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Aceros y Tratamiento
Térmico
Aleaciones Hierro Carbono (Fe-C)
I. Aceros
II. Fundiciones o Hierros vaciados
Ambos son aleaciones de hierro y carbono,
que pueden contener otros elementos de
aleación
Fundiciones (Hierros Vaciados)
Gris Nodular Blanca Maleable
Se consideran aceros, las aleaciones de
hierro que tiene un contenido de carbono
desde 0.05%C hasta un 2 %C.
1.- Aceros
Los aceros son aleaciones de hierro y
carbono, que pueden contener otros
elementos de aleación
Los aceros pueden clasificarse de acuerdo
al diagrama Fe-C en tres tipos:
• Aceros hipoeutectoides: %C < 0.80
• Aceros eutectoides: %C = 0.80
• Aceros hipereutectoides: %C > 0.80
Clasificación Aceros
Al Carbono Aleados
Bajo Carbono
0.05 %– 0.30 %
Medio Carbono
0.30 %– 0.80 %
Alto Carbono
0.80 %– 2.0 %
Baja Aleación
Hasta 5% Aleantes
Media Aleación
de 5% - 15%
Aleantes
Alta Aleación
Mas de 15%
Ferrita
Perlita
Microestructura
Ferrita-Perlita
Bainita
Martensita
Resistentes a la
Corrosión
Resistentes al
Calor
Resistentes al
desgaste
Austeniticos
Endurecidos por
precipitación
Austeniticos Ferriticos
Estructura Dúplex
¿Qué Significa Esta Nomenclatura?
 AISI
 ASTM A29 grado 1020
 UNS G10200
 SAE 1006
Aceros
SAE 1 0 40
Clasificación de los Aceros
De acuerdo a normas internacionales los aceros se clasifican de acuerdo al
contenido de carbono y de elementos aleantes
1) SAE ( Society American
Engineers)
4) DGN (Dirección General de
Normas)
2) AISI (American Institute of
Steel and Iron)
3) UNS (Unified Numbering
System
Indica si es un acero al carbono o
aleado(1 indica acero al Carbono)
Indica la modificación en los Aleantes
(0 ninguno para los aceros al Carbono)
Contenido promedio de
Carbono(0.40%)
Indica si es un acero al carbono o
aleado(4 indica acero al Cromo y
Molibdeno)
Principal elemento aleante
(Cromo 0.50% o 0.95%)
Contenido promedio de
Carbono(0.40%)
La H indica que tiene una
templabilidad controlada
SAE 4 1 40 H
Designación sistemática del grado de acero de acuerdo con UNS (Unified
Numbering System)
Indica si es un acero al carbono o
aleado(1 indica acero al Carbono)
Indica la modificación en los Aleantes
(0 ninguno para los aceros al Carbono)
Contenido promedio de
Carbono(0.40%)
Indica si es un acero al carbono o
aleado(4 indica acero al Cromo y
Molibdeno)
Principal elemento aleante
(Cromo 0.50% o 0.95%)
Contenido promedio de
Carbono(0.40%)
La H indica que tiene una
templabilidad controlada
UNSG10400
UNS H41400
Exxxxx tierras raras y metales similares y aleaciones
Fxxxxx hierro fundido
Gxxxx aceros aleados y al carbono AISI y SAE
Hxxxx aceros con templabilidad controlada AISI Y SAE.
Jxxxxx aceros vaciados (excepto aceros para herramientas).
Kxxxxx diversos aceros y aleaciones base hierro.
Lxxxxx metales y aleaciones de bajo punto de fusión.
Mxxxxx varios metales y aleaciones no ferrosas.
Nxxxxx níquel y aleaciones de níquel.
Pxxxxx metales preciosos y aleaciones.
Rxxxxx metales y aleaciones reactivas y refractarias
Rxxxxx metales y aleaciones reactivas y refractarias.
Sxxxxx aceros resistentes a la corrosión y temperatura
(incluyendo inoxidables), aceros para válvulas y súper aleaciones
base hierro.
Txxxxx acero para herramientas, forjado y fundido
Wxxxx metal de aportación de soldadura
Zxxxxx Zinc y aleaciones de Zinc
Designación de aplicación ASTM
La norma ASTM no especifica composición directamente,
más bien determina la aplicación o ámbito de empleo. Por
tanto, no existe una relación directa biunívoca con las
normas de composición.
A36: Especificación de aceros estructurales al carbono.
A285: Especificación de aceros al carbono de baja e intermedia
resistencia para planchas de recipientes a presión.
A325: Especificación para pernos estructurales de acero con
tratamiento térmico y una resistencia a la tracción mínima de
120/105 ksi.
A514: Especificación para planchas aleadas de acero templadas
y revenidas con alta resistencia a la tracción, adecuadas para
soldar
La primera letra de la norma indica el grupo de aplicación:
AXX: Especificaciones para aceros y hierros.
BXX: Especificaciones para metales no ferrosos.
CXX: Especificaciones para concreto, estructuras civiles.
DXX: Especificaciones de químicos: Aceites, pinturas, etc.
EXX: Especificaciones de métodos de ensayos.
Grupos de aplicación
 Descripción:
Tipo de acero, Acabado en frío, Bajo Carbono, barra,
ASTM A29 grado B
 Dimensiones
 Composición Química
 Propiedades Mecánicas
 Tolerancias dimensionales: Rectitud, Planidad, etc.
 Acabado: Rolado en caliente, Rolado en frío, Estampado,
etc.
 Requerimientos Especiales: Tratamiento Térmico, acabado
superficial, Rugosidad, etc.
Algunas Normas InternacionalesAplicables a
los Productos deAcero y otros Metales
Descripción
SAE-AISI Society of Automotive Engineers – American Iron and Steel
Institute
ASTM
UNS
American Society for Testing and Materials (www.astm.org)
Unified Number Sistem
ASME American Society of Mechanical Engineers
MIL Militar Standard (U.S. Department of Defense)
AMS Aerospace Materials Specification
BS British Standards Institution
(http://www.bsi-global.com/index.xalter)
EN European Committee for Standardization
(http://www.cenorm.be)
presentacion ok.pptx
10 xx Aceros al Carbono
11 xx Aceros Resulfurizados
12 xx Aceros Resulfurizados y Refosforizados
13 xx Aceros al Mn; 1.75 %Mn
40 xx Aceros al Mo; 0.25%Mo
41 xx Aceros al Cr-Mo; 0.50-0.95%Cr; 0.12-0.30%Mo
43 xx Aceros al Cr-Ni-Mo; 0.50%Cr; 1.82%Ni ; 0.25%Mo
46 xx Aceros al Cr-Ni-Mo; 0.50%Cr; 0.55%Ni ; 0.20%Mo
50 xx Aceros al Cr; 0.27-0.65%Cr
52 xx Aceros al Cr; 1.45%Cr
Clasificación de los aceros SAE/AISI
Aceros Inoxidables
Aceros Inoxidables Austeniticos, SAE/AISI serie 300
Tipo
301 0.15 máx. 2.0 16 – 18 6 – 8
%C %Mn %Cr %Ni %Otros
302 0.15 máx. 2.0 17 – 19 8 – 10
304 0.08 máx. 2.0 18 – 20 8 – 12
309 0.20 máx. 2.0 22 – 24 12 – 15
310 0.25 máx. 2.0 24 – 26 19 – 22
316 0.08 máx. 2.0 16 – 18 10 – 14 2 – 3 Mo
321 0.08 máx. 2.0 17 – 19 9 – 12 2 – 3 Mo
347 0.08 máx. 2.0 17 – 19 9 – 13 (5x%C) Ti
min.
