Tratamientos térmicos metales

TRATAMIENTOS TERMICOS
INTRODUCCION
Después de la síntesis de un producto metálico, una buena planeación,
diseño y especificaciones del producto que se desea manufacturar son
necesarias para definir un proceso de fabricación adecuado.
Dependiendo del cambio que se le quiera realizar, este proceso puede ser
un cambio de forma del material en el cual ocurre una transformación física
del material o bien algún acabado que se le de o simplemente el ensamblado
de piezas.
En el proceso de cambio de formas de materiales la materia prima tiene una
entrada y al llegar al proceso sufre una serie de pasos en el cual la materia
prima va sufriendo transformaciones que lo va aproximando cada vez al
producto final y además se le va agregando un valor.
En el proceso de acabado de materia prima es cuando se le da el toque final,
es decir se le da una mayor presentación de acuerdo a las exigencias del
cliente.
El proceso de ensamblado consiste en unir una pieza o mas para formar una
sola, en el cual se obtiene el producto final y tener una forma compleja o
simple dependiendo de las partes que lo conforman.

INTRODUCCION
Estos procesos se resumen a continuación:
 Procesos que cambian la forma del material.
 Procesos que provocan desprendimiento de viruta.
 Procesos para el acabado de superficies.
 Procesos para el ensamblado de materiales.
 Procesos para cambiar las propiedades físicas de los
materiales.
 Procesos de manufactura para cepillos de codo, de
mesa, de acerado rectificador y maquinado por
abrasivos.


Porque la gran mayoría de los artefactos metálicos están elaborados
mediante deformación (conformado).
En los procesos de conformado se ejercen esfuerzos sobre la pieza
de trabajo que las obligan a tomar la forma de la geometría del
dado.
Porque ocupándose de los procesos de deformación pueden
modificarse la estructura cristalina y por tanto las propiedades
mecánicas de los materiales.
Por qué estudiar estos procesos?

Debido a que los metales deben ser conformados en la zona de comportamiento
plástico, es necesario superar el límite de fluencia para que la deformación sea
permanente.
Por lo cual, el material es sometido a esfuerzos superiores a sus límites elásticos,
estos límites se elevan consumiendo así la ductilidad .
Las propiedades metálicas son influenciadas por la temperatura, por consiguiente
estos procesos pueden realizarse mediante un trabajo en frio, como mediante un
trabajo en caliente.
Límite de
Fluencia
Disminuye
Límite de
Fluencia
Aumenta
Ductilidad
Disminuye
Ductilidad
Aumenta

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Una regla empírica aproximada es suponer que la deformación plástica
corresponde al trabajo en frío si este se efectúa a temperaturas menores de
la mitad del punto de fusión medido sobre una escala absoluta.
Trabajo en frio Este trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor que la
resistencia de cedencia original de metal, produciendo a la
vez una deformación.
Características
•Mejor precisión
•Menores tolerancias
•Mejores acabados superficiales
•Mayor dureza de las partes
•Requiere mayor esfuerzo

Conformado:
Laminado
(rolado)
Forjado Trefilado
Extrusión

Embutido Estirado Doblado
Energía del trabajo mecánico
Disipación en forma de calor
Energía de deformación (10%)

 El tratamiento térmico involucra varios procesos de
calentamiento y enfriamiento para efectuar cambios
microestructurales en un material, los cuales
modifican sus propiedades mecánicas.
 El diagrama de fases hierro-carbono indica las fases
del hierro y el carburo de hierro (cementita) presentes
bajo condiciones de equilibrio. Se supone que el
enfriamiento desde una temperatura alta ha sido lo
suficientemente lento para permitir que la austenita se
descomponga en una mezcla de ferrita y cementita
(Fe3C) a temperatura ambiente.
DEFINICION DE TRATAMIENTO
TERMICO

DIAGRAMA Fe-C

CLASIFICACION DE LOS

OBJETIVO DEL TT: Obtener constituyentes metaestables
sometiendo a la austenita a enfriamientos más rápido que el
recogido en el diagrama Fe-C
CONSTITUYENTES ESTABLES: (V=50ºC/s)
Ferrita, Perlita, Cementita.
CONSTITUYENTES METAESTABLES:( V>50ºC/s o T.I.)
Martensita, Bainita, Troostita, Sorbita
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL TEMPLE:
1- Composición del acero.
2- Temperatura a la que se hay que calentar.
3.- Tiempo de calentamiento.
4- Velocidad de enfriamiento.
5.- Características del medio donde se
realiza el temple.
6. Tamaño y geometría de la pieza

