI6 NOM se identi/can mediante +n se!+ido de 9 d.!itos

Aceros ino-idables Aus'en/'icos6 Poseen entre el B? y 9? de cromo6 Tambi7n contienen n.;+el en +n ran!o de F al B? 6 el contenido de carbono no debe e@ceder de 44 6 Son no ma!n7ticos 6 No son tratables t7rmicamente6 Son end+recibles mediante traba#o en 1r.o6 Son caros6 Se identi/can mediante +n H se!+ido de 9 d.!itos0 y los ;+econtienen man!aneso mediante +n 9 se!+ido de 9 d.!itos

Las ,rinci,ales a,licaciones de los aceros ino@idables son:6 T+ber.as6 Reci,ientes de ,roceso6 (=lv+las6 &+c)iller.a6 Resortes6 Art.c+los de ornato0 etc

LOS ACEROS ARA 1ERRAIEN2A

Son otro !r+,o im,ortante de aceros y como s+ nombre lo indica se

+tili'an 1+ndamentalmente ,ara la 1abricaci2n de )erramientas ;+e se

+tili'an ,ara darle 1orma a otros materiales Los ,rinci,ales elementos

de aleaci2n de los aceros ,ara )erramienta son: carbono0 t+n!steno0

molibdeno0 man!aneso0 vanadio0 n.;+el0 cobalto etc

Los aceros ,ara )erramienta deben mostrar las si!+ientes c+alidades:6 Deben ,oseer +na alta d+re'a y resistencia al des!aste6 Tambi7n deben mostrar +na e@celente tem,labilidad6 Deben s+1rir +na de1ormaci2n m.nima d+rante el tratamiento

t7rmico6 Deben retener s+ d+re'a a altas tem,erat+ras $d+re'a al ro#o%


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Al t7rmino de la Se!+nda G+erra M+ndial 0 en los Estados Unidos de

Norteam7rica 0 AISI se encar!2 de clasi/car e identi/car los aceros

,ara )erramienta tal y como se m+estra a contin+aci2n:

Aceros 3ara 'rabajo en fr/o. Los c+ales a s+ ve' se dividen en:

6 Aceros tem,lables en a!+a y ;+e se identi/can con la letra

6 Aceros tem,lables en aceite identi/cables con la letra O

6 Los aceros tem,lables al aire ;+e se identi/can con la letra A

6 Los aceros de alto cromo6 alto carbono ;+e se +tili'an ,ara la

1abricaci2n de tro;+eles ;+e se identi/can con la letra D

Aceros resis'en'es al i$3ac'o Identi/cables con la letra S

Aceros 3ara 'rabajo en calien'e ;+e se identi/can con la letra -

Los aceros r43idos o aceros al'a 5elocidad ;+e ,+eden ser al

t+n!steno y al molibdeno0 identi/c=ndose los ,rimeros con la letra

y los se!+ndos con la letra M

Los aceros 3ara $oldes ;+e se identi/can con la letra P

Los aceros de 3ro36si'o 7eneral ;+e se identi/can con las letras L

y

F8N*ICIONES *E 1IERRO

Son aleaciones de )ierro y carbono con +n contenido de este 8ltimo

en el ran!o de 9 )asta JF con cantidades adicionales de silicio o

man!aneso S+ ,rinci,al di1erencia con los aceros es ;+e no se les

,+ede dar 1orma mediante de1ormaci2n ,l=stica ni en 1r.o ni en

caliente

S+s ,rinci,ales caracter.sticas son las si!+ientes:6 >+ena resistencia a la com,resi2n0 ,ero no a a la tensi2n6 Son Ma;+inables6 Absorben vibraciones6 >+ena resistencia ba#o car!as variables6 Son baratos

Los )ierros 1+ndidos se clasi/can en 1+nci2n de la 1orma en ;+e seenc+entra en carbono tal y como se menciona a contin+aci2n:


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6 1ierros fundidos blancos6 El carbono se enc+entra en 1orma decarb+ro de )ierro6 1ierros fundidos 7rises6 El carbono de enc+entra en 1orma de)o#+elas de !ra/to6 1ierros fundidos nodulares o d9c'iles6 El carbono se enc+entra

en 1orma de n2d+los de !ra/to6 1ierros fundidos $aleables6 Donde el carbono se enc+entra en1orma de rosetas de !ra/to

