ensayo sobre los tratamientos térmicos y termoquimicos

1. Procesos de fabricación
Dr. Víctor castellano
Tratamientos térmicos del acero
Rodriguez amado ian miguel 13250984

2. Resumen:
Las piezas durante el servicio pueden verse afectadas por la corrosión,
entendida esta como la destrucción de materiales a consecuencia de
reacciones químicas o electroquímicas con el medio que las rodea (según
DIN 50900)
La corrosión química es debida a la descomposición superficial de la pieza
por reacciones con ciertas sustancias (humedad, ácidos, lejías, soluciones
salinas) en las que desempeña un papel importante el oxígeno y la
oxidación.
Para que se produzca corrosión electroquímica tiene que existir un líquido
conductor de la electricidad (agua, humedad.), un electrolito, entre dos
metales. Formando así lo que se llama un elemento galvánico, donde el
polo es corroído. Este elemento galvánico puede originarse por el contacto
de dos metales distintos sin capa aislante intermedia (corrosión
intercristalina), por existir grietas internas en el metal (corrosión de
contacto), por estar la estructura del metal constituido por cristales de
diferentes sustancias (corrosión intercristalina), por existir grietas internas
en los cristales del metal, provocando tensiones eléctricas en las partes
del cristal (corrosión transcristalina)

3. TRATAMIENTOS TERMICOS DEL ACERO
ÍNDICE
1.- INTRODUCCIÓN
2.- TRATAMIENTOS TÉRMICOS
2.1.- RECOCIDO
2.2.- TEMPLE
2.2.1.- TEMPLABILIDAD
2.3.- REVENIDO

4. 1.- INTRODUCCIÓN
¿Qué importancia tienen los tratamientos de los metales en tecnología?,
¿Qué clase de tratamientos existen?, ¿Qué es la corrosión?, ¿Cómo se
atenúa la corrosión en los metales?,... estas y otras preguntas las
contestaremos a lo largo del desarrollo del tema.
Los metales, sobre todo los aceros y sus aleaciones, tal como se
encuentran en el comercio, después de su proceso de obtención, colada,
solidificación y forja, no tienen la estructura adecuada para conseguir las
mejores características de utilización. Por ello es preciso someterlos a una
serie de tratamientos que puedan modificar la estructura interna o
únicamente la composición superficial y así modificar las propiedades
mecánicas (dureza, resistencia a la fatiga, resiliencia,...) de las piezas,
acorde con el uso posterior que se haga de ellas.
También puede suceder que la corrosión conduzca a la formación de
pequeñas grietas, que al estar la pieza sometida a tensiones mecánicas,
estas actúan como entalladuras que pueden provocar la rotura de la pieza
(corrosión con formación de grietas existiendo tensiones mecánicas).
Debido a todas estas reacciones las piezas deben someterse a
procedimientos anticorrosivos que tiendan a alargar la vida de
funcionamiento.

5. 2.- TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Los tratamientos térmicos tienen por objeto modificar la estructura de los
materiales metálicos mediante el ciclo de calentamiento y enfriamiento.
Esto permite modificar ciertas propiedades, sobre todo mecánicas,
relacionadas con la estructura de los metales.
Sólo son susceptibles de tratamientos térmicos las aleaciones que
experimentan transformaciones en estado sólido.
Estos tratamientos térmicos se aplican principalmente en los aceros. Es
preciso, para comprender las transformaciones de la estructura de un
acero, conocer sus componentes estructurales. Las variaciones de las
propiedades vienen dadas en función del contenido de carbono, según el
contenido de carbono se distinguen tres tipos de aceros:
- Eutectoide (del griego: igualado, nivelado): acero con un 0,86% de C que
tiene una cantidad equilibrada de cristales de hierro (ferrita, estructura
centrada en el centro que tiene un átomo de hierro en los ocho vértices del
cubo y un átomo de hierro en el centro) y carburo de hierro (cementita) que
forman cristales homogéneos e uniformes denominados perlita.
- Hipoeutectoide: acero con menos del 0,86% de C, contiene poco carbono
para formar la estructura perlita por lo que queda ferrita sobrante formando
una estructura no equilibrada llamada ferrita-perlita.
- Hipereutectoide: acero con más de 0,86% de C, todos los cristales de hierro
se emplean en formar perlita quedando carburo de hierro (cementita)
sobrante dando una estructura no equilibrada que se designa con el
nombre de perlita-cementita.
Los diferentes estados de la estructura, que son dependientes del
contenido de C y de la temperatura, aparecen representados en el diagrama
hierro-carbono de la figura 41.1.

