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1
MATERIALES Y
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
DE LOS ACEROS
2
➢ Clasificación de los materiales.
➢ Estructura cristalina.
➢ Aleación hierro-carbono (Fe-C).
➢ Constituyentes microscópicos del acero.
➢ Elementos de aleación.
➢ Clasificación de los aceros.
➢ Transformaciones isotérmicas.
➢ Tratamientos termoquímicos.
INTRODUCCIÓN
TEMAS A TRATAR EN EL DESARROLLO DEL CURSO
3
CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES
GRIS
ESFEROIDAL
BLANCA
ATRUCHADA
MALEABLE
FUNDICIONES
1010
1045
4140
8620
CONSTRUCCIONES
MECÁNICAS
MICROALEADOS
ESTRUCTURALES
HERRAMIENTAS
INOXIDABLES
REFRACTARIOS
ACEROS
FERROSOS
ALUMINIO
COBRE
ALEACIONES CU
ANTIMONIO
NO FERROSOS
METÁLICOS
POLÍMEROS
MADERA
VIDRIO
CERÁMICOS
NO METÁLICOS
NO METÁLICOS
MATERIALES
4
El hierro presenta diferentes estructuras cristalinas en
función de la temperatura a la cual el mismo se encuentra:
➢ Desde la temperatura ambiente hasta 910ºC (A3), la
ESTRUCTURA es CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO (FCC, face-
centered cubic). Se denomina HIERRO .
EL HIERRO PURO. ESTADOS ALOTRÓPICOS Y PUNTOS
CRÍTICOS.
ESTRUCTURA CRISTALINA
5
➢ Desde 910ºC (A3) hasta 1392ºC (A4), la ESTRUCTURA es CÚBICA
CENTRADA EN LAS CARAS (BCC, body-centered cubic). Se
denomina HIERRO  o austenita.
EL HIERRO PURO. ESTADOS ALOTRÓPICOS Y PUNTOS
CRÍTICOS.
ESTRUCTURA CRISTALINA
Aunque es un constituyente inestable, se presenta
durante el calentamiento de los aceros para la
realización de los tratamientos térmicos y es de la que
realmente se parte para la realización de muchos de
ellos.
6
➢ Desde 1392ºC (A4) hasta 1535ºC (punto de fusión), la
ESTRUCTURA es CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO (FCC). Se
denomina HIERRO .
➢ El hierro  tiene poco interés técnico.
EL HIERRO PURO. ESTADOS ALOTRÓPICOS Y PUNTOS
CRÍTICOS.
ESTRUCTURA CRISTALINA
7
➢ Aceros al carbono.
➢ Aceros aleados.
➢ Aceros inoxidables.
➢ Aceros para herramientas.
➢ Hierros fundidos (fundiciones).
ALEACIÓN Fe-C
Los aceros y fundiciones son
aleaciones, no metales puros
como el hierro, el oro, la plata,
el estaño, el zinc, etc.
LAS ALEACIONES FERROSAS INCLUYEN:
8
➢ Cuando el hierro puro es aleado se produce una modificación en los
puntos críticos.
➢ Los aceros pueden considerarse fundamentalmente como aleaciones
hierro-carbono, con algunos otros elementos e impurezas.
➢ La posibilidad de que el carbono esté libre o combinado da lugar a
dos diagramas distintos: el diagrama Fe-grafito, estable, y el diagrama
Fe-Fe3C, metaestable. Prácticamente, hasta el 2% de carbono las
aleaciones siguen el diagrama metaestable y dan lugar a los aceros.
DIAGRAMA Fe-C
ALEACIÓN Fe-C
9
➢ Los elementos influyen notablemente en las propiedades
tecnológicas y producen una variación apreciable de la estructura. El
elemento más importante es el carbono.
➢ El diagrama Fe-C es la representación esquemática de las
transformaciones que ocurren en el enfriamiento y calentamiento
lento de estas aleaciones.
➢ El carbono en los aceros se encuentra formando carburo de hierro
denominado cementita, no aparece libre.
DIAGRAMA Fe-C
ALEACIÓN Fe-C
10
La clasificación de las aleaciones
férreas según el contenido en
carbono comprende tres grandes
grupos: HIERRO cuando contiene
menos del 0,008 % en peso de C,
ACERO cuando la aleación Fe-C
tiene un contenido en C mayor del
0.008 y menor del 2,11 % en peso
(aunque generalmente contienen
menos del 1 %), y FUNDICIÓN
cuando la aleación Fe-C tiene un
contenido en C superior al 2,11 %
y menor al 6,67% (aunque
generalmente contienen entre el
3,5 y el 4 % de C). Las aleaciones
con más de 5% de C no son
técnicamente viables.
DIAGRAMA Fe-C
ALEACIÓN Fe-C
11
DIAGRAMA Fe-C
ALEACIÓN Fe-C
12
Se presentan tres transformaciones isotérmicas representadas
por líneas horizontales:
➢ PERITÉCTICO: a 1493ºC. No es útil a los fines ingenieriles.
➢ EUTÉCTICO: a 1147ºC y 4,3%C. Estructura: Ledeburita.
➢ EUTECTOIDE: A 721ºC y 0,8%C. Estructura: Perlita.
La reacción más importante, a los fines prácticos, es la
transformación eutectoide que que se produce a 721ºC y es
completa para aceros con contenidos de carbono del 0,8%.
 (0,83%) → (0,02%) + FeC3 (6,67%)
Los aceros con contenidos inferiores al 0,8% de carbono se
denominan HIPOEUTECTOIDES y con carbono superior, aceros
HIPEREUTECTOIDES.
DIAGRAMA Fe-C
ALEACIÓN Fe-C
13
DIAGRAMA Fe-C
ALEACIÓN Fe-C
Si elementos de aleación son adicionados a la aleación Fe-C, la
posición de los límites A1, A3 (para aceros hipoeutectoides) y
Acm (para aceros hipereutectoides) y también la composición del
eutectoide, son alterados.
A continuación, en la figura siguiente al diagrama Fe-C, se
muestra la variación de A1 y el contenido de carbono del
eutectoide con un número determinado de elementos de
aleación.
A medida que se aumenta la velocidad de enfriamiento, los
puntos críticos se desplazan. Los puntos Ar1 y Ar3 se desplazan a
temperaturas más bajas.
14
ALEACIÓN Fe-C
Desplazamiento de los
puntos críticos por efecto
de la velocidad de
enfriamiento.
15
➢ Ferrita
➢ Cementita
➢ Perlita
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
CARACTERÍSTICAS Y ROPIEDADES DE LOS
PRINCIPALES CONSTITUYENTES DEL ACERO.
➢ Martensita
➢ Bainita
➢ Austenita
16
➢ La ferrita es hierro , o sea hierro casi puro.
➢ En los aceros aleados suelen formar solución sólida con la ferrita, el níquel,
manganeso, cobre, silicio, aluminio, etc.
➢ Cristaliza en el sistema cúbico de cuerpo centrado.
➢ Tiene una resistencia aproximada de 280MPa (28kg/mm2), 35% de
alargamiento y dureza de 90HB.
➢ Es el más blando de todos los constituyentes del acero, muy dúctil y
maleable.
➢ Es magnética.
➢ Los reactivos habituales, nital y picral, no la colorean, destacando
únicamente en los aceros de muy bajo contenido de carbono, la unión de los
granos, en forma de líneas negras, de contornos suaves e irregulares.
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
FERRITA
17
En los aceros puede aparecer bajo formas diversas:
1. Como elemento proeutectoide que acompaña a la perlita. En este caso se
presenta:
a. En forma de cristales mezclados con la perlita en los aceros
de menos de 0,55% C.
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
FERRITA
Acero de bajo carbono
(0,02% C). Aumentos:
500X. Ataque: Marshall.
Chapa de acero UNS
G10400. Aumentos: 200X.
Picral 4%.
Chapa de acero UNS G10150.
Aumento: 200X. Ataque: Picral
4% + Nital 2%.
18
b. Formando una red o malla que limita los granos de perlita en
los aceros de 0,55% a 0,85% C. También aparece para menores % de C.
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
FERRITA
Chapa de acero UNS G10800.
Aumentos 200X. Ataque: Picral 4%. Chapa de acero UNS G10400.
Aumentos: 100X. Picral 4%.
19
c. En forma de agujas o bandas aciculares orientadas en la
dirección de los planos cristalográficos de la austenita. Esta estructura es
típica de los aceros en bruto de colada, obtenida por enfriamiento rápido
desde alta temperatura, y se denomina estructura de Widmanstätten.
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
FERRITA
SAE 4140. Aumentos. 100X.
Ataque: Nital 5
UNS G10200. Aumentos 500X.
Ataque: Picral
20
2. También aparece como elemento eutectoide de la perlita, formando
láminas paralelas, separadas por otras láminas de cementita.
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
FERRITA
Acero UNS G10800. Aumentos
650X. Ataque: Picral 4%.
21
3. En estructura globular, propia de los aceros al carbono de herramientas
(de 0,9% a 1,4%) recocidos a temperaturas próximas a 721ºC (A321),
forma la matriz que rodea a los glóbulos de cementita. También se
presenta esta estructura en aceros hipoeutectoides y eutectoides.
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
FERRITA
Acero UNS G10400. Aumentos
1.000X. Ataque: Picral 4%.
Ataque: Picral 4 Ataque: Nital 5
Aumento 400X
22
4. En los aceros hipoeutectoides templados, mezclada con la martensita u
otros elementos de transición (zonas blancas irregulares o agujas finas),
cuando las temperaturas de calentamiento han sido más bajas que la
crítica (Ac3), el tiempo de calentamiento insuficiente o han existido
interrupciones en el enfriamiento.
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
FERRITA
Acero de 0,6%C aprox.,
templado en agua. Aumentos
500X. Ataque: Nital 2%.
Acero templado. Mezcla de ferrita, perlita
fina y bainita. La ferrita no se disolvió
por completo durante la austenización.
Aumentos 1000X. Ataque: Nital 5%.
23
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
CEMENTITA
➢ La cementita es carburo de hierro, CFe3, contiene 6,67%C y 93,33%Fe.
➢ Es el constituyente más duro y frágil de los aceros al carbono, su dureza es
superior a 68 HRC.
➢No es coloreada por los reactivos usados corrientemente (nital, picral, etc.),
Solo la colorea el picrato sódico en caliente y los ataques oxidantes al aire.
➢ Por su gran dureza queda en relieve después del pulido, realzando el
contorno de los granos o láminas por el sombreado que aparece con
iluminación oblicua.
➢ Aunque la experiencia permite distinguirla de la ferrita, en caso de duda, se
pueden diferenciar una de otra atacando el acero con picrato sódico en
caliente.
24
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
CEMENTITA
En los aceros puede aparecer:
➢ Como cementita proeutectoide en los aceros con más de 0,9%C, formando
una red que envuelve los granos de perlita, y también en forma de agujas
finas que partiendo de la red se dirigen hacia el interior de los cristales en las
estructuras en bruto de colada.
Acero de 1,2%C. Aumentos 200X.
Ataque: Picral 4%.
Acero hipereutectoide
25
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
CEMENTITA
➢ Formando parte de la perlita, y en ese caso se le llama cementita perlítica o
eutectoide, y toma forma de láminas paralelas separadas por otras de ferrita.
Acero UNS G10800. Aumentos
650X. Ataque: Picral 4%.
26
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
CEMENTITA
➢ Como cementita globular se presenta en forma de pequeñas glóbulos o
granos redondos dispersos en una matriz de ferrita cuando los aceros de
0,9%C a 1,4%C (principalmente) han sufrido un recocido a temperaturas
próximas a 721ºC (A321).
Ataque: Picral 4 Ataque: Nital 5
Aumento 400X
27
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
PERLITA
➢ Es un constituyente eutectoide formado por capas alternadas de hierro alfa
y carburo de hierro CFe3, o lo que es lo mismo, de ferrita y cementita.
➢ Tiene una resistencia de 80kgf/mm2 y un alargamiento de 15%
aproximadamente.
➢ Aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita o por
transformación isotérmica de la austenita en la zona de 650ºC a 725ºC.
Acero al carbono. Aumentos 100X.
Ataque: Nital 2%.
28
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
PERLITA
Chapa de acero UNS G10800,
visualizada en microscopio electrónico.
Aumentos 10.000X. Ataque: Picral 4%.
29
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
PERLITA
➢ Según la velocidad de enfriamiento, las láminas varían la distancia de separación
y consecuentemente las propiedades mecánicas de la perlita. Así, la perlita se puede
clasificar en gruesa, normal y fina.
➢ Cuando el enfriamiento ha sido bastante rápido, las láminas se acercan mucho y
no se pueden distinguir en el microscopio.
➢Se colorea de oscuro con todos los reactivos ácidos, nital, picral, etc., más
rápidamente que la martensita. En realidad se trata de un efecto de sombras y
relieves de los elementos que la forman, pues ni la ferrita ni la cementita son
coloreadas por los ataques.
➢ Cada grupo de láminas paralelas constituye un cristal.
30
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
AUSTENITA
➢ Es una solución sólida de carbono o cementita en hierro . Puede contener
desde 0% a 1,7% de carbono y es, por lo tanto, un constituyente de
composición variable.
➢ Todos los aceros se encuentran formados por austenita cuando se calientan
a temperatura superior a las críticas (Ac3 o Acm).
➢ Aunque es un constituyente inestable, se puede tener a temperatura
ambiente por enfriamiento rápido de aceros de alto contenido de carbono (ej:
austenita retenida en aceros templados) o de muy alta aleación. En algunos
aceros de alta aleación (ej: aceros inoxidables asteníticos, aceros al
manganeso Mn=12%), aparece por simple enfriamiento al aire.
➢Tiene una resistencia de 88kgf/mm2 a 105kgf/mm2, una dureza de 300HB y
un alargamiento de 30% a 60% aproximadamente.
31
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
AUSTENITA
➢Es poco magnética, blanda, muy dúctil y tenaz.
➢ Tiene gran resistencia al desgaste.
➢ Es el constituyente más denso de los aceros.
➢ Es la estructura de la que se parte para la realización de muchos de los
tratamientos térmicos.
Acero de bajo carbono
(0,02% C). Aumentos:
500X. Ataque: Marshall.
Granos de austenita. Acero 316L.
Solución recocida a 954ºC. Ataque:
Kalling.
Granos de austenita. Acero
316L. Solución recocida y
sensibilizada los carburos
metálicos en los bordes de
grano.
32
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
AUSTENITA
Acero austenítico calentado a 1120ºC
durante 3hs. y templado en agua.
Aumentos 100X.
Acero inoxidable austenítico tipo 316.
Ataque: Marble. Aumentos: 100X.
33
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
AUSTENITA
Efecto del tratamiento subcero sobre la
austenita retenida en un acero
cementado de 0,15%C. Cementación
gaseosa a 900ºC y temple directo en
aceite. Aumentos 1000X.
Autenita retenida (clara) y martensita
en la superficie de un acero al Cr-Ni,
cementado y templado. Aumentos 550X.
34
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
MARTENSITA
➢ Es el constituyente típico de los aceros templados.
➢Se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde alta temperatura.
➢ Su contenido de carbono puede variar desde pequeñas trazas hasta 1% C y
puede ser aún más elevado en los aceros hipereutectoides.
➢ Sus propiedades físicas varían con la composición, aumentando su dureza,
resistencia y fragilidad con el contenido de carbono.
➢ Después de los carburos y de la cementita, es el constituyente más duro de
los aceros.
➢ Tiene una resistencia de 170kgf/mm2 a 250kgf/mm2, una dureza de 50HRC
a 68HRC y un alargamiento de 2,5% a 0,5%.
➢ Es magnética.
35
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
MARTENSITA
➢ Presenta un aspecto marcadamente acicular, formando agujas en zigzag,
con ángulos de 60º.
➢ En los aceros de alto contenido de carbono y alta aleación, templados
desde alta temperatura, en los que no se ha conseguido una transformación
completa de la austenita en martensita, suelen aparecer las agujas sobre un
fondo blanco de austenita (retenida).
➢ En la transformación completa y cuando la temperatura es correcta, al no
existir el fondo blanco de austenita, la observación es difícil, la estructura
de la martensita es muy fina, de aspecto difuso (aumentos: 1.000X o más).