Los m=s resistentes son los )ierros nod+lares ,ero al mismo tiem,o

son los m=s caros ya ;+e se ,recisa de +n mayor control en s+

com,osici2n ;+.mica Los m=s +sados son los )ierros 1+ndidos !rises

Las ,rinci,ales a,licaciones de los )ierros 1+ndidos son:

6 &arcasas ,ara bombas y transmisiones6 >ases y marcos ,ara m=;+inas )erramientas6 En!ranes6 lec)as6 Partes a+tomotrices0 etc

ALEACIONES NO FERROSAS

El material no 1erroso m=s +sado en la act+alidad es el al+minio y las

aleaciones ;+e 1orma con los si!+ientes elementos: &+0 M!0 Ni0 Si0 Kn0

Li0etc Mostrando las si!+ientes caracter.sticas:

6 >+ena resistencia a la corrosi2n debida a la 1ormaci2n de +na ca,a,rotectora6 Li!ero con +na densidad de 9F !cmH6 =cil de reciclar $,rinci,almente el al+minio ,+ro%6 >+ena relaci2n resistencia,eso

Sus 3rinci3ales a3licaciones son:

6 &ond+ctores el7ctricos6 &om,onentes ,ara avi2n6 Envases ,ara alimentos6 &anceler.a6 Diversos com,onentes a+tomotrices

El cobre es otro im,ortante metal de +so corriente en in!enier.a0 s+s

,rinci,ales elementos de aleaci2n son:

6 Esta


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Sus 3rinci3ales carac'er/s'icas son:6 Es b+en cond+ctor el7ctrico6 Posee b+ena resistencia a la corrosi2n

6 Es d8ctil y 1=cil de soldar6 Posee +na resistencia mec=nica moderada

Sus 3rinci3ales a3licaciones son:6 &ond+ctores el7ctricos6 Resortes6 T+ber.a6 En!ranes6 &errad+ras

Otro metal con cada d.a mayor n8mero de a,licaciones es el 'inc0 el

c+al es m+y ab+ndante en n+estro ,a.sC s+s ,rinci,ales elementos de

aleaci2n son: al+minio0 ma!nesio y el cobre S+s ,rinci,ales

caracter.sticas son:

6 >+ena resistencia a la corrosi2n6 Econ2mico6 +nde a ba#as tem,erat+ras aleado con otros elementos

III. TR#T#MIENTOS TERMICOS DE! #CERO.

5na de las formas de clasificación del tratamiento térmico es por la forma de enfriamiento de la pieza, pudiendo ser clasificado en 0 formas tratamiento continuo e isotérmico.

$UENTE( -ra-amie+-os -rmi/os de los a/eros 7%D$8.

1. Tra-amie+-os /o+-i+9os

7e estos tratamientos se distinguen b$sicamente cuatro tipos recocido, normalizado, temple yrevenido. Estos tratamientos se inician con la etapa de calentamiento *asta que la pieza a trataralcancé la temperatura a partir de la cual se *ar$ el enfriamiento, seguido por un tiempo desostenimiento a esa temperatura y finalmente se le *ace un enfriamiento adecuado. ada uno deestos tratamientos se resume a continuación.


1.1.Re/o/ido


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on este nombre se conocen varios tratamientos cuyo objetivo principal es ablandar el acero,eliminar tensiones o recristalizar el material. El recocido consiste en calentar adecuadamente la pieza y luego enfriarla de una forma tan lenta que semeje enfriamientos en condiciones deequilibrio, esto se logra si el enfriamiento se *ace dentro del *orno. Los tipos de recocido son

5 Re/o/ido de a:la+damie+-o

Es un tratamiento térmico utilizado para reducir los niveles de dureza de un acero a un valorespec!fico, siendo que para los aceros que se muestran a continuación, la temperatura derecocido recomendada es

/%?L% 2 temperatura de recocido recomendada.