6. Figura 41.1.- Diagrama hierro- carbono
En el caso del acero eutectoide se realiza la transformación de estructura
al llegar a los 723C. En este punto se descompone la perlita y el carbono
se disuelve completamente en el hierro. La nueva estructura formada se
llama austenita (estructura centrada en las caras pues tiene los átomos de
hierro distribuidos en los vértices del cubo y en el centro de las caras,
dejando el interior del cubo hueco de forma que el átomo de carbono se
pueda alojar en el interior).
En los aceros hipoeutectoides al llegar con el calentamiento a los 723C
(Línea P-S) pasa toda la perlita a austenita mientras que la ferrita restante
sólo se transforma en austenita en el campo de temperaturas
comprendidas entre las líneas P-S y G-S.
En los aceros hipereutectoides cambia su estructura en la línea S-K. La
perlita pasa a austenita y la cementita se transforma en austenita en el
campo de temperaturas G-S-K.
En el enfriamiento lento vuelve la estructura, liberando los átomos de
carbono, a su estado de partida. Pero si se enfría bruscamente desde
temperaturas por encima de la línea GSK, se formará una red centrada en
el centro y a los átomos de carbono no les dará tiempo para salir del interior
de los cubos en los que se

7. Hallaban. La coexistencia del átomo de hierro y del carbono en el interior
refuerza la red cristalina proporcionando al acero una mayor dureza. Esta
estructura recibe el nombre de martensita.
La primera fase de todo tratamiento térmico consiste en calentar la pieza
de acero desde la temperatura ambiente hasta la temperatura deseada,
siendo ésta, la mayor parte de los tratamientos térmicos de los aceros, la
temperatura a la cual se obtiene una estructura austenítica en el acero.
El calentamiento hasta la temperatura de austenización debe conducirse
de forma que no se establezcan elevadas diferencias de temperatura entre
la periferia y el núcleo de la pieza, pues de lo contrario, como consecuencia
de la desigual dilatación de ambas zonas, pueden engendrar elevadas
tensiones que originen grietas. Por tanto, se debe aumentar la temperatura
con una velocidad de calentamiento que es función del espesor máximo de
la pieza a calentar.
La homogeneidad en la estructura austenítica permaneciendoun tiempo en
la temperatura de austenización. Ese tiempo es función del espesor de la
pieza y de su composición.
Temperatura de calentamiento y tiempo de permanencia son dos factores
a tener en consideración en la fase de calentamiento pues un exceso de
ambos puede producir estructuras de acero no deseadas, como puede ser
el acero sobrecalentado (debido al aumento de uno de los dos factores se
produce un aumento en el tamaño del grano austenítico) o el acero
quemado (por exceso de temperatura de calentamiento se produce una
fusión en los bordes de los granos que facilita la oxidación intergranular,
fig.41.2).