➢Algunas veces la martensita aparece oscura y en cambio otras veces
aparece blanca. Esto ocurre porque el acero templado, después de ser
atacado por reactivos adecuados, la martensita queda poco coloreada
(martensita alfa) y es difícil apreciar las agujas que la componen.
36
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
MARTENSITA
Martensita. (a) Agujas. (b) Placas.
➢ La martensita presenta dos
morfologías diferentes: martensita en
placas y en agujas.
➢ La martensita en placas es algunas
veces definida como martensita
acicular.
➢ Una característica es el patrón en
zigzag de pequeñas placas limitado por
grandes placa que se formaron en el
inicio de la transformación.
➢ La martensita en agujas, por su parte, es la forma más común de los aceros
endurecidos.
➢ El término agujas se refiere a la estructura fina de los cristales de martensita.
37
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
MARTENSITA
Acero UNS G10800 templado en
agua mostrando placas de
martensita. Las regiones claras
corresponden a austenita
retenida. Aumentos 1.000X.
Acero de bajo carbono templado
en agua mostrando agujas de
martensita. Aumentos 500X.
Ataque: Nital 2%.
38
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
MARTENSITA
Acero con 30% de Ni, mostrando
placas de martensita.
39
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
BAINITA
➢ Describe la microestructura de los aceros resultante de la
descomposición de austenita () en ferrita () y cementita (Fe3C) en el
rango de temperaturas por encima de la transformación martensítica y
por debajo de la perlitíca.
➢ Se forma por transformación isotérmica de la austenita, cuando la
temperatura del baño de enfriamiento es de 250ºC a 600ºC
aproximadamente.
➢ Es el constituyente característico del tratamiento isotérmico
“austempering”.
40
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
BAINITA
➢ La morfología clásica de la bainita consiste en agujas o placas formadas por
granos ferrita y carburos precipitados entre los granos de ferrita o en las
regiones entre las agujas.
➢ Se diferencian principalmente dos tipos de BAINITA, en función del rango de
temperatura en el que se produce la transformación : SUPEIROR e INFERIOR.
➢ La bainita superior de aspecto arborescente se forma a 500-550 ºC. Está
formada por una matriz ferrítica conteniendo carburos (en los aceros al
carbono, cementita).
➢ La bainita inferior de aspecto acicular (similar a la martensita) se forma a
250-400 ºC. Está constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen
delgadas placas de carburos.
41
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
BAINITA
Bainita inferior vista en
microscopio electrónico.
Orientación angular discreta
de los carburos en las agujas
de ferrita. Aumentos 8000X.
Bainita superior vista en
microscopio electrónico. Carburos
en los bordes de las agujas de
ferrita. Aumentos 5500X.
42
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
BAINITA
Microestructura de bainita superior producida a
400ºC. (a) Bainita con cementita en Fe-4,8C-4,9Ni.
(b) Bainita sin cementita en Fe-4,9C-4,85Ni-1,55Si.
43
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
BAINITA
(a) Estructura formada por transformación a 500ºC por 3 minutos en Fe-0,21C-8,81Ni, (b) Bainita
superior típica formada por la descomposición a 450ºC por 3 minutos, (c) Agujas de bainita superior
formada a 350ºC por 10 minutos, y (d) estructura bainítica formada por descomposición isotérmica a
220ºC por 150 minutos en Fe-0,41C-8,74Ni.
44
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
BAINITA
Bainita inferior. (a) Agrupamiento de bainita inferior en una
transformación parcial a 395º C en Fe-0,3C-4Cr. La fase de la matriz
iluminada es martensita. (b) Subunidades de la bainita inferior vista en
el microscopio.
45
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
BAINITA
Bainita inferior en un acero
4360, austenizado,
isotérmicemente transformado
a 300ºC, y templado. La matriz
es martensita sin revenir.
Aumentos: 500. Ataque: Picral.
Acero al carbono mostrando
bainita. Aumentos 500X.
Ataque: Picral 4% + Nital 2%.
Bainita inferior vista en
una réplica de carbono en
microscopio electrónico.
Orientación angular
discreta de los carburos en
las agujas de ferrita.
Aumentos 8000X.
46
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
CARBUROS
➢ Son cuerpos muy duros que se forman al
combinarse algunos elementos con el carbono.
➢A altas temperaturas, pueden disolverse en el
hierro y formar, por lo menos parcialmente, solución
sólida con la austenita.
➢ Se presentan principalmente en los aceros rápidos,
indeformables con alto contenido de cromo, etc.,
siendo Cr, W, Mo y V los elementos que lo forman.
Barra de AISI M2.
Segregación de carburos en el
centro de la barra redonda de
2” de diámetro. Aumentos
100X. Ataque: Nital 10%.
47
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
CARBUROS
AISI D2 austenizado a 1040ºC, templado al aire y revenido a 200ºC. Influencia
del ataque sobre el revelado. Aumentos 1000X.
48
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
INCLUSIONES NO MÉTALICAS
Son elementos extraños a la matriz metálica que aparecen en los aceros, siendo
generalmente perjudicial su presencia, ya que reducen sus características y
propiedades. Se pueden clasificar en los siguientes grupos: sulfuros, óxidos y
silicatos.
Sulfuros.
El más importante es el sulfuro de manganeso. Es plástico, de color gris
paloma, se deforma y alarga por forja y laminación. Es menos perjudicial que
los óxidos y silicatos. Mejora la maquinabilidad y disminuye la resistencia a la
corrosión por picado (pitting) en los aceros inoxidables.
Óxidos.
El óxido que con más frecuencia se presenta en los aceros es la alúmina
(Al3O2). Es muy dura y frágil. En la forja y la laminación se rompe y dispersa,
apareciendo siempre de color oscuro, de pequeño tamaño, en forma de grupos
o rosarios.
Silicatos.
Son inclusiones peligrosas porque son las que más reducen las características
de los aceros. Suelen presentarse silicatos complejos de manganeso, hierro,
cromo, etc., se alargan y rompen en la laminación y forja.
49
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
INCLUSIONES NO MÉTALICAS
Inclusión de sulfuro de manganeso (MnS).
Inclusiones de alúmina (Al3O2).
50
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
INCLUSIONES NO MÉTALICAS
Inclusiones de MnS y de silicato.
Inclusión de silicato vítreo.
Inclusión de silicato angular
51
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO
INCLUSIONES NO MÉTALICAS
Inclusiones de silicato en acero.
Sin atacar. Aumentos: 1000X.
Inclusiones de MnS en acero. Sin
atacar. Aumentos: 500X.
Inclusiones de óxido de aluminio. Las partículas se rompieron
durante la laminación. Sin atacar. Aumentos: 1000X.
52
TRANSFORMACIONES ISOTÉRMICAS
CURVA DE LA “S”
Para el estudio de los tratamientos
térmicos, es muy interesante la
representación llamada por uno curva de la
“S”, debido a su forma característica, y por
otros diagrama o curva TTT (temperatura-
tiempo-transformación) y también
diagrama de transformaciones isotérmicas
(es decir, a temperatura constante) de la
austenita.
53
TRANSFORMACIONES ISOTÉRMICAS
CURVA DE LA “S”
La curva de la izquierda señala a
cada temperatura el tiempo que
tarda en comenzar la
transformación y, la de la derecha,
el tiempo necesario para que toda
la austenita quede transformada
en otros constituyentes más
estables.
54
TRANSFORMACIONES ISOTÉRMICAS
CURVA DE LA “S”
CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS QUE APARECEN EN LAS
TRANSFORMACIONES ISOTÉRMICAS DE LA AUSTENITA.
Cuando la austenita en el enfriamiento llega a una cierta temperatura que
depende de la composición del acero y que generalmente se encuentra en la
zona de 350º a 50ºC, se inicia la transformación en martensita.
El proceso de formación es completamente diferente de los otros. Es casi
instantáneo y no existen períodos de nucleación y crecimiento.
AVANCE DE LA TRANSFORMACIÓN DE LA AUSTENITA.
Se ha comprobado que la formación de la martensita no depende, como la de
perlita y bainita, del tiempo, sino exclusivamente de la temperatura, y por lo
tanto, las líneas que señalan el avance de la formación de la martensita
difieren de las de aquellos constituyentes y son horizontales.
La formación de la martensita para una composición dada, y una misma
temperatura de austenización comienza siempre a la misma temperatura.
Si la transformación de la austenita en martensita se ha iniciado y a
continuación se mantiene constante la temperatura, la transformación no
avanza o lo hace lentísimamente.
55
TRANSFORMACIONES ISOTÉRMICAS
CURVA DE LA “S”
AVANCE DE LA TRANSFORMACIÓN DE LA AUSTENITA. (Continuación).
En cambio, la transformación avanza al descender la temperatura.
Cada acero tiene, por lo tanto, una temperatura crítica Ms (punto Ar´´´), en el
que se inicia la transformación de austenita en martensita, que es
independiente de la velocidad de enfriamiento. Luego, a una temperatura Mf,
la transformación es completa.
Las temperaturas Ms y Mf se modifican al variar la temperatura de
austenización. Al aumentar la temperatura de calentamiento descienden las
temperaturas Ms y Mf, aumentando la cantidad de austenita retenida.
La temperatura Mf suele ser, en general, de 150º a 300ºC inferior a la Ms de
cada acero. Los diferentes elementos aleantes influyen de manera similar a la
mencionada para Ms.
56
TRANSFORMACIONES ISOTÉRMICAS
CURVA DE LA “S”
APLICACIÓN INDUSTRIAL DEL ESTUDIO DE LA CURVA DE LA “S”.
Las curvas de la “S” de los aceros, ayudan a comprender e interpretar con
bastante claridad, las transformaciones que ocurren durante los tratamientos
térmicos.
En la zona superior, donde nacen todas las estructuras de tipo perlítico, el
punto de transformación se denomina Ar´. En la zona intermedia, donde nacen
todas las estructuras de tipo baínitico, el punto de transformación se denomina
Ar´´, y en la inferior, martensítica, se llama Ar´´´.
Para que el temple de un acero sea perfecto, la curva de enfriamiento debe ser
tal que no llegue a tocar la nariz de la “S” y no se transforme nada de austenita
en otros constituyentes blandos que aparecen a elevadas temperaturas y se
conserve el estado austenítico hasta la zona de los 300º-200ºC, donde se
efectúa la transformación de austenita a martensita.
La velocidad crítica de temple es la correspondiente a la curva de enfriamiento
que es tangente a la curva de la “S” en la nariz.
También se comprende por qué aparecen diferentes estructuras en la periferia
y en el centro de las piezas templadas.
57
TRANSFORMACIONES ISOTÉRMICAS
CURVA DE LA “S”
Estudio del enfriamiento del
centro y de la periferia de un
redondo de acero, empleando
la curva de la “S”.
58
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
En Argentina, la normativa de clasificación de los aceros corresponde a las
normas IRAM-IAS que siguen la designación de las normas AISI-SAE. Algunas
de las normas IRAM son las siguientes:
➢ IRAM-IAS U 500-600 NM 87. “Aceros al carbono y aleados para construcción
mecánica”.
➢ IRAM-IAS U 500 669. “Aceros para herramientas. Parte 1 - Clasificación,
designación y composición química. Parte 2 - Condiciones técnicas de
suministro”.
➢ IRAM-IAS U 500 690. “Aceros inoxidables. Clasificación, designación y
composición química”.
La designación de los aceros según su composición química se realiza para los
aceros al carbono y aleados, con la palabra “COPANT” seguida de un número
de 4 dígitos y para algunos aceros aleados, de un número de 5 dígitos.
Los dos primeros indican el tipo de acero. Los dos últimos, para el número de 4
dígitos y los 3 para últimos para el número de 5 dígitos, indican el valor medio
aproximado de los límites de contenido de carbono, expresado en centésimas
por ciento. Las letras B, L o S intercaladas luego de los dos primeros dígitos
indican contenido de boro, plomo o azufre respectivamente.
59
ACEROS AL CARBONO Y ALEADOS PARA CONSTRUCCIONES
MECÁNICAS
Clasificación Tipo Designación
De bajo y mediano manganeso 10XX
Resulfurados de corte libre 11XX
Resulfurados y refosforados de corte libre 12XX
Con adición de niobio 14XX
De alto manganeso 15XX
Manganeso 13XX
Níquel 23XX
Níquel 25XX
Níquel-cromo 30XX
Níquel-cromo 31XX
Níquel-cromo 32XX
Níquel-cromo 33XX
Níquel-cromo 34XX
Níquel-cromo 35XX
Molibdeno 40XX
Cromo-molibdeno 41XX
Cromo-molibdeno 42XX
Níquel-cromo-molibdeno 43XX
Molibdeno 44XX
Aceros al carbono
Aceros aleados al:
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
60
Clasificación Tipo Designación
Níquel-cromo-molibdeno 45XX
Níquel-molibdeno 46XX
Níquel-cromo-molibdeno 47XX
Níquel-molibdeno 48XX
Cromo 50XX
Cromo 51XX
Cromo 50XXX
Cromo 51XXX
Cromo 52XXX
Cromo-molibdeno 53XXX
Cromo-vanadio 61XX
Cromo-molibdeno-vanadio 62XX
Níquel-cromo-molibdeno 81XX
Níquel-cromo-molibdeno 86XX
Aceros aleados al:
ACEROS AL CARBONO Y ALEADOS PARA CONSTRUCCIONES
MECÁNICAS
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
61
Clasificación Tipo Designación
Níquel-cromo-molibdeno 87XX
Níquel-cromo-molibdeno 88XX
Silicio-manganeso 92XX
Níquel-cromo-molibdeno 93XX
Níquel-cromo-molibdeno 94XX
Silicio-vanadio 95XX
Níquel-cromo-molibdeno 97XX
Níquel-cromo-molibdeno 98XX
Boro XXBXX
Plomo XXLXX
Azufre XXSXX
Aceros al carbono y
aleados con:
Aceros aleados al:
ACEROS AL CARBONO Y ALEADOS PARA CONSTRUCCIONES
MECÁNICAS
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
62
ACEROS PARA HERRAMIENTAS
Los aceros para herramientas fabricados a partir de aceros al carbono o
aleados, son adecuados para la fabricación de matrices, estampas,
herramientas de corte, punzones, etc.
La clasificación de los aceros de herramientas tiene en cuenta los aceros de
composiciones y propiedades similares. Los mismos se agrupan bajo una letra
mayúscula, mientras que los tipos particulares son designados por un número
código dentro de cada grupo.
Estos aceros pueden adquirir, por tratamientos térmicos, una o varias de las
características siguientes:
➢ Alta dureza.
➢ Alta resistencia al desgaste
➢ Alta resistencia al impacto mecánico
➢Alta resistencia al choque térmico
➢ resistencia a la deformación en caliente.
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
63
ACEROS PARA HERRAMIENTAS
Clasificación Clases Símbolo Observaciones
al Molibdeno M
al Tungsteno T
Otros R
al Cromo
H
(H1 - H19)
Resistentes al chque térmico
al Tungsteno
H
(H20 - H39)
Resistentes al desgaste a temperatura elevada
al Molibdeno
H
(H40 - H59)
Resistentes al desgaste a temperatura elevada
Otros C Resistente al choque mecánico en caliente
al Carbono W Temple en agua
alto carbono y baja aleación O Temple en aceite; de moderada deformabilidad
alto carbono y media aleación A Temple al aire; de baja deformabilidad
alto carbono y alta aleación D De mínima deformabilidad
bajo carbono y baja aleación
medio carbono y media aleación
Resistentes al
impacto
S
al carbono-tungsteno F
de baja aleación L
Para otros
usos
P
Para cementación de la pieza terminada (por
ejemplo: P4).
Rápidos
Para trabajos
en caliente
Para trabajos
en frío
Para moldes
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
64
ACEROS INOXIDABLES
Los aceros inoxidables son aleaciones de hierro, cromo y carbono, que en
ocasiones se combinan con otros elementos aleantes, fundamentalmente
níquel, también molibdeno, manganeso, silicio, titanio, niobio, nitrógeno, que
le confieren una alta resistencia a varios tipos de corrosión. La mínima
cantidad de cromo necesaria para proporcionar esta resistencia a la corrosión
está entre el 10 y el 12%. La razón por la que estos aceros presentan una alta
resistencia a la corrosión es que en la superficie del acero y en presencia de un
ambiente oxidante, tiene lugar el crecimiento de una capa muy fina y compacta
de óxido de cromo que aísla al material de los ataques corrosivos. Esta película
se llama película pasiva.