Ca+-idad de /ar:o+o Tem*era-9ra de -ra:a;o

[email protected]= >40@C

1.2= >A0@C

En este estado blando es m$s apropiado para operaciones de mecanizado y procesos deconformación en frio as! como para temple.


5 Re/o/ido de aliBio de -e+sio+es5es-a:iliado

#ara este tipo de recocido, el calentamiento se *ace por debajo de la temperatura cr!tica inferior.7espués de ser fabricada la *erramienta, esta debe calentarse en toda su masa a C>@-NI@@Y por 0 *oras y sostener, el enfriamiento se *ace lentamente *asta >@@- y después al aire libre.Este enfriamiento es lento con el fin de aliviar tensiones internas sin producir variacionesesenciales en las propiedades mec$nicas e+istentes. /ambién sirve para eliminar tensiones producidas por el mecanizado severo en piezas sensibles a la distorsión, aumentando laductilidad del material. La velocidad de enfriamiento no tiene tanta importancia, pudiendoutilizarse aire sin que por ello se endurezca el material. #ara aceros al carbono se recomiendausar entre >>@ y C>@Y. %ceros r$pidos entre C@@ y I@@Y y cuando factores e+ternos impidenel uso de estas altas temperaturas, se recomienda usar temperaturas tan bajas como FA@Y.


5 Re/o/ido de re/ris-alia/i+

Este tratamiento, también conocido como recocido contra acritud, tiene por finalidad recuperarlos granos deformados que se obtienen después de someter una pieza a deformaciones que pueden ser en fr!o o caliente. La temperatura a la cual se realiza este tratamiento es por arriba de>>@Y y espec!ficamente entre >>@ y C>@Y, donde ocurre la recristalización de la ferrita, esdecir se forman nuevos granos libres de deformación. El tiempo de permanencia a la

temperatura de recocido es normalmente media *ora.


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1.2. Normaliado

Este tratamiento consiste en calentar las piezas a temperaturas ligeramente m$s elevadas que lacr!tica superior, para que pase al estado austenitico y luego después de un determinado tiempode permanencia a esa temperatura, *acerle un enfriamiento en aire tranquilo. Es un tratamientot!pico de los aceros al carbono de construcción de @,2> V a @,F@ V de y rara vez se empleaen los aceros de *erramientas, ni en los aceros aleados de construcción. 7e esta forma se deja elacero con una estructura y propiedades que arbitrariamente se considera como normal ycaracter!sticas de su composición. 8e suele utilizar para piezas que *an sufrido trabajos encaliente, trabajos en frio, enfriamientos irregulares o sobrecalentamientos y también sirve paradestruir los efectos de un tratamiento anterior. La temperatura de normalización dependeesencialmente del contenido de carbono del acero. La velocidad de enfriamiento importante enla normalización corresponde al punto en el que la austenita se est$ transformando en perlita.#or tanto, casi siempre se sitTan las velocidades de enfriamiento en I@@Y o entre el intervalo

de I@@ a >@@Y. 5na vez que se *a completado la transformación, las piezas se templan en aguao en aceite. #or lo regular, esto se *ace cuando todas las secciones del componente se ponen alZrojo oscuroZ. 8i el tamaUo de las secciones es grande, es necesario que el material en el centrose ponga de color negro para que se pueda aplicar un enfriamiento dr$stico.

La velocidad de enfriamiento influye en forma importante, tanto en la cantidad de perlita, comoen su tamaUo y su espaciamiento. Las velocidades de enfriamiento mayores producen m$s perlita, as! como l$minas menos espaciadas y m$s finas. /anto el aumento en la cantidad del$minas de perlita, su pro+imidad, as! como su finura, dan por resultado mayor resistencia,tenacidad y dureza.

#or lo regular, los aceros al carbono con @.0@V o menos no reciben m$s tratamientos despuésdel normalizado. 8in embargo, los aceros de medio o alto carbono suelen templarse después dela normalización a fin de obtener propiedades espec!ficas, por ejemplo, menor dureza para elenderezado, trabajado en frio o maquinado. El proceso de revenido es simplemente otro procesode calentamiento en el intervalo subcritico que se aplica para reblandecer la estructura de losaceros que se *an endurecido durante el calentamiento y el enfriamiento en especial a los acerosendurecidos con estructura martensitica.