Estructura fcc, no magnéticos y no tratables térmicamente
Aceros Inoxidables
Aceros Inoxidables Ferriticos, SAE/AISI serie 400
Tipo
430 0.08 máx. 1.0 16 – 18
%C %Mn %Cr %Otros
430F 0.08 máx. 1.25 16 – 18 0.60 Mo max.
430F Se 0.08 máx. 1.25 16 – 18 0.15 Se min
446 0.20 máx. 1.5 23 – 27 0.25 N max.
Estructura bcc, magnéticos y no tratables térmicamente
Aceros Inoxidables
Aceros Inoxidables Martensiticos, SAE/AISI serie 400
Tipo
403 0.15 máx. 1.0 11.5 – 13
%C %Mn %Cr %Ni %Otros
410 0.15 máx. 1.0 11.5 – 13
416 0.15 máx. 1.2 12 – 14 0.15 S min
420 0.15 máx. 1.0 12 – 14
431 0.20 máx. 1.0 15 – 17 1.2 – 2.5
440A 0.6 – 0.75 1.0 16 – 18 0.75 Mo max
440B 0.75 – 0.95 1.0 16 – 18 0.75 Mo max
440C 0.95 – 1.20 1.0 16 – 18 0.75 Mo max
Estructura bcc, magnéticos y tratables térmicamente
Aceros al carbono y aleados más
frecuentemente utilizados
 SAE 1010: Piezas fabricadas de placas
 SAE 1020: Aplicaciones generales en maquinaria
 SAE 1040: Piezas templadas por inducción o a la
flama
 ASTM A36: Acero estructural
 SAE 4140: Piezas de maquinas de alta resistencia
 SAE 4340: Piezas de maquinas de alta resistencia
 SAE 8620: Piezas cementadas o Carburizadas
Martensita: Se forma cuando la Austenita es enfriada rápidamente (Temple)
a temperatura ambiente (Ta)
Se forma casi instantáneamente cuando la temperatura de temple es
alcanzada. La transformación de Austenita a Martensita no implica un
procesos de difusión, esto significa que no se necesita activación térmica, esta
transformación es llamada “Transformación Atérmica”
Cada átomo se desplaza una pequeña distancia (sub atómica), para
transformar la Austenita (Feg-FCC) a Martensita, la cuál tiene una estructura
BCT (Tetragonal Centrada en el Cuerpo).
La Martensita es metaestable , puede existir a temperatura ambiente, pero se
transformará a una fase en equilibrio con un recocido a altas temperaturas.
La Martensita puede coexistir con otras fases o microestructuras
Rangos de Resistencia a la cedencia de losAceros
Bajo Carbono
Aceros al Carbono
Templables
Aceros de Ultra al
Resistencia
Aceros alta
Resistencia ,
Baja Aleación
Aceros al Carbono y
aleados Laminados-
Tratables -
Térmicamente
Aceros
Estructurales
ASTM
Aceros aleados SAE
Grado Carburización
500 1000 1500 2000
Aceros aleados SAE Grado
Endurecimiento completo
100 200 300
Resistencia a la Cedencia en MPa
Resistencia a la Cedencia en PSI
Aceros para Herramienta
Aleados Templables
fabricados para
requerimientos Especiales
de Calidad
Aceros Resistentes al
Impacto: Serie S
Aceros para Trabajo
en Caliente:
Series H; P
Aceros para Trabajo
en Frío: Series O; W;
D; A
Aceros de alta
Velocidad: Series M; T
Aceros para Herramienta
Tipos de Aceros para Herramienta
 Alta Aleación y Templabilidad
 Fabricados en hornos Eléctricos para mejor control de
Impurezas y de los elementos Aleantes
 Fabricados en cantidades relativamente pequeñas y
sujetos estricto control de calidad
Prefijo Aplicación Tipos Específicos
W (Templado en agua)
O (Templado en aceite)
A (Media aleación Templado
al aire)
D (Alto C; Alto Cr)
S ()
H ()
M ()
L ()
P ()
T ()
Trabajo en Frío
Resistentes al Impacto
Para Trabajo en
Caliente
Aceros de Alta
Velocidad
Aceros para Moldes
Aceros para propósitos
especiales
W1, W2, W5
O1, O2, O6, O7
A2, A4, A7, A8, A9, A10, A11
D2, D3, D4, D5, D7
S1, S2, S4, S5, S6, S7
H10 – H19 Aceros al Cromo (Cr)
H20 – H39 Aceros al Tungsteno (W)
H40 – H59 Aceros al Molibdeno (Mo)
Tipos de Aceros al Molibdeno (Mo) : M1,
M2, M3-1, M3-2, M4, M6, M7, M10, M33,
M34’ M36, M41, M42, M46, M50
Tipos de Aceros al Tungsteno (W) : T1,
T4, T5, T6, T8, T15
Aceros para Moldes : P6, P20, P21
Aceros para propósitos especiales: L2, L6
Aceros para Herramienta
Familias de losAceros Inoxidables
304 (18:8): a8 –
20% Cr; 8 – 10%Ni
403, 410, 420
201, 202
Aceros inoxidables,
Endurecimiento
por Precipitación
Aceros inoxidables
Dúplex
303, 303 Se
Aleados
Ni-Cr-Fe
Aceros Inoxidables
Superferritícos
347
321
304L
316L
317L
Aceros Inoxidables
Superausteniticos
317
Incremento de Cr, bajo
Ni, para alta resistencia
Adición Cu, Ti,
Al. Bajo Ni para
endurecimiento
por precipitación
Adición Mn y N.
Bajo Ni , para alta
resistencia
Sin Ni.
Bajo Cr,
Martensiticos
Adición Mo.
para , resistencia
al pitting
316
Adición de más Mo.
para , resistencia al
pitting
Adición Ni, Mo, N.
para , resistencia a
la Corrosión
Bajo C, para
reducir la
sensitization
Adición Ti.
para , reducir
la sensitization
Sin Ni.