Principales características:
➢ Alta resistencia a la corrosión.
➢ Resistencia mecánica adecuada.
➢ Resistencia a altas temperaturas y criogénicas.
➢Buenos acabados superficiales y formas variables.
➢Bajo costo de mantenimiento.
➢No contamina los alimentos.
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
65
CLASIFICACIÓN.
Los aceros inoxidables se pueden clasificar en cinco familias.
➢ Martensíticos.
➢ Ferríticos.
➢ Austeníticos.
➢ Dúplex (austenoferríticos).
➢ Endurecidos por precipitación (PH).
CLASE DESIGNACIÓN AISI
Martensíticos
Ferríticos
Austeníticos Serie 200 y 300
Dúplex
Endurecidos por
precipitación (PH)
Serie 400
Se usa el nombre
comercial
ACEROS INOXIDABLES
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
66
FORMACIÓN DE LA AUSTENITA
TRANSFORMACIÓN DURANTE EL CALENTAMIENTO
➢ Los tratamientos térmicos de los aceros parten generalmente del
calentamiento por encima de la temperatura Ac3 o Acm, es decir, en el
campo austenítico, mantenimiento o permanencia durante cierto tiempo y
finalmente un enfriamiento.
➢ La primer etapa, calentamiento, consiste en la formación de la
austenita (austenización), cuyos objetivos son:
- Transformar la estructura de partida en fase 
- Poner en solución el carbono y otros elementos presentes.
- Homogeneizar la austenita.
67
FORMACIÓN DE LA AUSTENITA
TRANSFORMACIÓN DURANTE EL CALENTAMIENTO
Representación esquemática del recocido de regeneración,
normalizado y temple de un acero.
68
FORMACIÓN DE LA AUSTENITA
ESTRUCTURAS DE PARTIDA
➢ El acero puede presentar dos tipos de estructuras iniciales:
➢ Estructuras de equilibrio, o próximas a él, a temperatura ambiente:
- Mezcla de ferrita y perlita o ferrita y cementita → Aceros hipoeutectoides;
- Perlita → Aceros eutectoides;
- Mezcla de perlita y cementita → Aceros hipereutectoides.
➢ Estructuras alejadas del equilibrio, tales como bainita o martensita.
69
FORMACIÓN DE LA AUSTENITA
ESTRUCTURAS DE PARTIDA
Solamente a altas temperaturas se da un crecimiento de grano importante, por
lo tanto, se puede utilizar altas temperaturas para homogeneizar la austenita
sin que el grano crezca en forma significativa.
En consecuencia, la temperatura y el tiempo de austenización es una solución
de compromiso entre obtener una austenita homogénea y un tamaño de grano
suficientemente fino.
➢ En resumen, el estado de la austenita a alta temperatura depende de:
a- Condiciones del calentamiento: velocidad de calentamiento, temperatura y
tiempo de mantenimiento.
b- Estado inicial del acero: tamaño de los carburos, composición química de
éstos, presencia o no de precipitados muy finos como nitruros y carbonitruros.
Los aspectos del estado de la austenita que interesan son:
- Disolución de los precipitados.
- Homogeneización.
- Tamaño de grano.
70
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
➢ Ciclo térmico: historia o programa térmico en función del calentamiento,
tiempo, permanencia y enfriamiento cumplido por un acero, en el cual los
estados estructurales inicial y final son a la temperatura ambiente.
➢ Tratamientos térmicos: operación o conjunto de operaciones por medio de
las cuales se somete al acero, en estado sólido, a uno o varios ciclos térmicos.
Tienen por objeto mejorar las propiedades y características de los aceros, y
consisten en calentar y mantener las piezas o herramientas de acero a las
temperaturas adecuadas, durante un cierto tiempo y enfriarlas luego en
condiciones convenientes. De esta forma, se modifica la estructura
microscópica de los aceros, se verifican transformaciones físicas y a veces hay
también cambios en la composición del metal.
El tiempo y la temperatura son los factores principales y hay que fijarlos
siempre de antemano, de acuerdo con la composición del acero, la forma y el
tamaño de las piezas y las características que se desean obtener.
71
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
Los tratamientos térmicos más usados son:
➢ Recocido
➢ Temple
➢ Normalizado
➢ Cementación
➢ Nitruración
➢Revenido
72
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
Esquema de los
tratamientos térmicos
más empleados.
Los puntos y zonas
negras señalan las
temperaturas de
transformación del acero.
73
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
Representación esquemática
de diversos tratamientos
térmicos, empleando el
diagrama de la curva de la
“S”.
74
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
El tratamiento térmico puede ser causa de:
➢ Modificaciones de los constituyentes estructurales, manteniendo invariable
la composición química global.
➢ Las modificaciones estructurales se pueden estudiar con ayuda de la curva
“S” o “T.T.T.”.
➢Utilizar ciertas acciones químicas o físicoquímicas de forma controlada para
aumentar o reducir el contenido de ciertos elementos en el acero, mediante la
influencia de un medio exterior apropiado (sólido, líquido o gaseoso), ejemplo:
carburación, descarburación, nitruración.
75
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
➢ Conferir propiedades particulares diferenciadas a las capas superficiales de
la pieza tratada por transformación, como, por ejemplo, el temple superficial.
➢ Modificar o eliminar la distribución y la intensidad de las tensiones internas,
como por ejemplo, el recocido de alivio de tensiones.
El tratamiento térmico puede ser:
➢ TOTAL: cuando se aplica a toda la pieza.
➢ LOCAL: cuando se aplica solamente a una parte o ciertas partes de la pieza.
➢ SUPERFICIAL, total o local: cuando se aplica a la superficie de la pieza.
76
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
FENÓMENOS TERMICOS EN CALENTAMIENTO Y
EN ENFRIAMIENTO
La variación de la temperatura depende de la cantidad de calor entregada a la
pieza en cada instante, de la geometría y de las propiedades físicas de esta.
La ecuación a resolver es la ecuación de difusión del calor, con las condiciones
de contorno e iniciales que correspondan.
)
( s
m T
T
S
t
Q
−
=


 )
( s
m T
T
S
t
Q
−
=


 )
( s
m T
T
S
t
Q
−
=



CURVA DE CALENTAMIENTO
77
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
FENÓMENOS TERMICOS EN CALENTAMIENTO Y
EN ENFRIAMIENTO
La mayor dificultad es definir cuál es el momento donde termina el
calentamiento y comienza el mantenimiento a temperatura.
Esto es importante en piezas de grandes dimensiones o cargas compactas,
dada la incerteza en el tiempo en que el núcleo de la pieza o de la carga llega a
la temperatura especificada.
)
( s
m T
T
S
t
Q
−
=


 )
( s
m T
T
S
t
Q
−
=


 )
( s
m T
T
S
t
Q
−
=



TIEMPO DE MANTENIMIENTO
78
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
FENÓMENOS TERMICOS EN CALENTAMIENTO Y
EN ENFRIAMIENTO
Para obtener la curva de enfriamiento en las condiciones simplificadas usadas
en el calentamiento, basta tener en cuenta que ahora la temperatura inicial de
la pieza (T0) es mayor que la del medio (Tm).
Sin embargo, al contrario del calentamiento, que en la práctica industrial se
realiza generalmente a bajas velocidades, durante el enfriamiento se emplean
en muchos casos, altas velocidades de enfriamiento. Por lo tanto, hay que
tener en cuenta el gradiente de temperatura dentro de la pieza.
)
( s
m T
T
S
t
Q
−
=


 )
( s
m T
T
S
t
Q
−
=


 )
( s
m T
T
S
t
Q
−
=



CURVA DE ENFRIAMIENTO
79
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL
TRATAMIENTO TÉRMICO
Los principales son:
➢ Curva de la “S” del acero.
➢ Efecto de la masa (tamaño y forma).
➢ Duración de ciertas etapas de ciclo térmico.
➢ Forma de enfriamiento: isotérmico, continuo, por etapas.
➢ Estado superficial.
80
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
AUSTENIZACIÓN
Como ya se mencionó, consiste en la operación mediante la cual se lleva al
acero al estado austenítico de forma más o menos completa, es decir, al estado
de solución sólida “”.
Implica un calentamiento con un tiempo suficiente de mantenimiento a una
temperatura que será:
- Superior a A1-A3 para aceros hipoeutectoides;
- Superior a A1-Acm para aceros hipoeutectoides, si lo que se desea es una
austenización, o solamente entre A1-A3; A1-Acm, si la austenización incompleta
es compatible con la realización del tratamiento térmico.
81
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
AUSTENIZACIÓN
➢ Austenización completa: la estructura obtenida es completamente
austenítica y en estado de equilibrio.
➢ Austenización incompleta: además de la fase gama (), subsiste una
proporción de la fase alfa () o de carburos que habría podido ser reducida o
eliminada. Por calentamiento en ambos casos se puede conseguir la
austenización completa.
➢ Austenización parcial: no se produce la disolución de los carburos o de otros
constituyentes al no haberse llegado al equilibrio por no ser deseable dicha
disolución, por ejemplo, en la austenización de los aceros rápidos o por ser
imposible la austenización completa a ninguna temperatura.
82
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
FALLAS EN LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Los tratamientos térmicos pueden implicar diversas incidencias, no deseables,
de las cuales las más frecuentes son:
➢ Quemado: Calentamiento efectuado en condiciones de temperatura muy
elevada, que dan lugar a alteraciones pronunciadas del borde de grano
austenítico, las que hacen imposible la regeneración por tratamientos
térmicos.
➢ Sobrecalentamiento: Calentamiento efectuado en condiciones de tiempo y/o
temperatura, duración o de ambas, que dan lugar a un incremento anormal del
grano austenítico sin excesiva alteración de sus bordes. Un acero
sobrecalentado puede regenerarse mediante tratamiento térmico, una
deformación plástica apropiada o una combinación de ambas operaciones.
➢Descarburación: Disminución del contenido de carbono del acero, debido a la
acción de un medio exterior a temperatura suficientemente elevada.
La descarburación puede ser profunda o limitarse a las capas superficiales.
83
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
FALLAS EN LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Carburación: Aumento del contenido en carbono del acero, debido a la acción
de un medio exterior a temperatura suficientemente elevada.
La carburación puede ser profunda o limitarse a las capas superficiales.
➢ Deformación: Variación de las dimensiones, de la forma de un producto o de
ambas, como consecuencia del tratamiento térmico.
➢ Fisuras: Fisura originada en el acero por los efectos inmediatos o diferidos de
un calentamiento o de un enfriamiento del tratamiento térmico originadas por
choque térmico o tensiones estructurales.
84
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
RECOCIDO
Es un tratamiento orientado a conseguir uno o varios de los objetivos
siguientes:
➢ Eliminar los defectos estructurales de la solidificación, de una deformación
plástica en frío o en caliente, de una operación de soldadura o de un
tratamiento térmico anterior.
➢ Conferir al acero un estado de ablandamiento definido o tender a reproducir
este estado si la estructura ha sido alterada por los tratamientos térmicos.
➢ Provocar la formación de estructuras favorables para el mecanizado, la
deformación en frío o la formación de una estructura determinada, por
ejemplo, para un tratamiento térmico posterior, etc.
➢ Eliminar o reducir las tensiones internas del acero.
85
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
RECOCIDO
El ciclo térmico consiste en:
➢ Un calentamiento hasta una temperatura llamada temperatura de recocido,
determinada de acuerdo con la composición química y el objetivo a conseguir.
➢ Un mantenimiento isotérmico u oscilante alrededor de una temperatura.
➢ Un enfriamiento generalmente lento, según la función predeterminada.
86
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
RECOCIDO
➢ Calentamiento por debajo de A1:
El recocido subcrítico no involucra la formación de austenita.
En aceros hipoeutectoides laminados o forjados, conteniendo ferrita y perlita,
este tratamiento puede ajustar la dureza de ambos constituyentes, pero se
requiere un tiempo excesivo a temperatura para un ablandamiento sustancial.
El recocido subcrítico es más efectivo cuando se aplica a aceros duros o
deformados en frío, que recristalizan para formar nuevos granos de ferrita.
La práctica del enfriamiento tiene poco efecto sobre las propiedades
resultantes.
87
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
RECOCIDO
➢ Calentamiento por encima de A1:
La austenita comienza a formarse cuando la temperatura del acero excede A1.
En los aceros hipoeutectoides, la estructura de equilibrio en la zona intercrítica
consiste en  + , y a temperatura por encima de A3, es completamente
austenita.
A pesar de esto, la mezcla de equilibrio ferrita + austenita no se alcanza
instantáneamente, persisten carburos sin disolver, especialmente si el tiempo
de austenizado es corto o la temperatura es cercana a A1, causando
inhomogeneidad en la austenita.
88
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
RECOCIDO
➢ Enfriamiento. Descomposición de la austenita.
En el enfriamiento, la austenita se descompone en  y Fe3C. Esto se produce
dando diferentes formas en las cuales se presentan la ferrita y la cementita, en
función de la temperatura alcanzada en el austenizado, y de la temperatura a
la cual  se transforma en estos productos.
- Cercana a A1: la estructura será laminar o globular gruesa y aparecerá
después de tiempos muy largos.
- Cercana a los 600ºC: la estructura será laminar fina o globular fina,
presentándose a tiempos muy cortos.
89
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
NORMALIZADO
Es uno de los tratamientos térmicos más fáciles de realizar. Se utiliza lo mismo
para piezas fundidas, forjadas o mecanizadas, y sirve para afinar la estructura
y eliminar las tensiones que suelen aparecer en la solidificación, forja o en
otras operaciones posteriores.
Como el nombre lo indica, se da este tratamiento a los aceros para que queden
con los constituyentes y características que puedan considerarse normales o
propios de su composición.
Consiste en calentar los aceros a una temperatura superior a la crítica Ac3 o
Acm, para que pasen al estado austenítico y dejar enfriar luego al aire
tranquilo. En el normalizado la velocidad de enfriamiento es menor a la del
temple pero mayor que la del recocido.
Es un tratamiento típico de los aceros al carbono de construcción de 0,15 a
0,40 % de C.
90
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
NORMALIZADO
El espesor de las piezas ejerce bastante influencia en los constituyentes y en
las características que se obtienen en el normalizado de los aceros.
Comparación de los ciclos tiempo-temperatura
entre el normalizado y un recocido completo. El
enfriamiento más lento del recocido resulta en
altas temperaturas de transformación a ferrita y
perlita, y una microestructura más grosera que la
del normalizado.
91
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
NORMALIZADO
El normalizado se puede emplear como recocido de homogeneización o de
regeneración, aplicado a piezas que presenten una estructura grosera, como el
acero bruto de forja, de laminación y similares.
Por medio del normalizado, se eliminan las tensiones internas y se uniformiza
el tamaño de grano del acero. Se emplea casi exclusivamente para los aceros
de construcción al carbono o de baja aleación.
Los aceros autotemplantes (de temple al aire) no se incluyen como aceros para
normalizado, ya que no exhiben microestructura perlítica “normal” que
caracteriza a este tratamiento.
ACEROS DE NORMALIZADO.
Se puede normalizar un amplio rango de productos ferrosos de aceros de bajo,
medio y alto carbono, así como varios tipos de aceros colados. Usualmente, los
aceros austeníticos, inoxidables y maraging no se normalizan.
92
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
NORMALIZADO
Aceros al carbono.
Los aceros que contienen 0,20%C o menos, generalmente no reciben
tratamiento posterior al normalizado.
Aceros aleados.
Para aceros aleados forjados, productos laminados y fundidos, el normalizado
se utiliza comúnmente como un tratamiento de acondicionado antes del
tratamiento térmico final.
93
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
NORMALIZADO
Proceso: el normalizado consiste en el paso de la chapa o fleje a través de un
horno continuo donde el material es calentado a una temperatura aproximada
de 55 a 85ºC por encima de la superior de transformación, 845 a 900ºC,
obteniendo de este modo en completa solución a la estructura original y a
continuación, enfriando al aire al material hasta la temperatura ambiente.
Acero 1008 enfriado
lentamente, mostrando
las islas de perlita en una
matriz ferrítica. La
morfología laminar de la
perlita es visible. Ataque:
Picral 4%. 500X.