1.?.Tem*le

#ara comprender este tratamiento, se debe tener un conocimiento previo sobre fases,microestructuras, transformaciones de fase, termodin$mica de las transformaciones de fase,cinética, variables de control, medios de enfriamiento, poder templante, severidad de temple,templabilidad, etc. 8ólo estos conocimientos nos permitir$n apro+imarnos al proceso de temple.Las notas siguientes enfatizaron la parte pr$ctica. 8egTn la %8B, temple es el enfriamientor$pido del acero desde una temperatura elevada. En general, esto se logra sumergiendo la piezaen agua, aceite, sal o aplicando aire comprimido. omo resultado del temple, las partes debendesarrollar una microestructura aceptablemente dura.

Los factores que se consideran en el temple son alentamiento.


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/emperatura de austenización.

/iempo de sostenimiento a la temperatura de austenización.

Bedios de enfriamiento.


TI%OS DE TEM%!E.

a. TEM%!E ORDIN#RIO O DIRECTO.

Es el método m$s ampliamente usado para tratar el acero. 6o se aplica a piezas de formascomplicadas y a materiales sensibles a la distorsión y el agrietamiento debido a lo brusco delenfriamiento. % veces se realiza por enfriamiento desde la temperatura de laminación o de forjainmediatamente después de la deformación en caliente.

:. TEM%!E ESC#!ON#DO.

Esta forma de temple se usa cuando la velocidad de enfriamiento de la pieza que se templa debecambiarse abruptamente en un momento dado durante el enfriamiento. Este cambio puede serun aumento o una disminución de la velocidad de enfriamiento, dependiendo de los resultadosdeseados. Lo m$s comTn es disminuir la velocidad de enfriamiento, esto se *ace primero en unmedio, por ejemplo agua, por corto tiempo *asta unos F@@Y, por ejemplo aceite, de modo quese enfr!e m$s lentamente en el intervalo de transformación martens[tica *asta la temperaturaambiente. El segundo medio puede ser aire tranquilo en muc*os casos.

N Bedio de enfriamiento o medios de temple

En vista del mecanismo de eliminación de calor, el medio de temple ideal mostrar!a una altarapidez de enfriamiento inicial para evitar la transformación en la región de la nariz deldiagrama /// y luego una lenta rapidez de enfriamiento para todo el intervalo inferior detemperatura a fin de minimizar la distorsión. 7esafortunadamente, no *ay un medio de templeque muestre estas propiedades ideales. El agua y las soluciones acuosas de sales inorg$nicastienen altas rapideces de enfriamiento inicial a través de las etapas % (enfriamiento por medio deuna capa de vapor) y ? (enfriamiento por transporte de vapor), pero estas rapideces persisten a bajas temperaturas, donde la distorsión y el agrietamiento tienden a ocurrir. Los aceites detemple convencionales tienen una mayor etapa %, o capa de vapor y una etapa ? m$s corta con

una rapidez de enfriamiento menor. Los siguientes medios de temple industriales se enumeranen orden de disminución de la severidad de temple.

8olución acuosa del 2@V de cloruro de sodio (salmuera).

%gua del grifo.

8ales fundidas o l!quidas.

%ceite soluble y soluciones acuosas.

%ceite.

%ire.


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Los métodos comunes para comparar la rapidez de temple de diferentes medios consisten endeterminar la rapidez de enfriamiento a alguna temperatura fija o determinar la rapidez promedio entre dos temperaturas.


Tem*era-9ra del medio de -em*le

Keneralmente, conforme la temperatura del medio aumenta, la rapidez de enfriamientodisminuye, lo cual se debe al aumento en persistencia de la etapa de la capa de vapor. omo elmedio est$ m$s cercano a su punto de ebullición, se necesita menos calor para forma la pel!culade vapor.