Ferritico
430
Adición Cr, Mo
Adición Nb+Ta.
para , reducir la
sensitization
309, 310, 4314, 330
Adición Cr y Ni.. Alta
resistencia y A a la corrosión
Adición Ni. para , alta
resistencia a la corrosión en
ambientes de alta temperatura
Adición S o Se para mejorar la
maquinabilidad
Algunos Tipos de Aceros Inoxidables
Tipo Aplicación
430
S43000
Resistentes a la corrosión en aplicaciones
decorativas de piezas no funcionales
416
S41600
Endurecible hasta 30 RC aplicaciones en guías,
dispositivos en general y placas base.
420
S42000
Dureza de 50-52 HRC, para herramientas que no
requieren alta resistencia al desgaste, como:
cavidades de moldes para inyección, boquillas
para spray, inyección, etc.
440C
S44004
Durezas de 58-60 RC para dispositivos de corte,
punzones y dados.
Algunos Tipos de Aceros Inoxidables
Tipo Aplicación
303
S30300
Aplicación en grapas y flechas donde solo se
necesita resistencia a la oxidación en salpicadura
o derrames de agua.
304/L Todos los tipos de inmersión química
316/L Todos los tipos de inmersión química don el 304 no
es adecuado.
17-4 PH
S17400
Cinturones o seguros de alta resistencia, Flechas,
Agitadores y soporte de maquinas; Endurecidos
por envejecimiento.
17-7 PH
S17700
Endurecidos a la condición CH900 para resortes
resistentes en ambientes químicos
presentacion ok.pptx
Metalurgia
de Polvos Acero para
Herramientas
Recubrimiento
Térmico
por dispersión
Titanio
Níquel y Súper
Aleaciones
Acero
Inoxidable
Aluminio
Cobre
Polímeros Matriz
Compositos
Plomo, Estaño,
zinc
Metales
Preciosos
Au, Ag, Pt
Hierro
Colado
Silicio, GaAs
Ferritas, Zinc
Renio
Niobio
Acero
Suave
Acero
Endurecido
Vidrio y Mineral
Compositos de
Matriz Cerámica
Cerámicas duras
de Ingeniería
Cerámicas en
General
Ductilidad
Frágil
Tenaz
Suave Duro
Dureza
Tratamiento Térmico
Se aplica al acero y otros metales susceptibles
de sufrir cambios estructurales, y por
consiguiente en sus propiedades mecánicas
Esto significa que al acero se le puede
cambiar o modificar su dureza y resistencia
por medio de un tratamiento térmico
Lo definimos como el calentamiento a una
temperatura determinada y un enfriamiento
a una velocidad que permita obtener
características metalúrgicas y mecánicas
requeridas,.
Tratamiento Térmico
Generalmente las
propiedades de los
aceros se pueden
Modificar por un
tratamiento térmico:
y que un acero duro se
obtiene por medio de un
calentamiento y un
enfriamiento rápido.
Así podemos decir que
un acero suave se obtiene
por un calentamiento y
un enfriamiento lento
Tratamientos Térmicos
Suavización Endurecimiento Termoquímicos
Normalizado
Recocido
Relevado de
Esfuerzos
Temple Carburización
Carbonitruración
Nitruración
Austempering
Martempering
Revenido
Boronización
El hierro puro no es susceptible de modificar su
propiedades mediante el Tratamiento Térmico.
El acero como se mencionó es una aleación de
Fe y C aleado con otros elementos , puede
tratarse en un amplio rango d resistencia,
tenacidad y ductilidad.
El carbono es el elemento más importante de los
elementos aleantes en términos de propiedades
mecánicas y la mayoría de los tratamientos
térmicos se basan en controlar la distribución de
carbono .
Estabilidad
dimensional
Resistencia a la
fatiga
Resistencia al
impacto
Alta
Alta
Baja
Baja
Baja
Alta
Dureza
B
a
l
a
n
c
e
Efecto de la dureza en las propiedades
del acero
Objetivo del Tratamiento térmico
Mejorar las propiedades mecánicas del acero mediante
cambios en las microestructura metalúrgicas
Modificar la microestructuras modifica las propiedades
Modificar la naturaleza de los constituyentes sin variar la
composición.
Provocar modificaciones estructurales, de dimensión y de
forma de los microconstituyentes, sin modificar su
naturaleza.
Los tratamientos térmicos se dividen
prácticamente en:
Tratamientos
térmicos donde solo
ocurren cambios en
la microestructura
del acero y en sus
propiedades
mecánicas
1.- Tratamientos
Térmicos de
suavización
2.- Tratamientos
Térmicos de
endurecimiento
Tratamientos Térmicos
Tratamientos
Termoquímicos
Cementación,
Carbonitruración,
Boronización, etc.
Donde además de los
cambios en la
microestructura y
propiedades
mecánicas, se
modifica la
composición química
en la superficie del
acero.
Donde la superficie de la
pieza de acero se enriquece
con un elemento químico,
principalmente Carbono,
Nitrógeno y otros como el
Boro, Titanio, azufre y otros
Tratamientos Térmicos de
suavización
A).- Normalizado
B).- Recocido
C).- Relevado de esfuerzos
D).- Revenido
Tratamientos Térmicos de
endurecimiento
A).- Temple
B).- Martempering
C).- Austempering
presentacion ok.pptx
Austenita
Enfriamiento
Lento
Enfriamiento
Moderado
Enfriamiento
Rápido
Recalentamien
to (Revenido)
Bainita
(a + Fe3C)
Martensita
(Fase TBC)
Perlita
(a + Fe3C) + Ferrita
proeutéctoide
Martensita
Revenida (a +
Fe3C)
presentacion ok.pptx
presentacion ok.pptx
presentacion ok.pptx
Bainita, 50%
Austenita, 100%
Casi 50% Perlita, 50%
Austenita
Final:
50% Bainita,
50% Perlita
Temperatura
°C
Tiempo (s)
Temperatura
°F
Temperatura Eutéctoide
presentacion ok.pptx
Normalizing/Annealing
• Normalizing - ~5-10°C/min
• Annealing - ~1°C/min
• Reasons for normalizing (castings/plate etc.)
1. Refine grain size
– increase strength
– increase toughness
– decrease d-b transition temperature
• eg: pressure vessels, ship plate, pipelines, digesters
etc.
26
Normalizing/Annealing
2. Redistribute solute in castings etc.
- high temperature diffusion
Reasons for annealing:
• Fully soften material
• Put it in its most ductile state
presentacion ok.pptx
Mechanical properties
Normalized structures are stronger
because:
• Finer pearlite
• More pearlite
• Finer α grain size
Normalizing/Annealing of
hypereutectoid steel
• Normalizing
– ~5-10°C/min
– extensive grain boundary network of
proeutectoid Fe3C
• Annealing
– ~1°C/min
– no extensive grain boundary network
of
proeutectoid Fe3C
for C contents >0.8%:
– % elongation values of
normalized structure << annealed
Acero 10101 laminado en frío 90% y después recocido a 552 0C. (a) 2
minutos , 10% de recristalización. (b) 15 minutos, 80% de recristalización
Microestructura bandeada Transversal"T", Longitudinal "L" y transversal
superficial "S”.
presentacion ok.pptx
Temperatura
0
C
Tiempo (Log)
Bainita
Martensita
Bainita
inferior
Bainita superior
Ferrita
Perlita
Ferrita Widmastatten
Diagrama Temperatura Tiempo
Transformación (TTT)
Austenita
+ Bainita
Temperatura Crítica inferior Ac1
Austenita +
Perlita Perlita
Bainita
Martensita
Temperatura
°F
Tiempo
Austenita
A) Normalizado
En el normalizado el acero es calentado de 50ºC a 80ºC arriba de
la temperatura critica (850°C a 950°C), para aceros
hipoeutectoides e hipereutectoides, de 1 a 2 horas, seguido de un
enfriamiento al aire.