Acero 1008 Normalizado, la
morfología laminar de la perlita no es
visible. Ataque: Picral 4%. 1000X.
94
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
TEMPLE
El temple se refiere al proceso de enfriamiento rápido de las piezas metálicas
desde la austenización o temperatura de tratamiento de la solución,
típicamente dentro de la gama de 815 a 870 ° C para el acero.
Los aceros de alta aleación y los inoxidables se pueden templar para reducir al
mínimo la presencia de carburos en borde de grano y para mejorar la
distribución de la ferrita, pero la mayoría de los aceros, incluidos los aceros al
carbono, de baja aleación y para herramientas, se templan para producir
cantidades controladas de martensita en la microestructura.
El éxito del temple, por lo general, significa lograr la microestructura, dureza,
resistencia, o tenacidad requerida.
Los medios de temple más comunes son los medios líquidos o gaseosos. Los
líquidos de temple utilizados comúnmente son:
95
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
TEMPLE
➢ Aceite que puede contener una variedad de aditivos
➢ Agua
➢ Soluciones acuosas de polímeros, sales o aditivos,
Los gases de temple más comunes son los gases inertes, incluido el helio, el
argón y el nitrógeno.
La capacidad de templar para endurecer un acero depende de las
características de enfriamiento del medio de temple.
La eficacia del temple depende de la composición del acero, el tipo de medio
para templar, o de las condiciones de uso del medio de temple.
96
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
TEMPLE
FUNDAMENTOS Y EVALUACIÓN DEL TEMPLE.
Fundamentalmente, el objetivo del proceso de temple es que el acero se enfríe
desde la temperatura de austenización suficientemente rápido para formar las
fases microestructrales deseadas, a veces bainita pero más a menudo
martensita.
La función básica del medio de temple es controlar el rango de transferencia de
calor desde la superficie de la pieza a ser templada.
PROCESO DE TEMPLE.
El rango de extracción de calor de un medio de temple y la forma en que se lo
utiliza, afecta sustancialmente el rendimiento del proceso de temple.
Las variaciones de las prácticas de temple han dado lugar a la asignación de
nombres específicos a algunas técnicas de temple:
97
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
TEMPLE
➢ Temple directo.
➢ Temple tipo “tiempo escalonado”.
➢ Temple selectivo.
➢ Temple por rocío (spray).
➢ Temple en niebla.
➢ Temple interrumpido.
98
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
TEMPLE
TEMPLE INTERRUMPIDO.
Consiste en un rápido enfriamiento del metal desde la temperatura de
austenización hasta un valor por encima de Ms donde mantiene durante un
tiempo determinado y luego se enfría al aire.
Existen tres tipos de temples interrumpidos: austempering, marquenching
(martempering) y temple isotérmico.
La temperatura a la cual el temple es interrumpido, el tiempo de permanencia
del acero a temperatura y las velocidades de enfriamiento, pueden variar
dependiendo del tipo de acero y del espesor de la pieza.
99
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
TEMPLE
Comparación de las velocidades
de enfriamiento en uno
interrumpido.
(a) Temple convencional,
proceso que utiliza agua,
aceite o polímero como medio
refrigerante.
(b)Marquenching, que utiliza ya
sea una sal o aceite caliente.
(c) Austempering, utiliza una sal.
(d)Temple isotérmico, que
utiliza ya sea una sal o aceite
caliente como medio de
temple.
100
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
TEMPLE
Secuencia de una barra de acero caliente a ser
templada en una solución de un polímero
(Polyalkylene glycol) al 25% en agua.
(1)Cuando la barra es inmersa, una película del
polímero se forma sobre su superficie.
(2)Después de 15s.
(3)Después de 25s.
(4)Después de 35s.
(5)Después de 60s.
(6)Después de 75s, la película de polímero se ha re
disuelto completamente y la extracción de calor se
efectúa completamente por convección.
101
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
TEMPLE A LA LLAMA
Es un tratamiento térmico en el que una fina capa de la superficie de una pieza
de acero se calienta rápidamente a una temperatura por encima del punto
crítico del acero. Después de que la estructura de grano de la capa ha llegado
al estado austenítico (austenizado), la pieza es rápidamente templada,
transformando la austenita a martensita, dejando el núcleo de la pieza en su
estado original.
Para lograr dureza, por lo tanto, el acero debe ser enfriado rápidamente a fin
de que no pase por las dos primeras
fases de transformación (perlita y bainita) y transforme directamente de
austenita a martensita.
El temple a la llama emplea directamente el choque de una llama de alta
temperatura o la alta velocidad de los gases de combustión de productos.
102
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
TEMPLE A LA LLAMA
Las profundidades de endurecimiento son de alrededor de 0,8 a 6,4mm o
mayores se pueden obtener, en función de los combustibles utilizados, la
duración del calentamiento, la templabilidad del material, el medio de temple y
el método de enfriamiento utilizado.
Aunque el temple a la llama se utiliza principalmente para desarrollar altos
niveles de dureza de la resistencia al desgaste, también mejora la resistencia a
la flexión y a la torsión y la vida a la fatiga.
Los aceros adecuados para el temple por llama o inducción incluyen aceros de
medio carbono (>0.3%C), aceros microaleados de medio carbono y aceros de
baja aleación.
103
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
TEMPLE A LA LLAMA
Alcance y aplicación.
Este proceso se utiliza porque:
- Las piezas son tan grandes que los hornos convencionales de calefacción y el
enfriamiento son impracticables o antieconómicos.
Los ejemplos típicos incluyen grandes engranajes, rollos.
- Sólo un pequeño segmento de la sección, o parte de una zona requiere
tratamiento térmico, porque el tratamiento de todo sería perjudicial para la
función de la pieza. Los ejemplos típicos son los extremos de válvulas,
superficies de levas y palancas
- La precisión dimensional de una pieza es inviable o difícil de alcanzar por el
horno o el control de la calefacción
y enfriamiento.
104
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
TEMPLE A LA LLAMA
Beneficios:
➢ Baja inversión inicial.
➢ Permite la ejecución de temple localizado en la superficie de piezas, no
alterando la microestructura o las propiedades mecánicas originales de su
interior (núcleo).
➢ Posibilita el temple de piezas con formas y dimensiones extremamente
diversificadas.
➢ Facilidad de implantación, operación y mantenimiento.
105
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
TEMPLE POR INDUCCIÓN
Se describen algunos conceptos básicos:
Cuando circula una corriente por un conductor, se crea un campo magnético a
su alrededor. Si el conductor tiene forma de espira, hay un flujo de campo
magnético a través de ésta. Si el campo es debido a una corriente alterna, al
introducir una pieza metálica en la espira (o en una bobina), el campo
magnético induce corrientes eléctricas en la pieza (corrientes de Foucault).
Estas corrientes inducidas generan calor por efecto Joule (P=R.I2; P: potencia;
R: resistencia; I: intensidad de corriente).
106
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
TEMPLE POR INDUCCIÓN
En la figura se ve el sentido de circulación de la corriente en la bobina y en la
pieza.
Camino de la corriente
eléctrica en la bobina y en el
metal durante el temple por
inducción.
107
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
TEMPLE POR INDUCCIÓN
Circuito eléctrico equivalente.
La pieza, o carga, puesta en el conductor es equivalente a una resistencia Rc y
a una inductancia Xc. Hay que tener en cuenta también la resistencia Ri y la
inductancia Xi del inductor, así como la inductancia Xe del entrehierro.
108
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
TEMPLE POR INDUCCIÓN
En el calentamiento por inducción entran en juego tres fenómenos físicos
sucesivos:
➢ Transferencia de energía electromagnética del inductor a la carga (cuerpo a
calentar).
➢ Transformación de la energía electromagnética en calor por efecto Joule.
➢ Transmisión del calor por conducción al resto de la masa del cuerpo.
Es interesante acotar que:
1- La carga puede ser llevada a una temperatura mucho más alta que la
temperatura de la fuente (inductor), a diferencia de los calentamientos por
conducción y por radiación.
2- Poca inercia térmica.
3- El calor se genera en el interior del mismo cuerpo.
109
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
TEMPLE POR INDUCCIÓN
La profundidad de penetración del calor depende principalmente de la potencia
empleada y de la frecuencia.
Rendimiento eléctrico de un inductor.
En la siguiente tabla se muestran valores típicos para cargas de distintos
materiales:
Material a calentar h [%]
Acero magnético 90
Acero no magnético 70-75
Aluminio 50
Cobre 45
110
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
TEMPLE POR INDUCCIÓN
Calentamiento (a) externo, (b) interno y (c) de superficies planas.
111
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
TEMPLE POR INDUCCIÓN
Ventajas:
- El calentamiento por inducción permite concentrar en volúmenes reducidos,
potencias importantes.
- El calentamiento se localiza en aquellas zonas que deben ser tratadas.
- Se pueden usar aceros débilmente aleados o no aleados.
- Se evitan los fenómenos de descarburación y oxidación.
- Ésta forma de calentamiento se presta a la automatización, y, por sus
tiempos cortos, permite producciones elevadas.
Desventajas:
- Pueden aparecer dispersiones importantes, la profundidad de temple por
variación de composición química o del estado inicial del acero.
112
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
REVENIDO
Se refiere al tratamiento térmico efectuado sobre un producto templado, con el
fin de obtener modificaciones que le confieran las características de empleo
deseadas. Este tratamiento provoca la formación de una estructura más
próxima al estado de equilibrio físico-químico que la obtenida mediante el
temple. Al conjunto de estas dos operaciones se lo designa por “temple y
revenido” (también se lo conoce como bonificado).
El ciclo térmico se compone de las etapas siguientes:
- Un calentamiento hasta una temperatura determinada pero inferior a Ac1.
- Uno o varios mantenimientos a una o varias temperaturas determinadas.
- Uno o varios enfriamientos hasta la temperatura ambiente, llevados a cabo
de forma apropiada o según una función prefijada.
113
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
REVENIDO
Esquema del temple y
revenido de los aceros.
114
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
REVENIDO
OBJETIVOS DEL REVENIDO.
En general, el revenido puede producir:
- Aumento de las características de ductilidad.
- Disminución de las características de resistencia y dureza.
- Endurecimiento secundario.
- Disminución de las tensiones producidas por el temple.
- Fragilidad.
Endurecimiento secundario por revenido.
Aumento de dureza posterior al temple y que puede tener como origen:
- Formación de estructuras de temple a partir de la austenita residual. Estas
estructuras se forman durante el calentamiento a la temperatura de revenido,
o a lo largo del enfriamiento posterior a este mantenimiento.
- Precipitación de constituyentes duros (carburos en partículas) en el curso del
revenido.
115
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
REVENIDO
REVENIDO DE LA MARTENSITA.
En la práctica industrial, los tratamientos térmicos más comunes aplicados a
los aceros consisten en dos operaciones principales:
- Temple: calentamiento a una temperatura por encima de Ac3
(aproximadamente a Ac3 + 30ºC) y un posterior enfriamiento, generalmente
muy rápido.
- Revenido: calentamiento por debajo de Ac1.
Según el tipo de acero y las condiciones del temple, las fases restantes pueden
ser: ferrita, perlita, martensita, bainita u austenita retenida.
Puede obtenerse alguna de estas fases o cualquier combinación de ellas.
116
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
Básicamente, durante el revenido la martensita se descompone en ferrita y
carburos, buscando el estado de equilibrio termodinámico. La rapidez de esta
evolución depende de la temperatura y del tiempo de revenido, pero
principalmente de la primera. En los aceros al carbono y de media aleación, se
distinguen varias etapas de esta evolución. Las más importantes son:
Temperatura [ºC] Transformación
25-100 Segregación de carbono a las dislocaciones
100-250 Precipitación de carburos epsilon
200-300 Transformación de la asutenita retenida a bainita
250-350 Formación de cementita
400-600 Esferoidización de la cementita
500-600 Formación de carburos aleados
600-700
Crecimiento de la cementita, recristalización y
crecimiento de grano.
REVENIDO
117
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
MODIFICACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS.
Los aceros al carbono después de un temple teóricamente perfecto, están
constituidos por cristales de martensita. El acero en esta forma es muy
resistente, pero tiene poca ductilidad y tenacidad.
Si el acero templado se vuelve a calentar a diferentes temperaturas
comprendidas entre la temperatura ambiente y 700ºC, y después se enfría al
aire, la resistencia a la tracción disminuye progresivamente a medida que se
elevas la temperatura del revenido y al mismo tiempo aumenta la ductilidad y
la tenacidad.
La resistencia al choque o resiliencia, que es generalmente muy baja cuando el
revenido se hace a temperaturas inferiores a 450ºC, aumenta en cambio
notablemente cuando el revenido se efectúa a temperaturas más elevadas.
REVENIDO
118
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
EJEMPLO DE UN ACERO TEMPLADO DE
0,90%C, OBSERVADO CON 1.000 AUMENTOS.
Al continuar el revenido, a unos 400ºC, se
observa un oscurecimiento muy intenso
(figura superior). Antiguamente se pensaba
que se trataba de troostita.
Luego, al aumentar la temperatura de
revenido, se acentúa y desarrolla la
coalescencia de la cementita. Antiguamente se
pensaba que esta estructura formada a 600º-
650ºC era sorbita (figura inferior).
REVENIDO
Templado y revenido a 450ºC,
enfriado en agua. Antiguamente
troostita y sorbita. 1000X.
Templado y revenido a 650ºC,
enfriado en agua. Antiguamente
sorbita. 1000X.
119
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES
TRANSFORMACIONES MICROSCÓPICAS EN EL REVENIDO DE LOS ACEROS CON
AUSTENITA RETENIDA.
Cuando en la microestructura de los aceros templados aparece junto a los
cristales de martensita cierta cantidad de austenita residual, debido a que el
acero es de alta aleación o por haberse empleado una temperatura de temple
muy elevada, las transformaciones en el revenido son algo complicadas.
REVENIDO
Acero de 1%C y 5%Ni, templado a 925ºC y revenido a diversas temperaturas. 750X.
Templado sin revenir. Templado y revenido a 175ºC.
120
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
CEMENTACIÓN
En el proceso de cementación, las aleaciones ferrosas son calentadas dentro de
la fase austenítica en contacto con un medio carbonoso sólido, pastoso,
líquido, gaseoso o plasma. Esto resulta en la difusión de carbono en el acero
hasta una profundidad controlada (para un material dado) por medio de la
temperatura y tiempo de difusión.
El contenido de carbono de la superficie es función del potencial carburizante
del medio circundante y no del contenido de carbono del material de partida.
Consecuentemente, el proceso de cementación se utiliza para:
➢ Restablecer el carbono de componentes descarburados.
➢ Prevenir la descarburación durante el tratamiento.
➢ Incrementar el contenido de carbono en la superficie del componente por
sobre el nivel de carbono base.
121
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
CEMENTACIÓN
Es siempre necesario para resistir desgaste que el componente tenga alta
dureza superficial, tal como se obtiene en los aceros de alto carbono, y aun así,
que la pieza tenga alta tenacidad como un todo, lo que se obtiene cuando está
compuesta de acero de bajo carbono.
El tercer uso de la cementación cumple con estos requerimientos y utiliza la
ventaja de que el aumento del contenido de carbono hasta la composición
eutectoide, aumenta la templabilidad de los aceros.
Por lo tanto, si el material se templa en un medio apropiado desde la
temperatura de austenización, la superficie se transformará en martensita, aun
cuando el núcleo, dependiendo de la composición del acero, se pueda
transformar en ferrita y perlita.
122
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
NITRURACIÓN
Es un proceso de endurecimiento superficial donde se introduce nitrógeno en
la superficie de una aleación ferrosa sólida, manteniendo el metal a una
temperatura adecuada, en contacto con un gas nitrogenado (usualmente
amoníaco).
Las principales razones para nitrurar son:
➢ Obtener alta dureza superficial
➢ Incrementar la resistencia al desgaste y las propiedades de anti-
agarrotamiento.
➢ Mejorar la vida a la fatiga.
➢ Mejorar la resistencia a la corrosión.
NITRURACIÓN GASEOSA
123
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
Debido a la ausencia de un templado posterior, la nitruración produce mucho
menos distorsión y deformación que la cementación y el temple superficial.
TRATAMIENTOS PREVIOS A LA NITRURACIÓN.