En el caso del aceite, *ay dos factores opuestos a considerar. onforme la temperatura del aceiteaumenta, *ay una tendencia a que la rapidez de enfriamiento disminuya, debido a la persistenciade la pel!cula de vapor sin embargo, conforme la temperatura del aceite aumenta, también se

*ace m$s fluido, lo cual incrementa la rapidez de conducción del calor a través del l!quido. Loque sucede a la rapidez de enfriamiento lo determina el factor que ejerce la mayor influencia. 8iel incremento en la rapidez de conducción de calor es mayor que el decremento debido a la persistencia de la pel!cula de vapor, el resultado neto ser$ un aumento en la rapidez real deenfriamiento como en el caso de la Kulf super quenc* (L[quido de temple, Kulf a 0'Y).

/%?L% 0 Pelocidades de enfriamiento en el centro de una barra de acero ino+idable de \] dedi$metro por 02&0] de longitud, cuando se templa desde A2>Y en varios medios.

#OVelo/idad a >04@$,

@CseVelo/idad a 6465

4F2@$, @Cse

>A@ 12A@ >A@ 12A@ >A@ 12A@8almuera (2@V) 020 2CF.F 020 2A@ 0H0.2 2>H%gua de grifo 220 0>.> 20F C> 200 HI.I

Kulf superNquenc* FF.F FI.0 HF.> 2@@ I> IC%ceite lento 0@ 2I.A 2C.I 2F.F 02.C 0F.F

2@V aceite soluble,H@V de agua

0@ 2C.I 0@ 2C.I 2A.H 2>.>

%ire inmóvil 0.A N 0.0 N 2.C N8al fundida a F@@^ H@ I0.0 'C.I


1.1.ReBe+ido de a/eros -em*lados

La estructura martensitica obtenida por temple es muy dura y fr$gil. Bediante el revenido es posible aumentar significativamente su resistencia al impacto, aun cuando se disminuye ladureza. El revenido consiste en calentar una pieza templada por periodos del orden de 2 a '*oras a temperaturas menores que la de austenitización.

Cam:ios mi/ro es-r9/-9rales *rod9/idos d9ra+-e el reBe+ido 3e-a*as del reBe+ido

7urante el proceso de revenido ocurren cambios micro estructurales o etapas debidos areacciones en estado sólido. Las reacciones m$s importantes son.


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a) 8egregación de $tomos de carbono

b) #recipitación de carburos

c) 7escomposición de la austenita retenida

d) =ecuperación y recristalización de la matriz ferr!tica y formación de cementita globular

6o todas estas reacciones ocurren en los diferentes materiales tratados a la misma temperatura yen el mismo periodo de tiempo. Buc*as de ellas suceden simult$neamente, esto determina quelas microestructuras resultantes sean muy complejas.


1. TR#T#MIENTOS TRMICOS ISOTRMICOS.

Este tipo de tratamientos se realizan a temperatura constante de forma tal a obtener la

microestructura deseada. Los principales tratamientos isotérmicos son2.1. #USTEM%ERIN" O #USTEM%ER#DO(

Es un tratamiento isotérmico que consiste en calentar el acero a la temperatura deaustenitización y después de sostenerlo un determinado tiempo, enfriarlo r$pidamente *asta unatemperatura levemente superior, en un baUo de sal, este baUo mantiene la temperatura de la pieza constante. La reacción a esta temperatura produce una estructura completamente bainitica,(bainita superior o inferior), luego el acero es enfriado al aire, *asta la temperatura ambiente. 7eeste modo se logra una estructura dura pero no e+cesivamente fr$gil. La comparación de lascaracter!sticas mec$nicas que se obtienen por atemperado y en el proceso de temple y revenido

se realizan normalmente sobre probetas del mismo acero que *ayan quedado después deltratamiento térmico con la misma dureza o resistencia.

omo resultado de esta comparación se observa que con el atemperado se obtiene una mejorestricción y resiliencia que en el caso de un temple directo.

/%?L% '. omparación de propiedades entre temple y revenido y austemperado.