Austenita (Feg)
Normalizado
Aceros
Hipoeutectoides hipereutectoides
Aceros
Temperatura
Estructura Widmastatten
Típica después del forjado
Ferrita
Perlita
Ferrita acicular
Perlita
Estructura después del
normalizado
Recocido
Hay varios tipos del
tratamiento térmico de
recocido, como:
Es calentar el acero
a una temperatura
entre 700°C y 950°C,
un tiempo
determinado y
después un
enfriamiento lento
dentro del horno
A) Recocido completo
B) Recocido de
esferoidización
C) Recocido Isotérmico
Recocido completo
Austenita (Feg)
Recocido
Esferoidización
Temperatura
Aceros
Hipoeutectoides hipereutectoides
Aceros
Estructura después
del Recocido
completo
Estructura después del
Recocido de
Esferoidización
Recocido de esferoidización por debajo de la temperatura critica A1.
Esferoidización
Tiempo
Temperatura crítica
Calentamiento prolongado
Enfriamiento
en el horno
(lento)
Temperatura
La microestructura de los aceros hipereutectoides consiste de perlita
y cementita la cual forma una red frágil alrededor de la perlita, que
dificulta el maquinado de estos los aceros. Para evitarlo se aplica un
recocido de esferoidización que produce carburos de forma globular
en una matriz ferrítica que facilita el maquinado. La estructura es
llamada esferoidita, la cuales deseable se requiere un mínimo de
dureza y una máxima ductilidad y maquinabilidad.
Recocido Esferoidización a temperatura
abajo y arriba de la temperatura crítica
Esferoidización
Temperatura
Temperatura
crítica
Tiempo
Ductilitdad de aceros recocidos y normalizados
%
Alargamiento
(en
2”
log.
calibrada
Recocido
Normalizado
Contenido de Carbono (%C)
Resistencia a la Tensión de aceros recocidos y normalizados
Resistencia
a
la
Tensión
(1,000
PSI)
Contenido de Carbono (%C)
Recocido
Normalizado
Dureza de aceros normalizados y recocidos.
Normalizado
Recocido
Contenido de Carbono (%C)
Numero
de
Dureza
Brinell
(BHN)
Definimos Temple como el calentamiento a una
temperatura alta seguido de un enfriamiento rápido
que permita que las piezas de acero de endurezcan
Temperatura
de temple
Templado
Revenido
Tiempo
Temperatura
en
°F
Temperatura
en
°C
800
600
400
200
1600
1000
600
La temperatura a la cual inicia la transformación Martensítica
es llamada Ms. Cuando un enfriamiento rápido suprime el
procesos de difusión necesario para la formación de Cementita,
la energía libre puede reducirse por la transformación del hierro
a partir de la estructura fcc (Austenita).
El hierro trata de llegar a la estructura bcc, pero se distorsiona a
bcc por la supersaturación de C en la solución sólida.
La fase que se obtiene durante el enfriamiento brusco
debido al temple provocada por la transformación de
fase a partir de la Austenita es llamada Martensita
Mezcla de microestructuras de Martensita y Bainita. La agujas
brojas son Bainita y las grises son Martensita y las zonas blancas
coresponden a la Austenita retenida (reactivo Nital).
presentacion ok.pptx
Aceite Mineral para temple
El aceite mineral es el mas utilizado en los tratamientos
térmicos de temple a igual que el agua
Fase de Vapor
Fase de Ebullición
Fase de
Convección
Es importante notar que la transformación Martensitica no
esta limitada a laos aceros. Es común en materiales que
transforman su estructura cristalina como; Latones; aleaciones
de Titanio; Cobalto. Así que el termino Martensita no
necesariamente se refiere a la fase producida en el acero
La cantidad de Martensita formada durante el temple,
aumenta a medida que la temperatura de temple decrece
rápidamente. La transformación cesa cuando la temperatura
cae por debajo de Mf (temperatura final de transformación a
martensita)
Después del temple permanece una pequeña cantidad de Austenita
sin transformar, la cual es llamada austenita retenida. La cantidad
presente depende de la composición del acero. En aceros al
carbono el contenido de austenita retenida tiende a incrementarse
al aumentar el contenido de carbono en el acero.
La austenita retenida es más importante en los aceros
aleados ya que en estos aceros las temperaturas Mf son
menores a la temperatura de los medios de temple (agua
o aceite a temperatura ambiente)
Mapeo de dureza que muestra las distintas fases ferrita y Martensita
Temperatura de Revenido ºC
Dureza
Rockwell
C
Temperatura de Revenido ºF
Acero con 1.20%C
Acero con 0.80%C
Acero con
0.35%C
Tiempo de Revenido (s)
Numero
de
dureza
Brinell
(BHN)
Dureza
Rockwell
C
Temperatura de de Revenido °C
Temperatura de de Revenido °F
Dureza
Rockwell
C
Temperatura de de Revenido °C
Temperatura de de Revenido °F
Dureza
Rockwell
C
Medios de Temple
 Aceite Mineral
 Agua
 Polímeros
 Aceite vegetal o animal
 Gases
Los medios de temple mas comunes para temple del
acero, algunos son:
Características de los aceites de Temple y los
polímeros
Temperaturas de trabajo bajas
Severidad de temple media y alta
dependiendo de la concentración
Características de temple de acuerdo
a la concentración y temp.
Sin riesgos de incendio (base agua)
Control estricto de la temperatura y
concentración
Formación de bacterias por la
contaminación (malos olores)
Polímeros
Temperaturas de trabajo altas
Baja, media y alta severidad de
temple dependiendo del aceite
Características de temple sin
cambio a altas temperaturas
Riesgos de incendio
Características de temple sin
cambio a altas temperaturas
Degradación del aceite debido a
los ciclos de calentamiento y
enfriamiento
Aceites
Horno de Atmosfera controlada
Horno al Vacio para temple en gas
Horno de Fosa
Tratamientos Térmicos Superficiales
Es el enriquecimiento de Carbono en la
superficie de piezas fabricadas de acero bajo
carbono. El carbono es disuelto en una capa
superficial a la temperatura de austenitización,
seguido de un temple y revenido para formar
una microestructura Martensitica
Carburización o Cementación
en
C
CO (
2  2
) CO
Fe 
en
C
H
CO (
2 
  
v
O
H
Fe 2
) 
Métodos de Carburización o
Cementación
Métodos
 En una atmosfera gaseosa
 Al vacio
Plasma
 Baño de sales
En un ambiente sólido
La mayoría de la piezas cementadas son procesadas
en atmosfera gaseosa, utilizando gas natural,
propano o butano
La cementación es un proceso de tratamiento
termoquímico austenítico. Durante el transcurso de
este proceso se enriquece la capa exterior del
componente. con Carbono (carburación) o con
Carbono y Nitrógeno (carbonitruración) con el
objetivo de mejorar las propiedades mecánicas de la
capa exterior del componente.