Todas las piezas que van a ser tratadas por este procedimiento deben ser
templadas y revenidas antes de la nitruración.
La temperatura de revenido debe ser lo suficientemente alta para garantizar la
estabilidad estructural a las temperaturas de nitruración.
NITRURACIÓN
NITRURACIÓN GASEOSA
124
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Materiales y tratamientos térmicos en la industria

  • 2. 2 ➢ Clasificación de los materiales. ➢ Estructura cristalina. ➢ Aleación hierro-carbono (Fe-C). ➢ Constituyentes microscópicos del acero. ➢ Elementos de aleación. ➢ Clasificación de los aceros. ➢ Transformaciones isotérmicas. ➢ Tratamientos termoquímicos. INTRODUCCIÓN TEMAS A TRATAR EN EL DESARROLLO DEL CURSO
  • 3. 3 CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES GRIS ESFEROIDAL BLANCA ATRUCHADA MALEABLE FUNDICIONES 1010 1045 4140 8620 CONSTRUCCIONES MECÁNICAS MICROALEADOS ESTRUCTURALES HERRAMIENTAS INOXIDABLES REFRACTARIOS ACEROS FERROSOS ALUMINIO COBRE ALEACIONES CU ANTIMONIO NO FERROSOS METÁLICOS POLÍMEROS MADERA VIDRIO CERÁMICOS NO METÁLICOS NO METÁLICOS MATERIALES
  • 4. 4 El hierro presenta diferentes estructuras cristalinas en función de la temperatura a la cual el mismo se encuentra: ➢ Desde la temperatura ambiente hasta 910ºC (A3), la ESTRUCTURA es CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO (FCC, face- centered cubic). Se denomina HIERRO . EL HIERRO PURO. ESTADOS ALOTRÓPICOS Y PUNTOS CRÍTICOS. ESTRUCTURA CRISTALINA
  • 5. 5 ➢ Desde 910ºC (A3) hasta 1392ºC (A4), la ESTRUCTURA es CÚBICA CENTRADA EN LAS CARAS (BCC, body-centered cubic). Se denomina HIERRO  o austenita. EL HIERRO PURO. ESTADOS ALOTRÓPICOS Y PUNTOS CRÍTICOS. ESTRUCTURA CRISTALINA Aunque es un constituyente inestable, se presenta durante el calentamiento de los aceros para la realización de los tratamientos térmicos y es de la que realmente se parte para la realización de muchos de ellos.
  • 6. 6 ➢ Desde 1392ºC (A4) hasta 1535ºC (punto de fusión), la ESTRUCTURA es CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO (FCC). Se denomina HIERRO . ➢ El hierro  tiene poco interés técnico. EL HIERRO PURO. ESTADOS ALOTRÓPICOS Y PUNTOS CRÍTICOS. ESTRUCTURA CRISTALINA
  • 7. 7 ➢ Aceros al carbono. ➢ Aceros aleados. ➢ Aceros inoxidables. ➢ Aceros para herramientas. ➢ Hierros fundidos (fundiciones). ALEACIÓN Fe-C Los aceros y fundiciones son aleaciones, no metales puros como el hierro, el oro, la plata, el estaño, el zinc, etc. LAS ALEACIONES FERROSAS INCLUYEN:
  • 8. 8 ➢ Cuando el hierro puro es aleado se produce una modificación en los puntos críticos. ➢ Los aceros pueden considerarse fundamentalmente como aleaciones hierro-carbono, con algunos otros elementos e impurezas. ➢ La posibilidad de que el carbono esté libre o combinado da lugar a dos diagramas distintos: el diagrama Fe-grafito, estable, y el diagrama Fe-Fe3C, metaestable. Prácticamente, hasta el 2% de carbono las aleaciones siguen el diagrama metaestable y dan lugar a los aceros. DIAGRAMA Fe-C ALEACIÓN Fe-C
  • 9. 9 ➢ Los elementos influyen notablemente en las propiedades tecnológicas y producen una variación apreciable de la estructura. El elemento más importante es el carbono. ➢ El diagrama Fe-C es la representación esquemática de las transformaciones que ocurren en el enfriamiento y calentamiento lento de estas aleaciones. ➢ El carbono en los aceros se encuentra formando carburo de hierro denominado cementita, no aparece libre. DIAGRAMA Fe-C ALEACIÓN Fe-C
  • 10. 10 La clasificación de las aleaciones férreas según el contenido en carbono comprende tres grandes grupos: HIERRO cuando contiene menos del 0,008 % en peso de C, ACERO cuando la aleación Fe-C tiene un contenido en C mayor del 0.008 y menor del 2,11 % en peso (aunque generalmente contienen menos del 1 %), y FUNDICIÓN cuando la aleación Fe-C tiene un contenido en C superior al 2,11 % y menor al 6,67% (aunque generalmente contienen entre el 3,5 y el 4 % de C). Las aleaciones con más de 5% de C no son técnicamente viables. DIAGRAMA Fe-C ALEACIÓN Fe-C
  • 12. 12 Se presentan tres transformaciones isotérmicas representadas por líneas horizontales: ➢ PERITÉCTICO: a 1493ºC. No es útil a los fines ingenieriles. ➢ EUTÉCTICO: a 1147ºC y 4,3%C. Estructura: Ledeburita. ➢ EUTECTOIDE: A 721ºC y 0,8%C. Estructura: Perlita. La reacción más importante, a los fines prácticos, es la transformación eutectoide que que se produce a 721ºC y es completa para aceros con contenidos de carbono del 0,8%.  (0,83%) → (0,02%) + FeC3 (6,67%) Los aceros con contenidos inferiores al 0,8% de carbono se denominan HIPOEUTECTOIDES y con carbono superior, aceros HIPEREUTECTOIDES. DIAGRAMA Fe-C ALEACIÓN Fe-C
  • 13. 13 DIAGRAMA Fe-C ALEACIÓN Fe-C Si elementos de aleación son adicionados a la aleación Fe-C, la posición de los límites A1, A3 (para aceros hipoeutectoides) y Acm (para aceros hipereutectoides) y también la composición del eutectoide, son alterados. A continuación, en la figura siguiente al diagrama Fe-C, se muestra la variación de A1 y el contenido de carbono del eutectoide con un número determinado de elementos de aleación. A medida que se aumenta la velocidad de enfriamiento, los puntos críticos se desplazan. Los puntos Ar1 y Ar3 se desplazan a temperaturas más bajas.
  • 14. 14 ALEACIÓN Fe-C Desplazamiento de los puntos críticos por efecto de la velocidad de enfriamiento.
  • 15. 15 ➢ Ferrita ➢ Cementita ➢ Perlita CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO CARACTERÍSTICAS Y ROPIEDADES DE LOS PRINCIPALES CONSTITUYENTES DEL ACERO. ➢ Martensita ➢ Bainita ➢ Austenita
  • 16. 16 ➢ La ferrita es hierro , o sea hierro casi puro. ➢ En los aceros aleados suelen formar solución sólida con la ferrita, el níquel, manganeso, cobre, silicio, aluminio, etc. ➢ Cristaliza en el sistema cúbico de cuerpo centrado. ➢ Tiene una resistencia aproximada de 280MPa (28kg/mm2), 35% de alargamiento y dureza de 90HB. ➢ Es el más blando de todos los constituyentes del acero, muy dúctil y maleable. ➢ Es magnética. ➢ Los reactivos habituales, nital y picral, no la colorean, destacando únicamente en los aceros de muy bajo contenido de carbono, la unión de los granos, en forma de líneas negras, de contornos suaves e irregulares. CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO FERRITA
  • 17. 17 En los aceros puede aparecer bajo formas diversas: 1. Como elemento proeutectoide que acompaña a la perlita. En este caso se presenta: a. En forma de cristales mezclados con la perlita en los aceros de menos de 0,55% C. CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO FERRITA Acero de bajo carbono (0,02% C). Aumentos: 500X. Ataque: Marshall. Chapa de acero UNS G10400. Aumentos: 200X. Picral 4%. Chapa de acero UNS G10150. Aumento: 200X. Ataque: Picral 4% + Nital 2%.
  • 18. 18 b. Formando una red o malla que limita los granos de perlita en los aceros de 0,55% a 0,85% C. También aparece para menores % de C. CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO FERRITA Chapa de acero UNS G10800. Aumentos 200X. Ataque: Picral 4%. Chapa de acero UNS G10400. Aumentos: 100X. Picral 4%.
  • 19. 19 c. En forma de agujas o bandas aciculares orientadas en la dirección de los planos cristalográficos de la austenita. Esta estructura es típica de los aceros en bruto de colada, obtenida por enfriamiento rápido desde alta temperatura, y se denomina estructura de Widmanstätten. CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO FERRITA SAE 4140. Aumentos. 100X. Ataque: Nital 5 UNS G10200. Aumentos 500X. Ataque: Picral
  • 20. 20 2. También aparece como elemento eutectoide de la perlita, formando láminas paralelas, separadas por otras láminas de cementita. CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO FERRITA Acero UNS G10800. Aumentos 650X. Ataque: Picral 4%.
  • 21. 21 3. En estructura globular, propia de los aceros al carbono de herramientas (de 0,9% a 1,4%) recocidos a temperaturas próximas a 721ºC (A321), forma la matriz que rodea a los glóbulos de cementita. También se presenta esta estructura en aceros hipoeutectoides y eutectoides. CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO FERRITA Acero UNS G10400. Aumentos 1.000X. Ataque: Picral 4%. Ataque: Picral 4 Ataque: Nital 5 Aumento 400X
  • 22. 22 4. En los aceros hipoeutectoides templados, mezclada con la martensita u otros elementos de transición (zonas blancas irregulares o agujas finas), cuando las temperaturas de calentamiento han sido más bajas que la crítica (Ac3), el tiempo de calentamiento insuficiente o han existido interrupciones en el enfriamiento. CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO FERRITA Acero de 0,6%C aprox., templado en agua. Aumentos 500X. Ataque: Nital 2%. Acero templado. Mezcla de ferrita, perlita fina y bainita. La ferrita no se disolvió por completo durante la austenización. Aumentos 1000X. Ataque: Nital 5%.
  • 23. 23 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO CEMENTITA ➢ La cementita es carburo de hierro, CFe3, contiene 6,67%C y 93,33%Fe. ➢ Es el constituyente más duro y frágil de los aceros al carbono, su dureza es superior a 68 HRC. ➢No es coloreada por los reactivos usados corrientemente (nital, picral, etc.), Solo la colorea el picrato sódico en caliente y los ataques oxidantes al aire. ➢ Por su gran dureza queda en relieve después del pulido, realzando el contorno de los granos o láminas por el sombreado que aparece con iluminación oblicua. ➢ Aunque la experiencia permite distinguirla de la ferrita, en caso de duda, se pueden diferenciar una de otra atacando el acero con picrato sódico en caliente.
  • 24. 24 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO CEMENTITA En los aceros puede aparecer: ➢ Como cementita proeutectoide en los aceros con más de 0,9%C, formando una red que envuelve los granos de perlita, y también en forma de agujas finas que partiendo de la red se dirigen hacia el interior de los cristales en las estructuras en bruto de colada. Acero de 1,2%C. Aumentos 200X. Ataque: Picral 4%. Acero hipereutectoide
  • 25. 25 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO CEMENTITA ➢ Formando parte de la perlita, y en ese caso se le llama cementita perlítica o eutectoide, y toma forma de láminas paralelas separadas por otras de ferrita. Acero UNS G10800. Aumentos 650X. Ataque: Picral 4%.
  • 26. 26 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO CEMENTITA ➢ Como cementita globular se presenta en forma de pequeñas glóbulos o granos redondos dispersos en una matriz de ferrita cuando los aceros de 0,9%C a 1,4%C (principalmente) han sufrido un recocido a temperaturas próximas a 721ºC (A321). Ataque: Picral 4 Ataque: Nital 5 Aumento 400X
  • 27. 27 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO PERLITA ➢ Es un constituyente eutectoide formado por capas alternadas de hierro alfa y carburo de hierro CFe3, o lo que es lo mismo, de ferrita y cementita. ➢ Tiene una resistencia de 80kgf/mm2 y un alargamiento de 15% aproximadamente. ➢ Aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita o por transformación isotérmica de la austenita en la zona de 650ºC a 725ºC. Acero al carbono. Aumentos 100X. Ataque: Nital 2%.
  • 28. 28 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO PERLITA Chapa de acero UNS G10800, visualizada en microscopio electrónico. Aumentos 10.000X. Ataque: Picral 4%.
  • 29. 29 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO PERLITA ➢ Según la velocidad de enfriamiento, las láminas varían la distancia de separación y consecuentemente las propiedades mecánicas de la perlita. Así, la perlita se puede clasificar en gruesa, normal y fina. ➢ Cuando el enfriamiento ha sido bastante rápido, las láminas se acercan mucho y no se pueden distinguir en el microscopio. ➢Se colorea de oscuro con todos los reactivos ácidos, nital, picral, etc., más rápidamente que la martensita. En realidad se trata de un efecto de sombras y relieves de los elementos que la forman, pues ni la ferrita ni la cementita son coloreadas por los ataques. ➢ Cada grupo de láminas paralelas constituye un cristal.
  • 30. 30 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO AUSTENITA ➢ Es una solución sólida de carbono o cementita en hierro . Puede contener desde 0% a 1,7% de carbono y es, por lo tanto, un constituyente de composición variable. ➢ Todos los aceros se encuentran formados por austenita cuando se calientan a temperatura superior a las críticas (Ac3 o Acm). ➢ Aunque es un constituyente inestable, se puede tener a temperatura ambiente por enfriamiento rápido de aceros de alto contenido de carbono (ej: austenita retenida en aceros templados) o de muy alta aleación. En algunos aceros de alta aleación (ej: aceros inoxidables asteníticos, aceros al manganeso Mn=12%), aparece por simple enfriamiento al aire. ➢Tiene una resistencia de 88kgf/mm2 a 105kgf/mm2, una dureza de 300HB y un alargamiento de 30% a 60% aproximadamente.
  • 31. 31 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO AUSTENITA ➢Es poco magnética, blanda, muy dúctil y tenaz. ➢ Tiene gran resistencia al desgaste. ➢ Es el constituyente más denso de los aceros. ➢ Es la estructura de la que se parte para la realización de muchos de los tratamientos térmicos. Acero de bajo carbono (0,02% C). Aumentos: 500X. Ataque: Marshall. Granos de austenita. Acero 316L. Solución recocida a 954ºC. Ataque: Kalling. Granos de austenita. Acero 316L. Solución recocida y sensibilizada los carburos metálicos en los bordes de grano.
  • 32. 32 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO AUSTENITA Acero austenítico calentado a 1120ºC durante 3hs. y templado en agua. Aumentos 100X. Acero inoxidable austenítico tipo 316. Ataque: Marble. Aumentos: 100X.
  • 33. 33 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO AUSTENITA Efecto del tratamiento subcero sobre la austenita retenida en un acero cementado de 0,15%C. Cementación gaseosa a 900ºC y temple directo en aceite. Aumentos 1000X. Autenita retenida (clara) y martensita en la superficie de un acero al Cr-Ni, cementado y templado. Aumentos 550X.
  • 34. 34 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO MARTENSITA ➢ Es el constituyente típico de los aceros templados. ➢Se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde alta temperatura. ➢ Su contenido de carbono puede variar desde pequeñas trazas hasta 1% C y puede ser aún más elevado en los aceros hipereutectoides. ➢ Sus propiedades físicas varían con la composición, aumentando su dureza, resistencia y fragilidad con el contenido de carbono. ➢ Después de los carburos y de la cementita, es el constituyente más duro de los aceros. ➢ Tiene una resistencia de 170kgf/mm2 a 250kgf/mm2, una dureza de 50HRC a 68HRC y un alargamiento de 2,5% a 0,5%. ➢ Es magnética.
  • 35. 35 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO MARTENSITA ➢ Presenta un aspecto marcadamente acicular, formando agujas en zigzag, con ángulos de 60º. ➢ En los aceros de alto contenido de carbono y alta aleación, templados desde alta temperatura, en los que no se ha conseguido una transformación completa de la austenita en martensita, suelen aparecer las agujas sobre un fondo blanco de austenita (retenida). ➢ En la transformación completa y cuando la temperatura es correcta, al no existir el fondo blanco de austenita, la observación es difícil, la estructura de la martensita es muy fina, de aspecto difuso (aumentos: 1.000X o más). ➢Algunas veces la martensita aparece oscura y en cambio otras veces aparece blanca. Esto ocurre porque el acero templado, después de ser atacado por reactivos adecuados, la martensita queda poco coloreada (martensita alfa) y es difícil apreciar las agujas que la componen.