8. La elección del dispositivo de calentamiento debe ser de forma que:
A) Se pueda alcanzar en él la temperatura adecuada con una velocidad de
calentamiento más conveniente.
B) La temperatura de las piezas colocadas en su interior es uniforme.
C) Se pueda mantener constante la temperatura (±5C) durante el tiempo que
se desee.
D) Su atmósfera será tal que las piezas durante el calentamiento no
experimentaran oxidación o descarburación aparente.
Una clasificación de los dispositivos de calentamiento, atendiendo a la
relación entre el metal y el hogar, será:
1) Hornos en que el metal se halla en contacto con el combustible o su llama:
fragua, sopletes,...
2) Hornos en que el metal no está en contacto con la llama pero sí con los
gases de combustión: horno de cámara.
3) Hornos en que el metal no está en contacto con la llama ni con los gases:
mufla y eléctricos.
La segunda fase del tratamiento térmico es el enfriamiento de la pieza,
dependiendo de como se lleve a cabo nos podemos encontrar con los
siguientes tratamientos:

9. 2.1.- Recocido
Tratamiento térmico en el que la austenita, enfriada lentamente, se
transforma en los constituyentes más estables. Se emplea para:
homogeneizar la estructura, afinar el grano, facilitar el mecanizado,
eliminar la acritud que produce el trabajo en frío, las tensiones internas y
modificar las propiedades físicas y químicas.
El enfriamiento lento se consigue dejando la pieza en el interior del horno
y regulando automáticamente la disminución de la temperatura, o bien
apagando y dejándolo enfriar a la temperatura ambiente. También puede
hacerse sacando la pieza del horno e introducirla en baños fundidos (sales
o metales) donde se regula el enfriamiento, o recubriéndolas con arenas o
cenizas calientes.
Según el fin que nos propongamos, se distinguen los siguientes tipos de
recocido:
- Recocido homogéneo: Para destruir las heterogeneidades químicas
(segregaciones de carbono, azufre y fósforo) que se originan durante la
solidificación. En este caso la temperatura de calentamiento es muy
elevada obteniéndose acero sobrecalentado que hay que regenerar.
- Recocido de regeneración: Se da a los aceros sobrecalentados para afinar
el tamaño de grano y cuando se desee destruir el efecto de un tratamiento
térmico mal efectuado.
- Recocido de ablandamiento: Se efectúa cuando hay necesidad de mecanizar
piezas de acero templadas, con objeto de quitarles la dureza y facilitar la
operación de mecanizado.
- Recocido de estabilización: Se da después de los trabajos de forja, laminado
y mecanizado, así como a las piezas fundidas, para eliminar las tensiones
internas, pero sin llegar a ablandarse demasiado.

10. - Recocido isotérmico: Consiste en enfriar las piezas, en estado austenítico,
en un baño de sales, dejándolas allí hasta que la austenita pasa a perlita.
Conseguido esto, se enfría al aire. Es más rápido que los de enfriamiento
continuo.
2.2.- Temple
Tratamiento térmico en el que la austenita, enfriada lentamente, no sufre
una regresión estructural sino que se transforma en martensita de mayor
dureza.
Con este tratamiento se pretende modificar las propiedades físicas
(magnetismo remanente y resistencia eléctrica) y químicas ( los aceros
templados resisten mejor que los aceros recocidos, la acción de ciertos
ácidos).
Las piezas se enfrían cediendo calor al medio de enfriamiento, a través de
su superficie, con tanta mayor velocidad cuanto mayor es la diferencia de
temperaturas entre ambas. Esta velocidad de enfriamiento depende de una
constante, M, denominada coeficiente de película o conductividad térmica
de la entre cara ( su valor es función del estado de la superficie de la pieza,
de la naturaleza de la capa de la entrecara, temperatura inicial del medio,
de su volumen, viscosidad, densidad, calor latente de vaporización,
temperatura de ebullición y conductibilidad calorífica) y de la temperatura,
dimensiones y conductibilidad térmica, K, de la pieza.
La eficacia del medio se mide por su severidad de temple, definida por la
expresión:
H= M/2K, que regula la velocidad de enfriamiento en la superficie de la
pieza.