TRATAMIENTOS TERMICOS EN
LOS METALES
1.SIRVEN PARA POTENCIAR LAS PROPIEDADES
MECÁNICAS (DUREZA, RESISTENCIA, PLASTICIDAD)
2. TÉRMICO, TERMOQUÍMICO, MECÁNICO, SUPERFICIAL.
3. NO DEBEN ALTERAR DE FORMA NOTABLE LA
COMPOSICIÓN QUÍMICA
4. TERMICOS: TEMPLE, REVENIDO, NORMALIZADO,
RECOCIDO
5. TERMOQUÍMICOS: CARBURACION NITRURACIÓN
CARBONITRURACIÓN, SULFINIZACIÓN.
6. MECÁNICOS: EN CALIENTE, EN FRÍO
7. SUPERFICIALES: CROMADO, METALIZACIÓN

Cuando una aleación se deforma plásticamente, se producen
defectos en la red cristalina, y estos defectos, junto con la
deformación elástica sirven como mecanismos para el
almacenamiento de energía en la aleación.
a) Mecanismos de almacenamiento de energía
- Deformación elástica: la energía de deformación elástica
representa solamente de un 5 a 10% de la energía total que se ha
almacenado
- Defectos reticulares: durante el trabajo en frío se producen
dislocaciones, vacancias, átomos intersticiales, fallas de

Recocido
Tratamiento cuyo objeto es destruir mediante un calentamiento, la estructura
distorsionada por el trabajo en frío y hacer que adopte una forma libre de
deformaciones (es un tratamiento térmico diseñado para eliminar los efectos
del trabajo en frío).
Este proceso se realiza totalmente en el estado sólido, y el calentamiento va
seguido normalmente de un enfriamiento lento en el horno desde la
temperatura de trabajo.
El proceso de recocido puede dividirse en tres fases:
 Restauración o recuperación
 Recristalización
 Crecimiento de grano.

RECOCIDO
El recocido consiste en calentar el metal hasta una
determinada temperatura para después dejar que se enfríe
lentamente, habitualmente, apagando el horno y dejando el
metal en su interior para que su temperatura disminuya de
forma progresiva. El tiempo se mantiene entre 30-120
minutos

Templado
El templado es un tratamiento que se emplea para
incrementar la dureza de las aleaciones de hierro. Es
también una técnica para aumentar la dureza del vidrio.
Para los metales, temple se realiza generalmente después
de endurecer, para aumentar la dureza, y se realiza
calentando el metal a una temperatura mucho más baja
que la utilizada para el endurecimiento. La temperatura
exacta determina cuanto se reduce la dureza, y depende
tanto de la composición específica de la aleación como de
las propiedades deseadas en el producto terminado.

Diagrama TTT

Tipos de temple

MARTEMPERING
 PIEZA A T LIGERAMENTE SUPERIOR A MS HASTA
UNIFORMAR TEMPERATURAS EXTERIOR E INTERIOR
 ENFRIADO AL AIRE Y REVENIDO
 SE EVITA LAS DEFORMACIONES Y GRIETAS
 REQUIERE ACEROS DE ALTA TEMPLABILIDAD

MARTEMPERING
El metal o la pieza es llevada a altas temperaturas de
austenización, también se enfría en un medio por encima de la
temperatura de transformación martensítica (200°C a 220°C) la
diferencia consiste en que en vez de dejarlo por espacio de 10 a
12 horas en el líquido, la pieza de metal debe durar 1 o 2 horas
máximo. El resultado de este proceso es una microestructura
llamada martensita y que le confiere al acero excelente
resistencia al desgaste. El martempering se utiliza en aceros de
alto porcentaje de carbono, altas aleaciones, aceros de medio
carbono y aceros de baja aleación, que son usados para la
fabricación de cuchillas, espadas, navajas, punzones y demás
herramientas. Este tratamiento no se pueden aplicar en aceros
inoxidables, ya que se altera la resistencia de la corrosión al
material, es decir, pierde su característica principal. www.themegallery.com

Austempering
La austenita se transforma en bainita a temperatura
constante. El austemplado (también llamado
austempering, temple diferido ó temple bainítico),
consiste en calentar el acero a una temperatura
ligeramente superior a la crítica (hasta la temperatura de
austenitización), seguido de un enfriamiento rápido en
un baño de sales, pues de otro modo se corre el peligro
de que parte de la austenita se transforme en perlita),
manteniéndose a una temperatura constante, durante
un tiempo suficiente, hasta que se realice la total
transformación de la austenita en bainita.