#="#9E7%7 BE797% /EB#LE _=EPE697"

%58/EB#E=%7"

7ureza =oc`eil FH.A >@arga de rotura Og&mm0 2A2 2A0

%largamiento (V), 0 pulgadas '.I> >Estricción 0C.2 FC.F

=esistencia al c*oque Ogm (sobre probetascil!ndricas sin entalla

2.H' >

omo este tratamiento no es tan enérgico como el temple normal, no sólo se logra una mayorductilidad y tenacidad junto con una dureza m$s elevada, sino que se evitan también lasdeformaciones y peligros de grietas).

La principal limitación de este tratamiento radica, en que algunas veces debido a la masa de la pieza a tratar, no se consiguen las velocidades de enfriamiento necesarias para evitar la


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transformación de la austenita a perlita en la zona de temperaturas comprendidas entre FA@ yC>@Y, por lo que Tnicamente es apropiado en aquellos casos en que las piezas, por su forma, pueden enfriarse r$pidamente. #or tanto, el austemperado encuentra su aplicación industrial enlos perfiles de espesor inferior a apro+imadamente 20 mm (2&0 pulgada. En los aceros aleadoseste espesor m!nimo es un poco mayor, aunque en este caso el tiempo que tarda la austenita en

transformarse completamente en bainita puede resultar e+cesivo.


2.2. M#RTEM%ERIN" O M#RTEM%ER#DO.

Este término describe un procedimiento de temple a alta temperatura cuyo objetivo es disminuir las grietas, distorsión o los esfuerzos residuales. 6o es un proceso de revenido (tempering),como lo indica su nombre y por eso tiende a llam$rsele marquenc*ing o martemplado.

Los principios del martempering comprenden tres etapas

2. 8e enfr!a desde la temperatura de austenización en un medio fluido caliente como aceitecaliente, sales fundidas, metal fundido o lec*o de part!culas fluidizadas a una temperaturasuperior.

0. %ll! se deja el acero *asta que la temperatura en toda la pieza sea uniforme sin que se produzcan transformaciones, pues la pieza continTa siendo austenitica. %l ser e+tra!da del baUo, todav!a debe estar pl$stica y se puede restaurar si *a sufrido alguna distorsión.

'. 8eguidamente la pieza se enfr!a, generalmente en aire quieto, a una velocidad moderada para prevenir grandes diferencias entre la superficie y el centro de la pieza. 7e este modo laformación de martensita ocurre de un modo uniforme en toda la masa evitando la formaciónde e+cesivas tensiones residuales.

/%?L% F. /emperatura de austeizacion y martempering para algunos aceros para *erramientas.

%cero %989 /emperatura deaustenizacion, /-

/emperatura demartempering, /-

7i$metro m$+imo,mm

"2 A2@NAI@ 00>N0>@ C@%0 H>@NHA@ 00>N0>@ 2>@70 2@@@N2@0@ 00>N>@@ 0@@7C HC@N2@@@ 00>N>@@ 0@@

82 AA@NH0@ '0>NF@@ 0>@@ '@@

omo se observa en la siguiente tabla, las propiedades de impacto de un acero sometido amartempering son superiores a los de un acero templado ordinariamente, pero el é+ito deltratamiento depende del espesor de le pieza. 8ólo en aceros de alta aleación, como los de latabla anterior, se logran espesores tan altos en los aceros no aleados este espesor m$+imo noe+cede los 0@ mm.

/%?L% >. #ropiedades mec$nicas de un acero %989 2@H> tratado por 0 métodos. probeta tratamiento 7ureza,


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impacto, M (V)2 /emple en agua

y revenido>' 2C @

0 /emple en aguay revenido

>0.> 2H @

' Bartemperado yrevenido >' 'A @F Bartemperado y

revenido>0 '' @


2.?. TR#T#MIENTOS TRMICOS DE ENDURECIMIENTO SU%ER$ICI#!.

@- y la profundidad de capa obtenida por medio de este tratamiento depende del tiempoy de la dureza deseada. 5na vez obtenida la capa e+terior rica en , esta se endurece por temple.abe seUalar que la cementación en lo posible debe usarse en aceros en los cuales no puedacrecer muc*o el grano y se pueda templar directamente. 5n acero cementado muestra lassiguientes caracter!sticas dadas en la siguiente tabla.

/%?L% C aracter!sticas de una capa cementada.