La cementación comprende tres etapas.
1. Las piezas son expuestas a una atmósfera que
contiene Carbono o Carbono y Nitrógeno a una
temperatura de entre 850 y 1.050 °C.
2. Templado, puede hacerse inmediatamente a partir
de la temperatura de cementación, o después de un
enfriamiento intermedio (difusión).entre 800 y 850
3. Revenido, sirve principalmente para aliviar
tensiones internas y reducir la sensibilidad al
agrietamiento durante el subsiguiente rectificado.
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Tenaz y maleable
Propiedades de uso mejoradas (tenacidad y, donde es
relevante, resistencia)
Zona del núcleo
Dura y resistente al desgaste
Resistencia a la fatiga mejorada
Capa exterior
La cementación crea una estructura de martensita
dura en la zona exterior.
Estructura de la capa exterior
La profundidad de cementación, CHD (Case Harding
Depth), es la distancia perpendicular a la superficie
en la que la dureza ha descendido a un nivel definido
(límite de dureza).
Profundidad de cementación
Carburización en una atmosfera
gaseosa
Fuente del carbono:
Metano (CH4); Propano (C3H8); Butano (C4H10)
Equipos:
Hornos continuos; Hornos Batch
Parámetros de control de los hornos:
Presión mínima necesaria dentro del horno
)
min ( F
A D
D
H
P 

H= Altura interna de la cámara del horno
DA = Densidad del aire fuera del horno
DF = Densidad de la atmosfera dentrodel horno
Tiempo de permanencia dentro del
horno
F
A
T
F
T
V
t



V = Volumen del horno
TA = Temperatura absoluta
F = Flujo de gas portador medido a TA, temperatura
ambiente
Variables del Proceso
Temperatura
La velocidad máxima a la cual el carbono es absorbido por el
acero, esta limitada a la velocidad de difusión del carbono en la
austenita: la tasa de absorción de carbono a 927ºC es
aproximadamente 40% mayor que a 870ºC
Potencial de Carbono de la atmosfera del horno
El contenido de C de la atmosfera del horno: la diferencia en
el potencial de carbono de la atmosfera y el contenido de
carbono en la pieza de acero provoca la transferencia de C a
la pieza de acero, el potencial de carbono de la atmosfera del
horno debe ser mayor que el carbono contenido en la pieza.
Difusión del carbono
El tiempo, temperatura y concentración de carbono se
basa en la segunda ley de Fick; El coeficiente d difusión
de carbono en la austenita esta dado por:
 
 
RT
C
C
D /
6600
37000
6
.
1
exp
47
.
0 



D = cm2/s
C = peso en % de C
T = temperatura absoluta (K)
R = constante de los gases
Horno Continuo
Horno Batch









Dt
x
erf
C
C
C
C
a
o
a
x
2
Cx = Concentración de C a la distancia x
Ca = Concentración de C en el acero
Co = Concentración de C en la atmosfera
x = profundidad de penetración (capa cementada)
t = tiempo de carburización
D = Coeficiente de difusión del acero
Carburización al vacio
Calentamiento
La temperatura típica es de 845°C a 1040°C, manteniendo a
esta temperatura para asegurar que las piezas de acero
alcancen esta temperatura uniformemente
La disociación del hidrocarburo en la superficie del acero con
la absorción directa de carbono por la austenita esta dada por
2
4 2
)
( H
C
Fe
Fe
CH 

 2
8
3 4
)
(
3
3 H
C
Fe
Fe
H
C 


y/o
Un mínimo de presión parcial se requiere en el gas para
asegurar la carburización: de 1.3 a 6.6 kPa para hornos
fabricados con grafito y de 1. a 25 kPa para hornos de
cerámica
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Horno al Vacio para Carburización de engranes
(A) 900ºC
(B) 100ºC
(1) AISI1008
(2) SNCM 220
(3) SCM 415
Carburización por plasma
En este proceso se utiliza una descrga glow tecnológica para
introducir iones de carbono en la superficie del acero mediante
el proceso de difusión
Aumenta la velocidad de carburización debido a varios pasos de
disociación del hidrocarburo
Pueden utilizarse altas temperaturas ya que el proceso toma
lugar sin la presencia de oxigeno aumentando la capa
carburizada más que con atmosfera o al vacio
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Distancia desde la superficie
(mm)
Dureza
Vicker
(HV)
¿Que es el Proceso de Nitruración?
Enriquecimiento en nitrógeno atómico de la capa superficial
de la pieza por medio de un tratamiento termoquímico a
temperatura aproximadamente de 500-5900C, sin producir
transformaciones de fase.
Las propiedades que la nitruración le confiere al acero se puede resumir en:
•Alta dureza superficial y resistencia al desgaste
•Alta resistencia al revenido y alta dureza al rojo
•Alta resistencia a la fatiga
•Mejor resistencia a la corrosión
•Alta estabilidad dimensional
PLANTA DE NITRURACION POR PLASMA (Plasma Liits)
Cigüeñales
Herramientas
de forgeo
Bastidores de
Aluminio
Moldes del Plástico
Engranajes Tubos del Resorte
de Gas
Árboles de levas
Bielas
Aplicaciones de la Nitruración por Plasma
Nitruración por plasma
¿Que es el Proceso de Nitruración?
Enriquecimiento en nitrógeno atómico de la capa superficial
de la pieza por medio de un tratamiento termoquímico a
temperatura aproximadamente de 500-5900C, sin producir
transformaciones de fase.
Las propiedades:
•Alta dureza en la superficie y resistencia al desgaste
•Alta resistencia a la fatiga
•Mejor resistencia a la corrosión
•Alta estabilidad dimensional
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Resistencias
Removedor
Soporte del
horno
Cámara de
vacio
Aislamiento
Bomba de
recirculación
Sistema de
vacio
Desfogue
Mirilla
Piezas
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Cigüeñales
Dados para trefilado
Piezas de
Aluminio
Moldes del Plástico
Engranes Tubos del Resorte
de Gas
Árboles de levas
Bielas
Aplicaciones de la Nitruración por Plasma
Se obtiene a partir de una fundición blanca por mediante un
tratamiento térmico de 72 Hrs a 1000ºC en una atmósfera
oxidante. El O2 de la atmósfera del horno se combina con el C de
la pieza y se forma CO2 que se incorpora a la corriente gaseosa.