Austempering
La principal ventaja del austemplado es la ausencia de
esfuerzos internos y grietas microscópicas que se producen
en los temples ordinarios martensíticos. Además, la
tenacidad es mucho más elevada en las piezas tratadas
con austemplado, que en las piezas templadas y revenidas,
a pesar de tener ambas piezas la misma dureza. Cuenta
con una mayor ductilidad, también hay menos distorsión y
peligro de fisuras, porque el temple utilizado no es tan
drástico como en el método convencional.

Normalizado
Normalizado
Este tratamiento se emplea para eliminar tensiones
internas sufridas por el material tras una conformación
mecánica, tales como una forja o laminación para
conferir al acero unas propiedades que se consideran
normales de su composición. El normalizado se
practica calentando rápidamente el material hasta una
temperatura crítica y se mantiene en ella durante un
tiempo. A partir de ese momento, su estructura interna
se vuelve más uniforme y aumenta la tenacidad del
acero.

Normalizado

Normalizado
Se calienta la pieza entre 30 y 50 grados Celsius por
encima de la temperatura crítica superior, tanto para
aceros hipereutectoides, como para aceros
hipoeutectoides, y mantener esa temperatura el tiempo
suficiente para conseguir la transformación completa en
austenita. A continuación se deja enfriar en aire
tranquilo, obteniéndose una estructura uniforme.
Con esto se consigue una estructura perlítica fina con
el grano más fino y más uniforme que la estructura
previa al tratamiento, consiguiendo un acero más tenaz.

Revenido.
El propósito fundamental del revenido es disminuir la gran fragilidad que
tienen los aceros tras el tratamiento de temple.
Es un tratamiento complementario del temple, que regularmente sigue a éste.
A la unión de los dos tratamientos también se le llama "bonificado". El
tratamiento de revenido consiste en calentar al acero, después del
normalizado o templado, a una temperatura menor a la inferior crítica,
seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rápido cuando se
deseen resultados elevados en tenacidad, o lento, para reducir al máximo las
tensiones térmicas que puedan causar deformaciones.

Ajustes y tolerancias
Algunos de los procesos de tratamiento térmico, si no se
llevan a cabo adecuadamente resultarán en propiedades
insatisfactorias. Esto puede resultar en la necesidad de
tratar de nuevo o descartar el material y ya que el
tratamiento térmico es usualmente considerado un
proceso de acabado, el costo de eliminar estas partes es
muy alto. Esto es particularmente cierto en las industrias
aeroespacial y automotriz. Los procesos de tratamientos
térmicos utilizados en la manufactura para la industria
aeroespacial como para la automotriz están bien
regulados por los estándares de la industria y
nacionales. Para cumplir con estas regulaciones el
proceso debe ser medido con precisión utilizando equipo
calibrado y trazable y los resultados documentados.

Especificaciones de Pirometría en las Industrias
Aeroespacial y Automotriz
Existen varias especificaciones de pirometría encontradas
en las industrias. BAC 5621 y RPS 953 que han sido
escritas por clientes, también existen estándares
nacionales tales como BS 2M 54 y DIN 17052-1. Sin
embargo, este artículo se enfocará en las dos que han
sido más ampliamente aceptadas, en la industria
aeroespacial (que es la AMS 2750) y para la industria
automotriz (CQI-9).
Estas especificaciones definen los requerimientos para la
instrumentación, equipo para procesamiento térmico, los
termopares, las investigaciones de uniformidad térmica
(TUS) y las pruebas de precisión del sistema (SAT)..

Clasificación de los Equipos (Instrumentación) CQI-9
Dentro de los requerimientos de la CQI-9 para la
instrumentación son menos rigurosos que los de la AMS
2750. El requerimiento clave está en que el instrumento
que controle el horno esté calibrado y que sea trazable a
los estándares nacionales. La temperatura medida por
el instrumento de control también debe estar registrada
por un instrumento de grabación independiente. Para
otros requerimientos de instrumentación más rigurosos
ese deben consultar las tablas de procesos A-H para
procesos específicos. Dentro del CQI-9 las tablas de
procesos indican los requerimientos mínimos de
tolerancia para procesos específicos. (vea los apéndices
del CQI-9). www.themegallery.com

El AMS 2750 se encarga de la instrumentación en una
forma más detallada. Dentro de las especificaciones
existen 5 tipos de instrumentación A-E.
Termopares: Tanto el Cqi9 como el AMS2750 detallan
la frecuencia de calibración y la precisión, así como los
límites de utilización para cada tipo de termopar. La
regla difiere entre el CQI-9 contra el AMS 2750 en que
son dependientes de la función del termopar, así como
el tipo de termopar y la temperatura de utilización.