  • 36. 36 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO MARTENSITA Martensita. (a) Agujas. (b) Placas. ➢ La martensita presenta dos morfologías diferentes: martensita en placas y en agujas. ➢ La martensita en placas es algunas veces definida como martensita acicular. ➢ Una característica es el patrón en zigzag de pequeñas placas limitado por grandes placa que se formaron en el inicio de la transformación. ➢ La martensita en agujas, por su parte, es la forma más común de los aceros endurecidos. ➢ El término agujas se refiere a la estructura fina de los cristales de martensita.
  • 37. 37 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO MARTENSITA Acero UNS G10800 templado en agua mostrando placas de martensita. Las regiones claras corresponden a austenita retenida. Aumentos 1.000X. Acero de bajo carbono templado en agua mostrando agujas de martensita. Aumentos 500X. Ataque: Nital 2%.
  • 38. 38 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO MARTENSITA Acero con 30% de Ni, mostrando placas de martensita.
  • 39. 39 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO BAINITA ➢ Describe la microestructura de los aceros resultante de la descomposición de austenita () en ferrita () y cementita (Fe3C) en el rango de temperaturas por encima de la transformación martensítica y por debajo de la perlitíca. ➢ Se forma por transformación isotérmica de la austenita, cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250ºC a 600ºC aproximadamente. ➢ Es el constituyente característico del tratamiento isotérmico “austempering”.
  • 40. 40 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO BAINITA ➢ La morfología clásica de la bainita consiste en agujas o placas formadas por granos ferrita y carburos precipitados entre los granos de ferrita o en las regiones entre las agujas. ➢ Se diferencian principalmente dos tipos de BAINITA, en función del rango de temperatura en el que se produce la transformación : SUPEIROR e INFERIOR. ➢ La bainita superior de aspecto arborescente se forma a 500-550 ºC. Está formada por una matriz ferrítica conteniendo carburos (en los aceros al carbono, cementita). ➢ La bainita inferior de aspecto acicular (similar a la martensita) se forma a 250-400 ºC. Está constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas placas de carburos.
  • 41. 41 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO BAINITA Bainita inferior vista en microscopio electrónico. Orientación angular discreta de los carburos en las agujas de ferrita. Aumentos 8000X. Bainita superior vista en microscopio electrónico. Carburos en los bordes de las agujas de ferrita. Aumentos 5500X.
  • 42. 42 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO BAINITA Microestructura de bainita superior producida a 400ºC. (a) Bainita con cementita en Fe-4,8C-4,9Ni. (b) Bainita sin cementita en Fe-4,9C-4,85Ni-1,55Si.
  • 43. 43 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO BAINITA (a) Estructura formada por transformación a 500ºC por 3 minutos en Fe-0,21C-8,81Ni, (b) Bainita superior típica formada por la descomposición a 450ºC por 3 minutos, (c) Agujas de bainita superior formada a 350ºC por 10 minutos, y (d) estructura bainítica formada por descomposición isotérmica a 220ºC por 150 minutos en Fe-0,41C-8,74Ni.
  • 44. 44 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO BAINITA Bainita inferior. (a) Agrupamiento de bainita inferior en una transformación parcial a 395º C en Fe-0,3C-4Cr. La fase de la matriz iluminada es martensita. (b) Subunidades de la bainita inferior vista en el microscopio.
  • 45. 45 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO BAINITA Bainita inferior en un acero 4360, austenizado, isotérmicemente transformado a 300ºC, y templado. La matriz es martensita sin revenir. Aumentos: 500. Ataque: Picral. Acero al carbono mostrando bainita. Aumentos 500X. Ataque: Picral 4% + Nital 2%. Bainita inferior vista en una réplica de carbono en microscopio electrónico. Orientación angular discreta de los carburos en las agujas de ferrita. Aumentos 8000X.
  • 46. 46 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO CARBUROS ➢ Son cuerpos muy duros que se forman al combinarse algunos elementos con el carbono. ➢A altas temperaturas, pueden disolverse en el hierro y formar, por lo menos parcialmente, solución sólida con la austenita. ➢ Se presentan principalmente en los aceros rápidos, indeformables con alto contenido de cromo, etc., siendo Cr, W, Mo y V los elementos que lo forman. Barra de AISI M2. Segregación de carburos en el centro de la barra redonda de 2” de diámetro. Aumentos 100X. Ataque: Nital 10%.
  • 47. 47 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO CARBUROS AISI D2 austenizado a 1040ºC, templado al aire y revenido a 200ºC. Influencia del ataque sobre el revelado. Aumentos 1000X.
  • 48. 48 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO INCLUSIONES NO MÉTALICAS Son elementos extraños a la matriz metálica que aparecen en los aceros, siendo generalmente perjudicial su presencia, ya que reducen sus características y propiedades. Se pueden clasificar en los siguientes grupos: sulfuros, óxidos y silicatos. Sulfuros. El más importante es el sulfuro de manganeso. Es plástico, de color gris paloma, se deforma y alarga por forja y laminación. Es menos perjudicial que los óxidos y silicatos. Mejora la maquinabilidad y disminuye la resistencia a la corrosión por picado (pitting) en los aceros inoxidables. Óxidos. El óxido que con más frecuencia se presenta en los aceros es la alúmina (Al3O2). Es muy dura y frágil. En la forja y la laminación se rompe y dispersa, apareciendo siempre de color oscuro, de pequeño tamaño, en forma de grupos o rosarios. Silicatos. Son inclusiones peligrosas porque son las que más reducen las características de los aceros. Suelen presentarse silicatos complejos de manganeso, hierro, cromo, etc., se alargan y rompen en la laminación y forja.
  • 49. 49 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO INCLUSIONES NO MÉTALICAS Inclusión de sulfuro de manganeso (MnS). Inclusiones de alúmina (Al3O2).
  • 50. 50 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO INCLUSIONES NO MÉTALICAS Inclusiones de MnS y de silicato. Inclusión de silicato vítreo. Inclusión de silicato angular
  • 51. 51 CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS DEL ACERO INCLUSIONES NO MÉTALICAS Inclusiones de silicato en acero. Sin atacar. Aumentos: 1000X. Inclusiones de MnS en acero. Sin atacar. Aumentos: 500X. Inclusiones de óxido de aluminio. Las partículas se rompieron durante la laminación. Sin atacar. Aumentos: 1000X.
  • 52. 52 TRANSFORMACIONES ISOTÉRMICAS CURVA DE LA “S” Para el estudio de los tratamientos térmicos, es muy interesante la representación llamada por uno curva de la “S”, debido a su forma característica, y por otros diagrama o curva TTT (temperatura- tiempo-transformación) y también diagrama de transformaciones isotérmicas (es decir, a temperatura constante) de la austenita.
  • 53. 53 TRANSFORMACIONES ISOTÉRMICAS CURVA DE LA “S” La curva de la izquierda señala a cada temperatura el tiempo que tarda en comenzar la transformación y, la de la derecha, el tiempo necesario para que toda la austenita quede transformada en otros constituyentes más estables.
  • 54. 54 TRANSFORMACIONES ISOTÉRMICAS CURVA DE LA “S” CONSTITUYENTES MICROSCÓPICOS QUE APARECEN EN LAS TRANSFORMACIONES ISOTÉRMICAS DE LA AUSTENITA. Cuando la austenita en el enfriamiento llega a una cierta temperatura que depende de la composición del acero y que generalmente se encuentra en la zona de 350º a 50ºC, se inicia la transformación en martensita. El proceso de formación es completamente diferente de los otros. Es casi instantáneo y no existen períodos de nucleación y crecimiento. AVANCE DE LA TRANSFORMACIÓN DE LA AUSTENITA. Se ha comprobado que la formación de la martensita no depende, como la de perlita y bainita, del tiempo, sino exclusivamente de la temperatura, y por lo tanto, las líneas que señalan el avance de la formación de la martensita difieren de las de aquellos constituyentes y son horizontales. La formación de la martensita para una composición dada, y una misma temperatura de austenización comienza siempre a la misma temperatura. Si la transformación de la austenita en martensita se ha iniciado y a continuación se mantiene constante la temperatura, la transformación no avanza o lo hace lentísimamente.
  • 55. 55 TRANSFORMACIONES ISOTÉRMICAS CURVA DE LA “S” AVANCE DE LA TRANSFORMACIÓN DE LA AUSTENITA. (Continuación). En cambio, la transformación avanza al descender la temperatura. Cada acero tiene, por lo tanto, una temperatura crítica Ms (punto Ar´´´), en el que se inicia la transformación de austenita en martensita, que es independiente de la velocidad de enfriamiento. Luego, a una temperatura Mf, la transformación es completa. Las temperaturas Ms y Mf se modifican al variar la temperatura de austenización. Al aumentar la temperatura de calentamiento descienden las temperaturas Ms y Mf, aumentando la cantidad de austenita retenida. La temperatura Mf suele ser, en general, de 150º a 300ºC inferior a la Ms de cada acero. Los diferentes elementos aleantes influyen de manera similar a la mencionada para Ms.
  • 56. 56 TRANSFORMACIONES ISOTÉRMICAS CURVA DE LA “S” APLICACIÓN INDUSTRIAL DEL ESTUDIO DE LA CURVA DE LA “S”. Las curvas de la “S” de los aceros, ayudan a comprender e interpretar con bastante claridad, las transformaciones que ocurren durante los tratamientos térmicos. En la zona superior, donde nacen todas las estructuras de tipo perlítico, el punto de transformación se denomina Ar´. En la zona intermedia, donde nacen todas las estructuras de tipo baínitico, el punto de transformación se denomina Ar´´, y en la inferior, martensítica, se llama Ar´´´. Para que el temple de un acero sea perfecto, la curva de enfriamiento debe ser tal que no llegue a tocar la nariz de la “S” y no se transforme nada de austenita en otros constituyentes blandos que aparecen a elevadas temperaturas y se conserve el estado austenítico hasta la zona de los 300º-200ºC, donde se efectúa la transformación de austenita a martensita. La velocidad crítica de temple es la correspondiente a la curva de enfriamiento que es tangente a la curva de la “S” en la nariz. También se comprende por qué aparecen diferentes estructuras en la periferia y en el centro de las piezas templadas.
  • 57. 57 TRANSFORMACIONES ISOTÉRMICAS CURVA DE LA “S” Estudio del enfriamiento del centro y de la periferia de un redondo de acero, empleando la curva de la “S”.
  • 58. 58 CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS En Argentina, la normativa de clasificación de los aceros corresponde a las normas IRAM-IAS que siguen la designación de las normas AISI-SAE. Algunas de las normas IRAM son las siguientes: ➢ IRAM-IAS U 500-600 NM 87. “Aceros al carbono y aleados para construcción mecánica”. ➢ IRAM-IAS U 500 669. “Aceros para herramientas. Parte 1 - Clasificación, designación y composición química. Parte 2 - Condiciones técnicas de suministro”. ➢ IRAM-IAS U 500 690. “Aceros inoxidables. Clasificación, designación y composición química”. La designación de los aceros según su composición química se realiza para los aceros al carbono y aleados, con la palabra “COPANT” seguida de un número de 4 dígitos y para algunos aceros aleados, de un número de 5 dígitos. Los dos primeros indican el tipo de acero. Los dos últimos, para el número de 4 dígitos y los 3 para últimos para el número de 5 dígitos, indican el valor medio aproximado de los límites de contenido de carbono, expresado en centésimas por ciento. Las letras B, L o S intercaladas luego de los dos primeros dígitos indican contenido de boro, plomo o azufre respectivamente.
  • 59. 59 ACEROS AL CARBONO Y ALEADOS PARA CONSTRUCCIONES MECÁNICAS Clasificación Tipo Designación De bajo y mediano manganeso 10XX Resulfurados de corte libre 11XX Resulfurados y refosforados de corte libre 12XX Con adición de niobio 14XX De alto manganeso 15XX Manganeso 13XX Níquel 23XX Níquel 25XX Níquel-cromo 30XX Níquel-cromo 31XX Níquel-cromo 32XX Níquel-cromo 33XX Níquel-cromo 34XX Níquel-cromo 35XX Molibdeno 40XX Cromo-molibdeno 41XX Cromo-molibdeno 42XX Níquel-cromo-molibdeno 43XX Molibdeno 44XX Aceros al carbono Aceros aleados al: CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
  • 60. 60 Clasificación Tipo Designación Níquel-cromo-molibdeno 45XX Níquel-molibdeno 46XX Níquel-cromo-molibdeno 47XX Níquel-molibdeno 48XX Cromo 50XX Cromo 51XX Cromo 50XXX Cromo 51XXX Cromo 52XXX Cromo-molibdeno 53XXX Cromo-vanadio 61XX Cromo-molibdeno-vanadio 62XX Níquel-cromo-molibdeno 81XX Níquel-cromo-molibdeno 86XX Aceros aleados al: ACEROS AL CARBONO Y ALEADOS PARA CONSTRUCCIONES MECÁNICAS CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
  • 61. 61 Clasificación Tipo Designación Níquel-cromo-molibdeno 87XX Níquel-cromo-molibdeno 88XX Silicio-manganeso 92XX Níquel-cromo-molibdeno 93XX Níquel-cromo-molibdeno 94XX Silicio-vanadio 95XX Níquel-cromo-molibdeno 97XX Níquel-cromo-molibdeno 98XX Boro XXBXX Plomo XXLXX Azufre XXSXX Aceros al carbono y aleados con: Aceros aleados al: ACEROS AL CARBONO Y ALEADOS PARA CONSTRUCCIONES MECÁNICAS CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
  • 62. 62 ACEROS PARA HERRAMIENTAS Los aceros para herramientas fabricados a partir de aceros al carbono o aleados, son adecuados para la fabricación de matrices, estampas, herramientas de corte, punzones, etc. La clasificación de los aceros de herramientas tiene en cuenta los aceros de composiciones y propiedades similares. Los mismos se agrupan bajo una letra mayúscula, mientras que los tipos particulares son designados por un número código dentro de cada grupo. Estos aceros pueden adquirir, por tratamientos térmicos, una o varias de las características siguientes: ➢ Alta dureza. ➢ Alta resistencia al desgaste ➢ Alta resistencia al impacto mecánico ➢Alta resistencia al choque térmico ➢ resistencia a la deformación en caliente. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
  • 63. 63 ACEROS PARA HERRAMIENTAS Clasificación Clases Símbolo Observaciones al Molibdeno M al Tungsteno T Otros R al Cromo H (H1 - H19) Resistentes al chque térmico al Tungsteno H (H20 - H39) Resistentes al desgaste a temperatura elevada al Molibdeno H (H40 - H59) Resistentes al desgaste a temperatura elevada Otros C Resistente al choque mecánico en caliente al Carbono W Temple en agua alto carbono y baja aleación O Temple en aceite; de moderada deformabilidad alto carbono y media aleación A Temple al aire; de baja deformabilidad alto carbono y alta aleación D De mínima deformabilidad bajo carbono y baja aleación medio carbono y media aleación Resistentes al impacto S al carbono-tungsteno F de baja aleación L Para otros usos P Para cementación de la pieza terminada (por ejemplo: P4). Rápidos Para trabajos en caliente Para trabajos en frío Para moldes CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
  • 64. 64 ACEROS INOXIDABLES Los aceros inoxidables son aleaciones de hierro, cromo y carbono, que en ocasiones se combinan con otros elementos aleantes, fundamentalmente níquel, también molibdeno, manganeso, silicio, titanio, niobio, nitrógeno, que le confieren una alta resistencia a varios tipos de corrosión. La mínima cantidad de cromo necesaria para proporcionar esta resistencia a la corrosión está entre el 10 y el 12%. La razón por la que estos aceros presentan una alta resistencia a la corrosión es que en la superficie del acero y en presencia de un ambiente oxidante, tiene lugar el crecimiento de una capa muy fina y compacta de óxido de cromo que aísla al material de los ataques corrosivos. Esta película se llama película pasiva. Principales características: ➢ Alta resistencia a la corrosión. ➢ Resistencia mecánica adecuada. ➢ Resistencia a altas temperaturas y criogénicas. ➢Buenos acabados superficiales y formas variables. ➢Bajo costo de mantenimiento. ➢No contamina los alimentos. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
  • 65. 65 CLASIFICACIÓN. Los aceros inoxidables se pueden clasificar en cinco familias. ➢ Martensíticos. ➢ Ferríticos. ➢ Austeníticos. ➢ Dúplex (austenoferríticos). ➢ Endurecidos por precipitación (PH). CLASE DESIGNACIÓN AISI Martensíticos Ferríticos Austeníticos Serie 200 y 300 Dúplex Endurecidos por precipitación (PH) Serie 400 Se usa el nombre comercial ACEROS INOXIDABLES CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
  • 66. 66 FORMACIÓN DE LA AUSTENITA TRANSFORMACIÓN DURANTE EL CALENTAMIENTO ➢ Los tratamientos térmicos de los aceros parten generalmente del calentamiento por encima de la temperatura Ac3 o Acm, es decir, en el campo austenítico, mantenimiento o permanencia durante cierto tiempo y finalmente un enfriamiento. ➢ La primer etapa, calentamiento, consiste en la formación de la austenita (austenización), cuyos objetivos son: - Transformar la estructura de partida en fase  - Poner en solución el carbono y otros elementos presentes. - Homogeneizar la austenita.