11. La distribución de temperaturas (o velocidad de enfriamiento) en el interior
de la pieza depende del producto HD, donde D es el diámetro de redondo
equivalente ( suponemos la pieza de forma cilíndrica y de longitud muy
superior al diámetro D, cuyo núcleo o eje se enfría con la misma velocidad
que el punto de la pieza que lo hace con menor velocidad de enfriamiento).
Los medios de enfriamiento más usuales son:
a) Aire en calma o a presión.- La pieza se enfría por radiación, convección y
conducción, se consigue la menor severidad de temple. Sólo es aplicable
a aceros con baja velocidad crítica de temple ( velocidad mínima de
enfriamiento que se necesita para evitar la regresión de la estructura.
b) Aceites minerales.- Los mejores aceites para templar son los obtenidos por
destilación fraccionada del petróleo. No tienen elevada severidad de temple
y se emplean para templar aceros altos en carbono y de pequeña sección
y también en aceros aleados, cuya velocidad crítica de temple sea
relativamente baja, aún cuando la sección sea algo elevada. En este último
caso se reduce el peligro de grietas y deformaciones.
c) Agua y agua con sales disueltas.- El agua es el medio de enfriamiento más
usado en el temple. se emplea sola o con sales disueltas (10% ClNa), en
reposo o con agitación y suministra la mayor severidad de temple. Tiene el
inconveniente de su baja temperatura de ebullición que hace que se forma
una capa de vapor alrededor de la pieza dificultando el enfriamiento, lo que
se evita por la agitación.
d) Sales y metales fundidos.- Tanto los metales fundidos (mercurio, plomo,
plomo-estaño,...) como ciertas sales se emplean como medios de
refrigeración en los tratamientos isotérmicos. Su comportamiento respecto
a la severidad de temple es muy parecido al de los aceites, sin embargo,
por agitación, se logra aumentarla considerablemente.
Los factores que influyen en el temple son: la composición del acero, pues
la capacidad de temple de un acero se mide por la mayor o menor dureza
que se puede conseguir y es función del % de carbono; la temperatura de

12. temple, que será diferente según el tipo de acero empleado; la velocidad
de enfriamiento, ya que no es la misma para todos los puntos de la pieza,
para que esta que de totalmente templada (estructura martensítica), se
precisa que la menor de las velocidades de enfriamiento (en el núcleo de la
pieza) sea superior a la velocidad crítica de temple. Las velocidades más
elevadas pueden originar grietas y deformaciones.
Los principales defectos en el temple son:
- Oxidaciones y descarburación.- Se debe al calentamiento en atmósferas
excesivamente inadecuadas.
- Exceso de fragilidad.- Se produce por calentamiento a temperatura
excesivamente alta, que provocan el crecimiento del grano.
- Falta de dureza.- Puede ser debida: a un calentamiento a temperatura
demasiado baja, a una descarburación superficial o a velocidades de
enfriamiento inferiores a la crítica.
- Deformaciones.- Son debidas a un calentamiento o enfriamiento desigual de
la pieza y también a u apoyo inadecuado durante el calentamiento en el
horno. Para evitar las deformaciones en el enfriamiento, las piezas largas
se introducen en el baño de enfriamiento verticalmente y en dirección de
su eje, y las delgadas, de canto.
- Grietas y roturas.- Pueden ser debidas a los cambios de volumen que se
originan durante el temple, como consecuencia de la desigual velocidad de
enfriamiento entre el núcleo y la periferia de la pieza. También puede ser
por el aumento de volumen que acompaña a la formación de martensita,
que al formarse la del núcleo, ejerce una fuerte presión sobre la capa
periférica, ya transformada, dura y frágil.
Además del temple de enfriamiento continuo que hemos descrito se
emplea el temple escalonado martensítico o «martempering», una vez