Fundición Maleable
Se obtiene por tratamiento térmico a partir de las fundiciones
blancas. Podemos distinguir dos tipos:
1. Fundición Maleable Europea o de corazón blanco
La pieza pierde C y la estructura final resultante será casi
totalmente ferrítica, con un pequeño porcentaje de Fe3C.
O2 (atmósfera) + C (grafito de la pieza) CO2 (atmósfera)
Se trata a la fundición blanca durante 24 Hrs a 900ºC en una
atmósfera neutra. La composición de la aleación no se modifica,
sino que la cementita de la fundición blanca se transforma en
austenita y grafito (módulos de perfil irregular).
1. Fundición Maleable Americana o de corazón negro
Las composiciones típicas son: 3%C y 0.75%Si, para la
Fundición Europea y 2.5%C y 1%Si para la Americana (el
contenido alto de Si favorece el tratamiento térmico).
Fundición Blanca Fundición Maleable
Temple por inducción
2. Problemas en el Tratamiento
Termoquímico de cementación.
 Austenita Retenida
 Carburos
 Oxidación Íntergranular
Austenita Retenida
¿Qué es la Austenita y como afecta las propiedades de una pieza?
La Austenita es una solución sólida de Carbono y otros elementos disueltos
en hierro gama Cúbico Centrado en las Caras (Feg en Fcc).
Se empieza a formar en la temperatura crítica inferior y la transformación se
completa en la temperatura crítica superior
% Carbono
Temperatura
ºC
Esferoidizado
Recocido
Normalmente la Austenita no existe a temperatura ambiente, pero bajo
ciertas condiciones de tratamiento térmico puede retenerse algún porcentaje
La austenita que no se transforma a martensita en el temple es llamada
austenita retenida. Esto ocurre cuando el acero no se templa a la
temperatura Mf, para formar 100% martensita
Como Mf esta por debajo de la temperatura ambiente en aceros con
contenidos mayores a 0.30% C, puede estar presente en combinación con
martensita a temperatura ambiente
Influencia del contenido de carbono en la cantidad de
austenita retenida
%
Austenita
retenida
% Carbono
Los aceros con contenidos relativamente altos de Níquel, tienden a retener la
austenita después del tratamiento térmico: como SAE4620H; SAE 4820H y
SAE9310H.
Factores que provocan la
austenita retenida
La cantidad de austenita retenida en las piezas cementadas, de debe
básicamente a dos factores:
1. Cantidad (%) de carbono que se difunde en la superficie del acero y el
contenido de elementos aleantes. Un contenido alto de carbono y los
elementos aleantes, bajan la temperatura Mf que incrementa el
contenido de austenita.
2. La estabilización de la austenita se incrementa por un enfriamiento lento
en el rango de Ms a Mf. Aceites de temple calientes como un
martempering modificado ha mostrado tendencia a aumenta la
austenita retenida
¿Cuánta austenita retenida debe tener una pieza
cementada después del temple?
Dependiendo del acero y del tratamiento térmico, varia de contenido de 1% al
50%
La austenita retenida, principalmente en engranes cementado, ha sido sujeto de
controversia
Algunos grupos prefieren poca o 0% de austenita retenida. Otros consideran que
cantidades en el rango de 2 % a 5% puede ser benéfica y otros mas opina que
puede tenerse hasta un 30%.
Efectos de la austenita retenida en las
piezas cementadas
Estabilidad
dimensional
Resistencia a la
fatiga
Resistencia al
impacto
Alta
Alta
Alta
Baja
Baja
Baja
0% 20% 40%
B
a
l
a
n
c
e

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  • 2. Aleaciones Hierro Carbono (Fe-C) I. Aceros II. Fundiciones o Hierros vaciados Ambos son aleaciones de hierro y carbono, que pueden contener otros elementos de aleación
  • 3. Fundiciones (Hierros Vaciados) Gris Nodular Blanca Maleable
  • 4. Se consideran aceros, las aleaciones de hierro que tiene un contenido de carbono desde 0.05%C hasta un 2 %C. 1.- Aceros Los aceros son aleaciones de hierro y carbono, que pueden contener otros elementos de aleación
  • 5. Los aceros pueden clasificarse de acuerdo al diagrama Fe-C en tres tipos: • Aceros hipoeutectoides: %C < 0.80 • Aceros eutectoides: %C = 0.80 • Aceros hipereutectoides: %C > 0.80
  • 6. Clasificación Aceros Al Carbono Aleados Bajo Carbono 0.05 %– 0.30 % Medio Carbono 0.30 %– 0.80 % Alto Carbono 0.80 %– 2.0 % Baja Aleación Hasta 5% Aleantes Media Aleación de 5% - 15% Aleantes Alta Aleación Mas de 15% Ferrita Perlita Microestructura Ferrita-Perlita Bainita Martensita Resistentes a la Corrosión Resistentes al Calor Resistentes al desgaste Austeniticos Endurecidos por precipitación Austeniticos Ferriticos Estructura Dúplex
  • 7. ¿Qué Significa Esta Nomenclatura?  AISI  ASTM A29 grado 1020  UNS G10200  SAE 1006 Aceros
  • 8. SAE 1 0 40 Clasificación de los Aceros De acuerdo a normas internacionales los aceros se clasifican de acuerdo al contenido de carbono y de elementos aleantes 1) SAE ( Society American Engineers) 4) DGN (Dirección General de Normas) 2) AISI (American Institute of Steel and Iron) 3) UNS (Unified Numbering System Indica si es un acero al carbono o aleado(1 indica acero al Carbono) Indica la modificación en los Aleantes (0 ninguno para los aceros al Carbono) Contenido promedio de Carbono(0.40%) Indica si es un acero al carbono o aleado(4 indica acero al Cromo y Molibdeno) Principal elemento aleante (Cromo 0.50% o 0.95%) Contenido promedio de Carbono(0.40%) La H indica que tiene una templabilidad controlada SAE 4 1 40 H
  • 9. Designación sistemática del grado de acero de acuerdo con UNS (Unified Numbering System) Indica si es un acero al carbono o aleado(1 indica acero al Carbono) Indica la modificación en los Aleantes (0 ninguno para los aceros al Carbono) Contenido promedio de Carbono(0.40%) Indica si es un acero al carbono o aleado(4 indica acero al Cromo y Molibdeno) Principal elemento aleante (Cromo 0.50% o 0.95%) Contenido promedio de Carbono(0.40%) La H indica que tiene una templabilidad controlada UNSG10400 UNS H41400
  • 10. Exxxxx tierras raras y metales similares y aleaciones Fxxxxx hierro fundido Gxxxx aceros aleados y al carbono AISI y SAE Hxxxx aceros con templabilidad controlada AISI Y SAE. Jxxxxx aceros vaciados (excepto aceros para herramientas). Kxxxxx diversos aceros y aleaciones base hierro. Lxxxxx metales y aleaciones de bajo punto de fusión. Mxxxxx varios metales y aleaciones no ferrosas. Nxxxxx níquel y aleaciones de níquel.