Investigaciones de Uniformidad Térmica (TUS)
Las Investigaciones de Uniformidad Térmica se llevan a
cabo para valorar las variaciones de temperatura dentro
de la zona de trabajo del horno.
Las configuraciones típicas para las posiciones de los
termopares pueden ser en caja o cilíndrico.

El número de termopares requeridos depende del
volumen del área de trabajo y la clase del horno.
Instrumentos de Campo para Pruebas Específicas
se utilizan para registrar los sensores TUS (no el
Registrador del Proceso).
La investigación requiere de un mínimo de 30
minutos de datos buenos (registrados a intervalos
de 2 minutos o menos). Abajo se muestran
diagramas de configuraciones típicas para los
termopares:

P1 – Inicio del monitoreo. Este punto es el inicio de la
tendencia y un primer marcador en la gráfica. Los datos
se capturan a partir de este punto.
P2 – Cuando el último termopar cruza el punto de ajuste
de la tolerancia.
P3 – Inicio del período de estabilidad. Todos los
termopares dentro de tolerancia y sin tendencia a
alejarse del punto de ajuste.
P4 – Final del período de estabilidad. Está definido como
P3 + el período de medición. Este punto es el final de la
tendencia y el tercer marcador en la gráfica. Esto es
también el final de las tablas de datos. Se necesita un
mínimo de 30 minutos de datos capturados durante el
periodo de estabilidad. www.themegallery.com

Prueba de Precisión del Sistema (SAT)
El SAT se lleva a cabo para valorar la precisión de
todo el sistema de medición utilizando un sistema
de dispositivo independiente (Instrumento de
Pruebas de Campo y un Termopar calibrado para
el SAT). Al colocar un termopar de prueba en
cercana proximidad a la zona del termopar, la delta
provee una buena indicación de la precisión actual
del termopar y de la configuración del
instrumento.

Tratamientos termoquimicos
CEMENTACIÓN
AÑADIR CARBONO POR DIFUSIÓN A 900ºC EN ACEROS <0,3%C
AUMENTA LA DUREZA SUPERFICIAL
SE REALIZA MEDIANTE ATMOSFERA CARBURANTE
2CO CO₂ ₊ C
EL C ABSORBIDO DEPENDE DE :
oCOMPOSICIÓN QUÍMICA ACERO
oNATURALEZA ATMOSFERA CARBURANTE
oTEMPERATURA Y TIEMPO
ZONAS: CAPA CEMENTADA Y ALMA
CAPA DURA (25%-50%) DE LA CEMENTADA
SE REALIZA REVENIDO PARA ELEMINAR TENSIONES
DESCARBURACIÓN DEL ACERO

Nitruración
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL EXTRAORDINARIO
MEDIANTE N EN UNA ATMOSFERA DE AMONIACO
2NH₃ 2N ₊ 3H₂
TEMPERATURA ↝500ºC
TEMPLE Y REVENIDO ES PREVIO Y NO POSTERIO
EL N SE INTRODUCE PARA FORMAR NITRUROS (AL,W)
INSOLUBLES, NO COMO SOLUCIÓN SÓLIDA.
AUMENTO DE VOLUMEN QUE PROVOCA DUREZA
EL ACERO DEBE SER <0,4% C Y CON AL
LA NITRURACIÓN AUMENTA LA R A LA FATIGA Y A LA
CORROSIÓN.
AL,Cr,w,Mo,V: FORMADORES DE NITRUROS

Carbonitruración
 AUMENTO DE DUREZA POR ABSORCIÓN DE C-N
 ATMOSFERA CEMENTANTE MÁS NITRÓGENO
 TEMPERATURA ENTRE 750º-800ºC
 N AUMENTA LA TEMPLABILIDAD DEL ACERO
 ENDURECIMIENTO POR SOLUCIÓN SOLIDA DE C-N
 NO ES NECESARIO LOS FORMADORES DE NITRUROS
 DUREZA ALCANZADA INFERIOR A LA NITRURACIÓN
 REVENIDO POSTERIOR BAJA T <175ºC
 TRATAMIENTO PARA PIEZAS DE GRAN ESPESOR
 CIANURACIÓN: EN BAÑOS Y NO ATMOSFERA GASEOSA

Sulfinización
INCORPORA C, N, S EN BAÑO A 565ºC
DOS SALES: DE CIANURACIÓN Y AZUFRE
AUMENTO RESISTENCIA AL DESGASTE
DISMINUYE SU COEFICIENTE DE ROZAMIENTO
SE FAVORECE LA LUBRICACIÓN

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