7ureza superficial >@ a C0


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ontenido de superficial @.A>N2V

Espesor caracter!stico de la capa cementada 0N0@m

Es usual definir el espesor de cementación por la capa con dureza @.

EHUI%OS %#R# CEMENT#CI'N

Los siguientes son equipos t!picos para cementación

2. ajas se cementa con carbón activado con a" que rodea a la pieza en un recipiente cerrado,el cual se calienta a la temperatura adecuada durante el tiempo requerido y luego se enfr!a conlentitud. Este equipo no se presta para alta producción, siendo sus principales ventajas sueconom!a, eficiencia y la no necesidad de una atmosfera preparada.

0. Kas es m$s eficiente que el anterior, los ciclos son m$s controlados, el calentamiento es m$s

uniforme, m$s limpio y requiere de menos espacio. La pieza se calienta en contacto con " y&oun *idrocarburo, que f$cilmente se descompone a la temperatura de cementación.

El gas t!picamente usado tiene una composición de " 0@V, Y.

N arbonitruración l!quida

El proceso es similar al de la cianuración, ya discutida, pero en este caso el baUo de cianuro nose envejece sino que se aUaden a las mezclas cianatos alcalinos. nicamente empleando baos decomposición bien definida se consiguen, con uniformidad, los mismos resultados, con la

formación de una zona de combinación y una capa martens[tica. #ara que un baUo trabaje bien


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un baUo compuesto especialmente de *idró+ido con temperatura m!nima de 0'@Y y *astaF@@Y para aceros r$pidos. 8i sólo se utiliza para piezas sometidas a /enifer no se requiereinstalación depuradora. %dem$s, este baUo destruye los residuos de cianuro y cianato ad*eridosa la pieza y la deja de mejor aspecto. En este proceso la distorsión es m!nima, pero su principalventaja es la resistencia al desgaste por deslizamiento. La resistencia a la fatiga es otra

propiedad importante, las marcas producidas por las *erramientas y las rayas superficialestienen poco efecto sobre las propiedades en fatiga de la pieza tratada. En las fundiciones yaceros que no sean del tipo ino+idable se aumenta la resistencia a la corrosin. #or las razonesanteriores, unidas a una buena estrategia de ventas, el /enifer es muy popular en olombia paratratar superficialmente muc*os tipos de piezas.


iB. NITRUR#CI'N.

Es un proceso para endurecimiento superficial de aceros aleados en una atmosfera constituida

por una mezcla en proporciones adecuadas de gas amon!aco y amon!aco disociado. Laefectividad de este proceso depende de la formación de nitruros en el acero por la reacción del 6 con ciertos elementos de aleación, principalmente %l, r y Bo. El 6 difunde en el acero yforma nitruros complejos. Las piezas que se nitrurarn se colocan en un recipiente *ermético através del cual se proporciona continuamente la atmosfera de nitruración, mientras que latemperatura se eleva y mantiene sobre los >@@-. 8e efectTa en *ornos estancos calentados entre>@@ y >>@Y, en los cuales se genera una circulación de amon!aco. #or lo general esconveniente rectificar la pieza luego de la nitruración. 8e obtienen capas de @,2 a @,> mm deespesor y de alta dureza, I@


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diseUo adecuado del inductor, se puede confinar el calor a reas pequeUas). 5na vez alcanzada latemperatura de austenitización se aplica una duc*a de agua fr!a que produce el temple. El principio del calentamiento por inducción es el siguiente una bobina que conduce una corrientede alta frecuencia rodea o se coloca sobre la pieza, se inducen as! corrientes alternativas y loopsde *istéresis que generan r$pidamente calor en la superficie. Las corrientes inducidas de alta

frecuencia tienden a viajar por la superficie del metal, por tanto, es posible calentar una capa poco profunda del acero sin necesidad de calentar el interior del material. La profundidad delcalentamiento depende de la frecuencia de la corriente, la densidad de potencia y el tiempo deaplicación de esta. Bientras mayor es la frecuencia, menor es la profundidad calentada, deforma que altas potencias (2@@


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Generalidades de Los Metales-Ing III

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