  • 11. Pxxxxx metales preciosos y aleaciones. Rxxxxx metales y aleaciones reactivas y refractarias Rxxxxx metales y aleaciones reactivas y refractarias. Sxxxxx aceros resistentes a la corrosión y temperatura (incluyendo inoxidables), aceros para válvulas y súper aleaciones base hierro. Txxxxx acero para herramientas, forjado y fundido Wxxxx metal de aportación de soldadura Zxxxxx Zinc y aleaciones de Zinc
  • 12. Designación de aplicación ASTM La norma ASTM no especifica composición directamente, más bien determina la aplicación o ámbito de empleo. Por tanto, no existe una relación directa biunívoca con las normas de composición.
  • 13. A36: Especificación de aceros estructurales al carbono. A285: Especificación de aceros al carbono de baja e intermedia resistencia para planchas de recipientes a presión. A325: Especificación para pernos estructurales de acero con tratamiento térmico y una resistencia a la tracción mínima de 120/105 ksi. A514: Especificación para planchas aleadas de acero templadas y revenidas con alta resistencia a la tracción, adecuadas para soldar
  • 14. La primera letra de la norma indica el grupo de aplicación: AXX: Especificaciones para aceros y hierros. BXX: Especificaciones para metales no ferrosos. CXX: Especificaciones para concreto, estructuras civiles. DXX: Especificaciones de químicos: Aceites, pinturas, etc. EXX: Especificaciones de métodos de ensayos. Grupos de aplicación
  • 15.  Descripción: Tipo de acero, Acabado en frío, Bajo Carbono, barra, ASTM A29 grado B  Dimensiones  Composición Química  Propiedades Mecánicas  Tolerancias dimensionales: Rectitud, Planidad, etc.  Acabado: Rolado en caliente, Rolado en frío, Estampado, etc.  Requerimientos Especiales: Tratamiento Térmico, acabado superficial, Rugosidad, etc.
  • 16. Algunas Normas InternacionalesAplicables a los Productos deAcero y otros Metales Descripción SAE-AISI Society of Automotive Engineers – American Iron and Steel Institute ASTM UNS American Society for Testing and Materials (www.astm.org) Unified Number Sistem ASME American Society of Mechanical Engineers MIL Militar Standard (U.S. Department of Defense) AMS Aerospace Materials Specification BS British Standards Institution (http://www.bsi-global.com/index.xalter) EN European Committee for Standardization (http://www.cenorm.be)
  • 18. 10 xx Aceros al Carbono 11 xx Aceros Resulfurizados 12 xx Aceros Resulfurizados y Refosforizados 13 xx Aceros al Mn; 1.75 %Mn 40 xx Aceros al Mo; 0.25%Mo 41 xx Aceros al Cr-Mo; 0.50-0.95%Cr; 0.12-0.30%Mo 43 xx Aceros al Cr-Ni-Mo; 0.50%Cr; 1.82%Ni ; 0.25%Mo 46 xx Aceros al Cr-Ni-Mo; 0.50%Cr; 0.55%Ni ; 0.20%Mo 50 xx Aceros al Cr; 0.27-0.65%Cr 52 xx Aceros al Cr; 1.45%Cr Clasificación de los aceros SAE/AISI
  • 19. Aceros Inoxidables Aceros Inoxidables Austeniticos, SAE/AISI serie 300 Tipo 301 0.15 máx. 2.0 16 – 18 6 – 8 %C %Mn %Cr %Ni %Otros 302 0.15 máx. 2.0 17 – 19 8 – 10 304 0.08 máx. 2.0 18 – 20 8 – 12 309 0.20 máx. 2.0 22 – 24 12 – 15 310 0.25 máx. 2.0 24 – 26 19 – 22 316 0.08 máx. 2.0 16 – 18 10 – 14 2 – 3 Mo 321 0.08 máx. 2.0 17 – 19 9 – 12 2 – 3 Mo 347 0.08 máx. 2.0 17 – 19 9 – 13 (5x%C) Ti min. Estructura fcc, no magnéticos y no tratables térmicamente
  • 20. Aceros Inoxidables Aceros Inoxidables Ferriticos, SAE/AISI serie 400 Tipo 430 0.08 máx. 1.0 16 – 18 %C %Mn %Cr %Otros 430F 0.08 máx. 1.25 16 – 18 0.60 Mo max. 430F Se 0.08 máx. 1.25 16 – 18 0.15 Se min 446 0.20 máx. 1.5 23 – 27 0.25 N max. Estructura bcc, magnéticos y no tratables térmicamente
  • 21. Aceros Inoxidables Aceros Inoxidables Martensiticos, SAE/AISI serie 400 Tipo 403 0.15 máx. 1.0 11.5 – 13 %C %Mn %Cr %Ni %Otros 410 0.15 máx. 1.0 11.5 – 13 416 0.15 máx. 1.2 12 – 14 0.15 S min 420 0.15 máx. 1.0 12 – 14 431 0.20 máx. 1.0 15 – 17 1.2 – 2.5 440A 0.6 – 0.75 1.0 16 – 18 0.75 Mo max 440B 0.75 – 0.95 1.0 16 – 18 0.75 Mo max 440C 0.95 – 1.20 1.0 16 – 18 0.75 Mo max Estructura bcc, magnéticos y tratables térmicamente
  • 22. Aceros al carbono y aleados más frecuentemente utilizados  SAE 1010: Piezas fabricadas de placas  SAE 1020: Aplicaciones generales en maquinaria  SAE 1040: Piezas templadas por inducción o a la flama  ASTM A36: Acero estructural  SAE 4140: Piezas de maquinas de alta resistencia  SAE 4340: Piezas de maquinas de alta resistencia  SAE 8620: Piezas cementadas o Carburizadas
  • 23. Martensita: Se forma cuando la Austenita es enfriada rápidamente (Temple) a temperatura ambiente (Ta) Se forma casi instantáneamente cuando la temperatura de temple es alcanzada. La transformación de Austenita a Martensita no implica un procesos de difusión, esto significa que no se necesita activación térmica, esta transformación es llamada “Transformación Atérmica” Cada átomo se desplaza una pequeña distancia (sub atómica), para transformar la Austenita (Feg-FCC) a Martensita, la cuál tiene una estructura BCT (Tetragonal Centrada en el Cuerpo). La Martensita es metaestable , puede existir a temperatura ambiente, pero se transformará a una fase en equilibrio con un recocido a altas temperaturas. La Martensita puede coexistir con otras fases o microestructuras
  • 24. Rangos de Resistencia a la cedencia de losAceros Bajo Carbono Aceros al Carbono Templables Aceros de Ultra al Resistencia Aceros alta Resistencia , Baja Aleación Aceros al Carbono y aleados Laminados- Tratables - Térmicamente Aceros Estructurales ASTM Aceros aleados SAE Grado Carburización 500 1000 1500 2000 Aceros aleados SAE Grado Endurecimiento completo 100 200 300 Resistencia a la Cedencia en MPa Resistencia a la Cedencia en PSI
  • 25. Aceros para Herramienta Aleados Templables fabricados para requerimientos Especiales de Calidad Aceros Resistentes al Impacto: Serie S Aceros para Trabajo en Caliente: Series H; P Aceros para Trabajo en Frío: Series O; W; D; A Aceros de alta Velocidad: Series M; T Aceros para Herramienta