13. obtenida la estructura austenítica la pieza se enfría rápidamente, en un
baño de sales fundidas, hasta la temperatura próxima(superior) a la de
comienzo de la transformación de austenita en martensita, donde se
mantiene el tiempo necesario para que toda la masa de la pieza adquiera
esta temperatura, sin dar lugar a que la austenita experimente
transformación alguna. Una vez conseguida la homogeneidad de
temperatura se extrae la pieza del baño y se enfría rápidamente a
temperatura ambiente. Otro tratamiento sería el temple escalonado
bainítico.
2.2.1.- Templabilidad
Al estudiar los factores que influyen en la velocidad de enfriamiento, hemos
visto que las dimensiones de la piezadesempeña un papel fundamental, de
forma que en las de bastante sección, a medida que penetra hacia el
núcleo, la velocidad de enfriamiento va disminuyendo. Esto puede ser el
origen de que en una misma sección se formen distintos constituyentes
estructurales durante el temple. Pues bien, a la mayor o menor aptitud de
un acero para que se forme una estructura martensítica en todos los puntos
de su sección, cuando se enfría en unas condiciones determinadas, a partir
del estado austenítico, se le denomina TEMPLABILIDAD. Como esto
depende de la velocidad de enfriamiento que, a su vez, depende del valor
del producto HD. Según su valor tendremos:
a) Si HD es pequeño, (lo que sucede cuando la severidad de temple es baja y
las dimensiones de la pieza pequeñas) se puede considerar que la
velocidad de enfriamiento es la misma en todos los puntos de la sección.
b) Si HD es grande, (bien porque la severidad de temple sea elevada, bien
porque lo sean las dimensiones de la pieza) entonces la diferencia de
velocidad entre la periferia y el núcleo es elevada. Por tanto, si el acero es
de muy baja templabilidad, sólo quedará templada una pequeña zona

14. periférica de la pieza; pero si la templabilidad es muy elevada, una pieza de
las mismas dimensiones puede quedar totalmente templada.
Una medida de la templabilidad es el ensayo Jominy que consiste en
templar una probeta (25 mm de diámetro y 100 mm de longitud) en un
dispositivo normalizado (fig. 41.3a y b), de forma que un chorro de agua a
20-25C enfríe sólo la base inferior de la misma, previamente calentada a la
temperatura de temple durante 30 min.. Después se rectifican dos
generatrices opuestas, se mide la dureza a intervalos de 10 mm a partir de
la base templada y se construye la curva jominy correspondiente (fig. 41.4).
La templabilidad es tanto mayor cuanto menos desciende la curva.
Figura 41.3 Figura 41.4

15. 2.3.-Revenido
Tratamiento térmico que se da a los aceros después del temple para
quitarles la fragilidad y las tensiones internas. Consiste en calentar las
piezas, después de templadas, para provocar la transformación de la
martensita en formas más estables, seguido de un enfriamiento más bien
rápido. Su efecto depende de la temperatura de calentamiento y del tiempo
de permanencia en ella. Segúnsea la temperatura de revenido así se elevan
con ello la tenacidad del acero, pero también disminuirá correlativamente
su dureza.
Existen ciertos intervalos de temperatura, donde el revenido, en vez de
aumentar la resiliencia, la disminuye (en los aceros ordinarios se da en el
intervalo 250-400C).

16. CONCLUSIONES
Destacar la importancia de los tratamientos de los metales en tecnología.
A lo largo de este tema hemos podido observar que el objetivo que se
persigue con los tratamientos es el mejorar las propiedades de las piezas
metálicas, mediante la modificación de su estructura interna o superficial,
para soportar las condiciones de trabajo, así como el prolongar la vida y
seguridad de funcionamiento.
Dado que las piezas tras su proceso de obtención no presentan las
propiedades requeridas para su posterior uso, es preciso someterlas a
ciertos tratamientos térmicos, termoquímicos o de protección
anticorrosiva para conseguir las características demandadas. De ahí, la
importancia de este tema en el mundo industrial.
BIBLIOGRAFÍA
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Pirámide.
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