  • 67. 67 FORMACIÓN DE LA AUSTENITA TRANSFORMACIÓN DURANTE EL CALENTAMIENTO Representación esquemática del recocido de regeneración, normalizado y temple de un acero.
  • 68. 68 FORMACIÓN DE LA AUSTENITA ESTRUCTURAS DE PARTIDA ➢ El acero puede presentar dos tipos de estructuras iniciales: ➢ Estructuras de equilibrio, o próximas a él, a temperatura ambiente: - Mezcla de ferrita y perlita o ferrita y cementita → Aceros hipoeutectoides; - Perlita → Aceros eutectoides; - Mezcla de perlita y cementita → Aceros hipereutectoides. ➢ Estructuras alejadas del equilibrio, tales como bainita o martensita.
  • 69. 69 FORMACIÓN DE LA AUSTENITA ESTRUCTURAS DE PARTIDA Solamente a altas temperaturas se da un crecimiento de grano importante, por lo tanto, se puede utilizar altas temperaturas para homogeneizar la austenita sin que el grano crezca en forma significativa. En consecuencia, la temperatura y el tiempo de austenización es una solución de compromiso entre obtener una austenita homogénea y un tamaño de grano suficientemente fino. ➢ En resumen, el estado de la austenita a alta temperatura depende de: a- Condiciones del calentamiento: velocidad de calentamiento, temperatura y tiempo de mantenimiento. b- Estado inicial del acero: tamaño de los carburos, composición química de éstos, presencia o no de precipitados muy finos como nitruros y carbonitruros. Los aspectos del estado de la austenita que interesan son: - Disolución de los precipitados. - Homogeneización. - Tamaño de grano.
  • 70. 70 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES ➢ Ciclo térmico: historia o programa térmico en función del calentamiento, tiempo, permanencia y enfriamiento cumplido por un acero, en el cual los estados estructurales inicial y final son a la temperatura ambiente. ➢ Tratamientos térmicos: operación o conjunto de operaciones por medio de las cuales se somete al acero, en estado sólido, a uno o varios ciclos térmicos. Tienen por objeto mejorar las propiedades y características de los aceros, y consisten en calentar y mantener las piezas o herramientas de acero a las temperaturas adecuadas, durante un cierto tiempo y enfriarlas luego en condiciones convenientes. De esta forma, se modifica la estructura microscópica de los aceros, se verifican transformaciones físicas y a veces hay también cambios en la composición del metal. El tiempo y la temperatura son los factores principales y hay que fijarlos siempre de antemano, de acuerdo con la composición del acero, la forma y el tamaño de las piezas y las características que se desean obtener.
  • 71. 71 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES Los tratamientos térmicos más usados son: ➢ Recocido ➢ Temple ➢ Normalizado ➢ Cementación ➢ Nitruración ➢Revenido
  • 72. 72 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES Esquema de los tratamientos térmicos más empleados. Los puntos y zonas negras señalan las temperaturas de transformación del acero.
  • 73. 73 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES Representación esquemática de diversos tratamientos térmicos, empleando el diagrama de la curva de la “S”.
  • 74. 74 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES El tratamiento térmico puede ser causa de: ➢ Modificaciones de los constituyentes estructurales, manteniendo invariable la composición química global. ➢ Las modificaciones estructurales se pueden estudiar con ayuda de la curva “S” o “T.T.T.”. ➢Utilizar ciertas acciones químicas o físicoquímicas de forma controlada para aumentar o reducir el contenido de ciertos elementos en el acero, mediante la influencia de un medio exterior apropiado (sólido, líquido o gaseoso), ejemplo: carburación, descarburación, nitruración.
  • 75. 75 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES ➢ Conferir propiedades particulares diferenciadas a las capas superficiales de la pieza tratada por transformación, como, por ejemplo, el temple superficial. ➢ Modificar o eliminar la distribución y la intensidad de las tensiones internas, como por ejemplo, el recocido de alivio de tensiones. El tratamiento térmico puede ser: ➢ TOTAL: cuando se aplica a toda la pieza. ➢ LOCAL: cuando se aplica solamente a una parte o ciertas partes de la pieza. ➢ SUPERFICIAL, total o local: cuando se aplica a la superficie de la pieza.
  • 76. 76 TRATAMIENTOS TÉRMICOS FENÓMENOS TERMICOS EN CALENTAMIENTO Y EN ENFRIAMIENTO La variación de la temperatura depende de la cantidad de calor entregada a la pieza en cada instante, de la geometría y de las propiedades físicas de esta. La ecuación a resolver es la ecuación de difusión del calor, con las condiciones de contorno e iniciales que correspondan. ) ( s m T T S t Q − =    ) ( s m T T S t Q − =    ) ( s m T T S t Q − =    CURVA DE CALENTAMIENTO
  • 77. 77 TRATAMIENTOS TÉRMICOS FENÓMENOS TERMICOS EN CALENTAMIENTO Y EN ENFRIAMIENTO La mayor dificultad es definir cuál es el momento donde termina el calentamiento y comienza el mantenimiento a temperatura. Esto es importante en piezas de grandes dimensiones o cargas compactas, dada la incerteza en el tiempo en que el núcleo de la pieza o de la carga llega a la temperatura especificada. ) ( s m T T S t Q − =    ) ( s m T T S t Q − =    ) ( s m T T S t Q − =    TIEMPO DE MANTENIMIENTO
  • 78. 78 TRATAMIENTOS TÉRMICOS FENÓMENOS TERMICOS EN CALENTAMIENTO Y EN ENFRIAMIENTO Para obtener la curva de enfriamiento en las condiciones simplificadas usadas en el calentamiento, basta tener en cuenta que ahora la temperatura inicial de la pieza (T0) es mayor que la del medio (Tm). Sin embargo, al contrario del calentamiento, que en la práctica industrial se realiza generalmente a bajas velocidades, durante el enfriamiento se emplean en muchos casos, altas velocidades de enfriamiento. Por lo tanto, hay que tener en cuenta el gradiente de temperatura dentro de la pieza. ) ( s m T T S t Q − =    ) ( s m T T S t Q − =    ) ( s m T T S t Q − =    CURVA DE ENFRIAMIENTO
  • 79. 79 TRATAMIENTOS TÉRMICOS FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL TRATAMIENTO TÉRMICO Los principales son: ➢ Curva de la “S” del acero. ➢ Efecto de la masa (tamaño y forma). ➢ Duración de ciertas etapas de ciclo térmico. ➢ Forma de enfriamiento: isotérmico, continuo, por etapas. ➢ Estado superficial.
  • 80. 80 TRATAMIENTOS TÉRMICOS AUSTENIZACIÓN Como ya se mencionó, consiste en la operación mediante la cual se lleva al acero al estado austenítico de forma más o menos completa, es decir, al estado de solución sólida “”. Implica un calentamiento con un tiempo suficiente de mantenimiento a una temperatura que será: - Superior a A1-A3 para aceros hipoeutectoides; - Superior a A1-Acm para aceros hipoeutectoides, si lo que se desea es una austenización, o solamente entre A1-A3; A1-Acm, si la austenización incompleta es compatible con la realización del tratamiento térmico.
  • 81. 81 TRATAMIENTOS TÉRMICOS AUSTENIZACIÓN ➢ Austenización completa: la estructura obtenida es completamente austenítica y en estado de equilibrio. ➢ Austenización incompleta: además de la fase gama (), subsiste una proporción de la fase alfa () o de carburos que habría podido ser reducida o eliminada. Por calentamiento en ambos casos se puede conseguir la austenización completa. ➢ Austenización parcial: no se produce la disolución de los carburos o de otros constituyentes al no haberse llegado al equilibrio por no ser deseable dicha disolución, por ejemplo, en la austenización de los aceros rápidos o por ser imposible la austenización completa a ninguna temperatura.
  • 82. 82 TRATAMIENTOS TÉRMICOS FALLAS EN LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS Los tratamientos térmicos pueden implicar diversas incidencias, no deseables, de las cuales las más frecuentes son: ➢ Quemado: Calentamiento efectuado en condiciones de temperatura muy elevada, que dan lugar a alteraciones pronunciadas del borde de grano austenítico, las que hacen imposible la regeneración por tratamientos térmicos. ➢ Sobrecalentamiento: Calentamiento efectuado en condiciones de tiempo y/o temperatura, duración o de ambas, que dan lugar a un incremento anormal del grano austenítico sin excesiva alteración de sus bordes. Un acero sobrecalentado puede regenerarse mediante tratamiento térmico, una deformación plástica apropiada o una combinación de ambas operaciones. ➢Descarburación: Disminución del contenido de carbono del acero, debido a la acción de un medio exterior a temperatura suficientemente elevada. La descarburación puede ser profunda o limitarse a las capas superficiales.
  • 83. 83 TRATAMIENTOS TÉRMICOS FALLAS EN LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS Carburación: Aumento del contenido en carbono del acero, debido a la acción de un medio exterior a temperatura suficientemente elevada. La carburación puede ser profunda o limitarse a las capas superficiales. ➢ Deformación: Variación de las dimensiones, de la forma de un producto o de ambas, como consecuencia del tratamiento térmico. ➢ Fisuras: Fisura originada en el acero por los efectos inmediatos o diferidos de un calentamiento o de un enfriamiento del tratamiento térmico originadas por choque térmico o tensiones estructurales.
  • 84. 84 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES RECOCIDO Es un tratamiento orientado a conseguir uno o varios de los objetivos siguientes: ➢ Eliminar los defectos estructurales de la solidificación, de una deformación plástica en frío o en caliente, de una operación de soldadura o de un tratamiento térmico anterior. ➢ Conferir al acero un estado de ablandamiento definido o tender a reproducir este estado si la estructura ha sido alterada por los tratamientos térmicos. ➢ Provocar la formación de estructuras favorables para el mecanizado, la deformación en frío o la formación de una estructura determinada, por ejemplo, para un tratamiento térmico posterior, etc. ➢ Eliminar o reducir las tensiones internas del acero.
  • 85. 85 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES RECOCIDO El ciclo térmico consiste en: ➢ Un calentamiento hasta una temperatura llamada temperatura de recocido, determinada de acuerdo con la composición química y el objetivo a conseguir. ➢ Un mantenimiento isotérmico u oscilante alrededor de una temperatura. ➢ Un enfriamiento generalmente lento, según la función predeterminada.
  • 86. 86 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES RECOCIDO ➢ Calentamiento por debajo de A1: El recocido subcrítico no involucra la formación de austenita. En aceros hipoeutectoides laminados o forjados, conteniendo ferrita y perlita, este tratamiento puede ajustar la dureza de ambos constituyentes, pero se requiere un tiempo excesivo a temperatura para un ablandamiento sustancial. El recocido subcrítico es más efectivo cuando se aplica a aceros duros o deformados en frío, que recristalizan para formar nuevos granos de ferrita. La práctica del enfriamiento tiene poco efecto sobre las propiedades resultantes.
  • 87. 87 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES RECOCIDO ➢ Calentamiento por encima de A1: La austenita comienza a formarse cuando la temperatura del acero excede A1. En los aceros hipoeutectoides, la estructura de equilibrio en la zona intercrítica consiste en  + , y a temperatura por encima de A3, es completamente austenita. A pesar de esto, la mezcla de equilibrio ferrita + austenita no se alcanza instantáneamente, persisten carburos sin disolver, especialmente si el tiempo de austenizado es corto o la temperatura es cercana a A1, causando inhomogeneidad en la austenita.
  • 88. 88 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES RECOCIDO ➢ Enfriamiento. Descomposición de la austenita. En el enfriamiento, la austenita se descompone en  y Fe3C. Esto se produce dando diferentes formas en las cuales se presentan la ferrita y la cementita, en función de la temperatura alcanzada en el austenizado, y de la temperatura a la cual  se transforma en estos productos. - Cercana a A1: la estructura será laminar o globular gruesa y aparecerá después de tiempos muy largos. - Cercana a los 600ºC: la estructura será laminar fina o globular fina, presentándose a tiempos muy cortos.
  • 89. 89 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES NORMALIZADO Es uno de los tratamientos térmicos más fáciles de realizar. Se utiliza lo mismo para piezas fundidas, forjadas o mecanizadas, y sirve para afinar la estructura y eliminar las tensiones que suelen aparecer en la solidificación, forja o en otras operaciones posteriores. Como el nombre lo indica, se da este tratamiento a los aceros para que queden con los constituyentes y características que puedan considerarse normales o propios de su composición. Consiste en calentar los aceros a una temperatura superior a la crítica Ac3 o Acm, para que pasen al estado austenítico y dejar enfriar luego al aire tranquilo. En el normalizado la velocidad de enfriamiento es menor a la del temple pero mayor que la del recocido. Es un tratamiento típico de los aceros al carbono de construcción de 0,15 a 0,40 % de C.
  • 90. 90 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES NORMALIZADO El espesor de las piezas ejerce bastante influencia en los constituyentes y en las características que se obtienen en el normalizado de los aceros. Comparación de los ciclos tiempo-temperatura entre el normalizado y un recocido completo. El enfriamiento más lento del recocido resulta en altas temperaturas de transformación a ferrita y perlita, y una microestructura más grosera que la del normalizado.
  • 91. 91 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES NORMALIZADO El normalizado se puede emplear como recocido de homogeneización o de regeneración, aplicado a piezas que presenten una estructura grosera, como el acero bruto de forja, de laminación y similares. Por medio del normalizado, se eliminan las tensiones internas y se uniformiza el tamaño de grano del acero. Se emplea casi exclusivamente para los aceros de construcción al carbono o de baja aleación. Los aceros autotemplantes (de temple al aire) no se incluyen como aceros para normalizado, ya que no exhiben microestructura perlítica “normal” que caracteriza a este tratamiento. ACEROS DE NORMALIZADO. Se puede normalizar un amplio rango de productos ferrosos de aceros de bajo, medio y alto carbono, así como varios tipos de aceros colados. Usualmente, los aceros austeníticos, inoxidables y maraging no se normalizan.
  • 92. 92 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES NORMALIZADO Aceros al carbono. Los aceros que contienen 0,20%C o menos, generalmente no reciben tratamiento posterior al normalizado. Aceros aleados. Para aceros aleados forjados, productos laminados y fundidos, el normalizado se utiliza comúnmente como un tratamiento de acondicionado antes del tratamiento térmico final.
  • 93. 93 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES NORMALIZADO Proceso: el normalizado consiste en el paso de la chapa o fleje a través de un horno continuo donde el material es calentado a una temperatura aproximada de 55 a 85ºC por encima de la superior de transformación, 845 a 900ºC, obteniendo de este modo en completa solución a la estructura original y a continuación, enfriando al aire al material hasta la temperatura ambiente. Acero 1008 enfriado lentamente, mostrando las islas de perlita en una matriz ferrítica. La morfología laminar de la perlita es visible. Ataque: Picral 4%. 500X. Acero 1008 Normalizado, la morfología laminar de la perlita no es visible. Ataque: Picral 4%. 1000X.
  • 94. 94 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES TEMPLE El temple se refiere al proceso de enfriamiento rápido de las piezas metálicas desde la austenización o temperatura de tratamiento de la solución, típicamente dentro de la gama de 815 a 870 ° C para el acero. Los aceros de alta aleación y los inoxidables se pueden templar para reducir al mínimo la presencia de carburos en borde de grano y para mejorar la distribución de la ferrita, pero la mayoría de los aceros, incluidos los aceros al carbono, de baja aleación y para herramientas, se templan para producir cantidades controladas de martensita en la microestructura. El éxito del temple, por lo general, significa lograr la microestructura, dureza, resistencia, o tenacidad requerida. Los medios de temple más comunes son los medios líquidos o gaseosos. Los líquidos de temple utilizados comúnmente son:
  • 95. 95 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES TEMPLE ➢ Aceite que puede contener una variedad de aditivos ➢ Agua ➢ Soluciones acuosas de polímeros, sales o aditivos, Los gases de temple más comunes son los gases inertes, incluido el helio, el argón y el nitrógeno. La capacidad de templar para endurecer un acero depende de las características de enfriamiento del medio de temple. La eficacia del temple depende de la composición del acero, el tipo de medio para templar, o de las condiciones de uso del medio de temple.
  • 96. 96 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES TEMPLE FUNDAMENTOS Y EVALUACIÓN DEL TEMPLE. Fundamentalmente, el objetivo del proceso de temple es que el acero se enfríe desde la temperatura de austenización suficientemente rápido para formar las fases microestructrales deseadas, a veces bainita pero más a menudo martensita. La función básica del medio de temple es controlar el rango de transferencia de calor desde la superficie de la pieza a ser templada. PROCESO DE TEMPLE. El rango de extracción de calor de un medio de temple y la forma en que se lo utiliza, afecta sustancialmente el rendimiento del proceso de temple. Las variaciones de las prácticas de temple han dado lugar a la asignación de nombres específicos a algunas técnicas de temple:
  • 97. 97 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES TEMPLE ➢ Temple directo. ➢ Temple tipo “tiempo escalonado”. ➢ Temple selectivo. ➢ Temple por rocío (spray). ➢ Temple en niebla. ➢ Temple interrumpido.
  • 98. 98 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES TEMPLE TEMPLE INTERRUMPIDO. Consiste en un rápido enfriamiento del metal desde la temperatura de austenización hasta un valor por encima de Ms donde mantiene durante un tiempo determinado y luego se enfría al aire. Existen tres tipos de temples interrumpidos: austempering, marquenching (martempering) y temple isotérmico. La temperatura a la cual el temple es interrumpido, el tiempo de permanencia del acero a temperatura y las velocidades de enfriamiento, pueden variar dependiendo del tipo de acero y del espesor de la pieza.
  • 99. 99 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES TEMPLE Comparación de las velocidades de enfriamiento en uno interrumpido. (a) Temple convencional, proceso que utiliza agua, aceite o polímero como medio refrigerante. (b)Marquenching, que utiliza ya sea una sal o aceite caliente. (c) Austempering, utiliza una sal. (d)Temple isotérmico, que utiliza ya sea una sal o aceite caliente como medio de temple.
  • 100. 100 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES TEMPLE Secuencia de una barra de acero caliente a ser templada en una solución de un polímero (Polyalkylene glycol) al 25% en agua. (1)Cuando la barra es inmersa, una película del polímero se forma sobre su superficie. (2)Después de 15s. (3)Después de 25s. (4)Después de 35s. (5)Después de 60s. (6)Después de 75s, la película de polímero se ha re disuelto completamente y la extracción de calor se efectúa completamente por convección.
  • 101. 101 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS TEMPLE A LA LLAMA Es un tratamiento térmico en el que una fina capa de la superficie de una pieza de acero se calienta rápidamente a una temperatura por encima del punto crítico del acero. Después de que la estructura de grano de la capa ha llegado al estado austenítico (austenizado), la pieza es rápidamente templada, transformando la austenita a martensita, dejando el núcleo de la pieza en su estado original. Para lograr dureza, por lo tanto, el acero debe ser enfriado rápidamente a fin de que no pase por las dos primeras fases de transformación (perlita y bainita) y transforme directamente de austenita a martensita. El temple a la llama emplea directamente el choque de una llama de alta temperatura o la alta velocidad de los gases de combustión de productos.
  • 102. 102 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS TEMPLE A LA LLAMA Las profundidades de endurecimiento son de alrededor de 0,8 a 6,4mm o mayores se pueden obtener, en función de los combustibles utilizados, la duración del calentamiento, la templabilidad del material, el medio de temple y el método de enfriamiento utilizado. Aunque el temple a la llama se utiliza principalmente para desarrollar altos niveles de dureza de la resistencia al desgaste, también mejora la resistencia a la flexión y a la torsión y la vida a la fatiga. Los aceros adecuados para el temple por llama o inducción incluyen aceros de medio carbono (>0.3%C), aceros microaleados de medio carbono y aceros de baja aleación.
  • 103. 103 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS TEMPLE A LA LLAMA Alcance y aplicación. Este proceso se utiliza porque: - Las piezas son tan grandes que los hornos convencionales de calefacción y el enfriamiento son impracticables o antieconómicos. Los ejemplos típicos incluyen grandes engranajes, rollos. - Sólo un pequeño segmento de la sección, o parte de una zona requiere tratamiento térmico, porque el tratamiento de todo sería perjudicial para la función de la pieza. Los ejemplos típicos son los extremos de válvulas, superficies de levas y palancas - La precisión dimensional de una pieza es inviable o difícil de alcanzar por el horno o el control de la calefacción y enfriamiento.
  • 104. 104 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS TEMPLE A LA LLAMA Beneficios: ➢ Baja inversión inicial. ➢ Permite la ejecución de temple localizado en la superficie de piezas, no alterando la microestructura o las propiedades mecánicas originales de su interior (núcleo). ➢ Posibilita el temple de piezas con formas y dimensiones extremamente diversificadas. ➢ Facilidad de implantación, operación y mantenimiento.
  • 105. 105 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS TEMPLE POR INDUCCIÓN Se describen algunos conceptos básicos: Cuando circula una corriente por un conductor, se crea un campo magnético a su alrededor. Si el conductor tiene forma de espira, hay un flujo de campo magnético a través de ésta. Si el campo es debido a una corriente alterna, al introducir una pieza metálica en la espira (o en una bobina), el campo magnético induce corrientes eléctricas en la pieza (corrientes de Foucault). Estas corrientes inducidas generan calor por efecto Joule (P=R.I2; P: potencia; R: resistencia; I: intensidad de corriente).
  • 106. 106 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS TEMPLE POR INDUCCIÓN En la figura se ve el sentido de circulación de la corriente en la bobina y en la pieza. Camino de la corriente eléctrica en la bobina y en el metal durante el temple por inducción.
  • 107. 107 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS TEMPLE POR INDUCCIÓN Circuito eléctrico equivalente. La pieza, o carga, puesta en el conductor es equivalente a una resistencia Rc y a una inductancia Xc. Hay que tener en cuenta también la resistencia Ri y la inductancia Xi del inductor, así como la inductancia Xe del entrehierro.
  • 108. 108 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS TEMPLE POR INDUCCIÓN En el calentamiento por inducción entran en juego tres fenómenos físicos sucesivos: ➢ Transferencia de energía electromagnética del inductor a la carga (cuerpo a calentar). ➢ Transformación de la energía electromagnética en calor por efecto Joule. ➢ Transmisión del calor por conducción al resto de la masa del cuerpo. Es interesante acotar que: 1- La carga puede ser llevada a una temperatura mucho más alta que la temperatura de la fuente (inductor), a diferencia de los calentamientos por conducción y por radiación. 2- Poca inercia térmica. 3- El calor se genera en el interior del mismo cuerpo.
  • 109. 109 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS TEMPLE POR INDUCCIÓN La profundidad de penetración del calor depende principalmente de la potencia empleada y de la frecuencia. Rendimiento eléctrico de un inductor. En la siguiente tabla se muestran valores típicos para cargas de distintos materiales: Material a calentar h [%] Acero magnético 90 Acero no magnético 70-75 Aluminio 50 Cobre 45
  • 110. 110 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS TEMPLE POR INDUCCIÓN Calentamiento (a) externo, (b) interno y (c) de superficies planas.
  • 111. 111 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS TEMPLE POR INDUCCIÓN Ventajas: - El calentamiento por inducción permite concentrar en volúmenes reducidos, potencias importantes. - El calentamiento se localiza en aquellas zonas que deben ser tratadas. - Se pueden usar aceros débilmente aleados o no aleados. - Se evitan los fenómenos de descarburación y oxidación. - Ésta forma de calentamiento se presta a la automatización, y, por sus tiempos cortos, permite producciones elevadas. Desventajas: - Pueden aparecer dispersiones importantes, la profundidad de temple por variación de composición química o del estado inicial del acero.
  • 112. 112 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES REVENIDO Se refiere al tratamiento térmico efectuado sobre un producto templado, con el fin de obtener modificaciones que le confieran las características de empleo deseadas. Este tratamiento provoca la formación de una estructura más próxima al estado de equilibrio físico-químico que la obtenida mediante el temple. Al conjunto de estas dos operaciones se lo designa por “temple y revenido” (también se lo conoce como bonificado). El ciclo térmico se compone de las etapas siguientes: - Un calentamiento hasta una temperatura determinada pero inferior a Ac1. - Uno o varios mantenimientos a una o varias temperaturas determinadas. - Uno o varios enfriamientos hasta la temperatura ambiente, llevados a cabo de forma apropiada o según una función prefijada.
  • 113. 113 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES REVENIDO Esquema del temple y revenido de los aceros.
  • 114. 114 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES REVENIDO OBJETIVOS DEL REVENIDO. En general, el revenido puede producir: - Aumento de las características de ductilidad. - Disminución de las características de resistencia y dureza. - Endurecimiento secundario. - Disminución de las tensiones producidas por el temple. - Fragilidad. Endurecimiento secundario por revenido. Aumento de dureza posterior al temple y que puede tener como origen: - Formación de estructuras de temple a partir de la austenita residual. Estas estructuras se forman durante el calentamiento a la temperatura de revenido, o a lo largo del enfriamiento posterior a este mantenimiento. - Precipitación de constituyentes duros (carburos en partículas) en el curso del revenido.
  • 115. 115 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES REVENIDO REVENIDO DE LA MARTENSITA. En la práctica industrial, los tratamientos térmicos más comunes aplicados a los aceros consisten en dos operaciones principales: - Temple: calentamiento a una temperatura por encima de Ac3 (aproximadamente a Ac3 + 30ºC) y un posterior enfriamiento, generalmente muy rápido. - Revenido: calentamiento por debajo de Ac1. Según el tipo de acero y las condiciones del temple, las fases restantes pueden ser: ferrita, perlita, martensita, bainita u austenita retenida. Puede obtenerse alguna de estas fases o cualquier combinación de ellas.
  • 116. 116 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES Básicamente, durante el revenido la martensita se descompone en ferrita y carburos, buscando el estado de equilibrio termodinámico. La rapidez de esta evolución depende de la temperatura y del tiempo de revenido, pero principalmente de la primera. En los aceros al carbono y de media aleación, se distinguen varias etapas de esta evolución. Las más importantes son: Temperatura [ºC] Transformación 25-100 Segregación de carbono a las dislocaciones 100-250 Precipitación de carburos epsilon 200-300 Transformación de la asutenita retenida a bainita 250-350 Formación de cementita 400-600 Esferoidización de la cementita 500-600 Formación de carburos aleados 600-700 Crecimiento de la cementita, recristalización y crecimiento de grano. REVENIDO
  • 117. 117 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES MODIFICACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS. Los aceros al carbono después de un temple teóricamente perfecto, están constituidos por cristales de martensita. El acero en esta forma es muy resistente, pero tiene poca ductilidad y tenacidad. Si el acero templado se vuelve a calentar a diferentes temperaturas comprendidas entre la temperatura ambiente y 700ºC, y después se enfría al aire, la resistencia a la tracción disminuye progresivamente a medida que se elevas la temperatura del revenido y al mismo tiempo aumenta la ductilidad y la tenacidad. La resistencia al choque o resiliencia, que es generalmente muy baja cuando el revenido se hace a temperaturas inferiores a 450ºC, aumenta en cambio notablemente cuando el revenido se efectúa a temperaturas más elevadas. REVENIDO
  • 118. 118 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES EJEMPLO DE UN ACERO TEMPLADO DE 0,90%C, OBSERVADO CON 1.000 AUMENTOS. Al continuar el revenido, a unos 400ºC, se observa un oscurecimiento muy intenso (figura superior). Antiguamente se pensaba que se trataba de troostita. Luego, al aumentar la temperatura de revenido, se acentúa y desarrolla la coalescencia de la cementita. Antiguamente se pensaba que esta estructura formada a 600º- 650ºC era sorbita (figura inferior). REVENIDO Templado y revenido a 450ºC, enfriado en agua. Antiguamente troostita y sorbita. 1000X. Templado y revenido a 650ºC, enfriado en agua. Antiguamente sorbita. 1000X.
  • 119. 119 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CONVENCIONALES TRANSFORMACIONES MICROSCÓPICAS EN EL REVENIDO DE LOS ACEROS CON AUSTENITA RETENIDA. Cuando en la microestructura de los aceros templados aparece junto a los cristales de martensita cierta cantidad de austenita residual, debido a que el acero es de alta aleación o por haberse empleado una temperatura de temple muy elevada, las transformaciones en el revenido son algo complicadas. REVENIDO Acero de 1%C y 5%Ni, templado a 925ºC y revenido a diversas temperaturas. 750X. Templado sin revenir. Templado y revenido a 175ºC.
  • 120. 120 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS CEMENTACIÓN En el proceso de cementación, las aleaciones ferrosas son calentadas dentro de la fase austenítica en contacto con un medio carbonoso sólido, pastoso, líquido, gaseoso o plasma. Esto resulta en la difusión de carbono en el acero hasta una profundidad controlada (para un material dado) por medio de la temperatura y tiempo de difusión. El contenido de carbono de la superficie es función del potencial carburizante del medio circundante y no del contenido de carbono del material de partida. Consecuentemente, el proceso de cementación se utiliza para: ➢ Restablecer el carbono de componentes descarburados. ➢ Prevenir la descarburación durante el tratamiento. ➢ Incrementar el contenido de carbono en la superficie del componente por sobre el nivel de carbono base.
  • 121. 121 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS CEMENTACIÓN Es siempre necesario para resistir desgaste que el componente tenga alta dureza superficial, tal como se obtiene en los aceros de alto carbono, y aun así, que la pieza tenga alta tenacidad como un todo, lo que se obtiene cuando está compuesta de acero de bajo carbono. El tercer uso de la cementación cumple con estos requerimientos y utiliza la ventaja de que el aumento del contenido de carbono hasta la composición eutectoide, aumenta la templabilidad de los aceros. Por lo tanto, si el material se templa en un medio apropiado desde la temperatura de austenización, la superficie se transformará en martensita, aun cuando el núcleo, dependiendo de la composición del acero, se pueda transformar en ferrita y perlita.
  • 122. 122 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS NITRURACIÓN Es un proceso de endurecimiento superficial donde se introduce nitrógeno en la superficie de una aleación ferrosa sólida, manteniendo el metal a una temperatura adecuada, en contacto con un gas nitrogenado (usualmente amoníaco). Las principales razones para nitrurar son: ➢ Obtener alta dureza superficial ➢ Incrementar la resistencia al desgaste y las propiedades de anti- agarrotamiento. ➢ Mejorar la vida a la fatiga. ➢ Mejorar la resistencia a la corrosión. NITRURACIÓN GASEOSA
  • 123. 123 TRATAMIENTOS TÉRMICOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS Debido a la ausencia de un templado posterior, la nitruración produce mucho menos distorsión y deformación que la cementación y el temple superficial. TRATAMIENTOS PREVIOS A LA NITRURACIÓN. Todas las piezas que van a ser tratadas por este procedimiento deben ser templadas y revenidas antes de la nitruración. La temperatura de revenido debe ser lo suficientemente alta para garantizar la estabilidad estructural a las temperaturas de nitruración. NITRURACIÓN NITRURACIÓN GASEOSA