  • 26. Tipos de Aceros para Herramienta  Alta Aleación y Templabilidad  Fabricados en hornos Eléctricos para mejor control de Impurezas y de los elementos Aleantes  Fabricados en cantidades relativamente pequeñas y sujetos estricto control de calidad
  • 27. Prefijo Aplicación Tipos Específicos W (Templado en agua) O (Templado en aceite) A (Media aleación Templado al aire) D (Alto C; Alto Cr) S () H () M () L () P () T () Trabajo en Frío Resistentes al Impacto Para Trabajo en Caliente Aceros de Alta Velocidad Aceros para Moldes Aceros para propósitos especiales W1, W2, W5 O1, O2, O6, O7 A2, A4, A7, A8, A9, A10, A11 D2, D3, D4, D5, D7 S1, S2, S4, S5, S6, S7 H10 – H19 Aceros al Cromo (Cr) H20 – H39 Aceros al Tungsteno (W) H40 – H59 Aceros al Molibdeno (Mo) Tipos de Aceros al Molibdeno (Mo) : M1, M2, M3-1, M3-2, M4, M6, M7, M10, M33, M34’ M36, M41, M42, M46, M50 Tipos de Aceros al Tungsteno (W) : T1, T4, T5, T6, T8, T15 Aceros para Moldes : P6, P20, P21 Aceros para propósitos especiales: L2, L6 Aceros para Herramienta
  • 28. Familias de losAceros Inoxidables 304 (18:8): a8 – 20% Cr; 8 – 10%Ni 403, 410, 420 201, 202 Aceros inoxidables, Endurecimiento por Precipitación Aceros inoxidables Dúplex 303, 303 Se Aleados Ni-Cr-Fe Aceros Inoxidables Superferritícos 347 321 304L 316L 317L Aceros Inoxidables Superausteniticos 317 Incremento de Cr, bajo Ni, para alta resistencia Adición Cu, Ti, Al. Bajo Ni para endurecimiento por precipitación Adición Mn y N. Bajo Ni , para alta resistencia Sin Ni. Bajo Cr, Martensiticos Adición Mo. para , resistencia al pitting 316 Adición de más Mo. para , resistencia al pitting Adición Ni, Mo, N. para , resistencia a la Corrosión Bajo C, para reducir la sensitization Adición Ti. para , reducir la sensitization Sin Ni. Ferritico 430 Adición Cr, Mo Adición Nb+Ta. para , reducir la sensitization 309, 310, 4314, 330 Adición Cr y Ni.. Alta resistencia y A a la corrosión Adición Ni. para , alta resistencia a la corrosión en ambientes de alta temperatura Adición S o Se para mejorar la maquinabilidad
  • 29. Algunos Tipos de Aceros Inoxidables Tipo Aplicación 430 S43000 Resistentes a la corrosión en aplicaciones decorativas de piezas no funcionales 416 S41600 Endurecible hasta 30 RC aplicaciones en guías, dispositivos en general y placas base. 420 S42000 Dureza de 50-52 HRC, para herramientas que no requieren alta resistencia al desgaste, como: cavidades de moldes para inyección, boquillas para spray, inyección, etc. 440C S44004 Durezas de 58-60 RC para dispositivos de corte, punzones y dados.
  • 30. Algunos Tipos de Aceros Inoxidables Tipo Aplicación 303 S30300 Aplicación en grapas y flechas donde solo se necesita resistencia a la oxidación en salpicadura o derrames de agua. 304/L Todos los tipos de inmersión química 316/L Todos los tipos de inmersión química don el 304 no es adecuado. 17-4 PH S17400 Cinturones o seguros de alta resistencia, Flechas, Agitadores y soporte de maquinas; Endurecidos por envejecimiento. 17-7 PH S17700 Endurecidos a la condición CH900 para resortes resistentes en ambientes químicos
  • 32. Metalurgia de Polvos Acero para Herramientas Recubrimiento Térmico por dispersión Titanio Níquel y Súper Aleaciones Acero Inoxidable Aluminio Cobre Polímeros Matriz Compositos Plomo, Estaño, zinc Metales Preciosos Au, Ag, Pt Hierro Colado Silicio, GaAs Ferritas, Zinc Renio Niobio Acero Suave Acero Endurecido Vidrio y Mineral Compositos de Matriz Cerámica Cerámicas duras de Ingeniería Cerámicas en General Ductilidad Frágil Tenaz Suave Duro Dureza
  • 33. Tratamiento Térmico Se aplica al acero y otros metales susceptibles de sufrir cambios estructurales, y por consiguiente en sus propiedades mecánicas
  • 34. Esto significa que al acero se le puede cambiar o modificar su dureza y resistencia por medio de un tratamiento térmico Lo definimos como el calentamiento a una temperatura determinada y un enfriamiento a una velocidad que permita obtener características metalúrgicas y mecánicas requeridas,.
  • 35. Tratamiento Térmico Generalmente las propiedades de los aceros se pueden Modificar por un tratamiento térmico: y que un acero duro se obtiene por medio de un calentamiento y un enfriamiento rápido. Así podemos decir que un acero suave se obtiene por un calentamiento y un enfriamiento lento
  • 36. Tratamientos Térmicos Suavización Endurecimiento Termoquímicos Normalizado Recocido Relevado de Esfuerzos Temple Carburización Carbonitruración Nitruración Austempering Martempering Revenido Boronización
  • 37. El hierro puro no es susceptible de modificar su propiedades mediante el Tratamiento Térmico. El acero como se mencionó es una aleación de Fe y C aleado con otros elementos , puede tratarse en un amplio rango d resistencia, tenacidad y ductilidad. El carbono es el elemento más importante de los elementos aleantes en términos de propiedades mecánicas y la mayoría de los tratamientos térmicos se basan en controlar la distribución de carbono .
  • 38. Estabilidad dimensional Resistencia a la fatiga Resistencia al impacto Alta Alta Baja Baja Baja Alta Dureza B a l a n c e Efecto de la dureza en las propiedades del acero
  • 39. Objetivo del Tratamiento térmico Mejorar las propiedades mecánicas del acero mediante cambios en las microestructura metalúrgicas Modificar la microestructuras modifica las propiedades Modificar la naturaleza de los constituyentes sin variar la composición. Provocar modificaciones estructurales, de dimensión y de forma de los microconstituyentes, sin modificar su naturaleza.
  • 40. Los tratamientos térmicos se dividen prácticamente en: Tratamientos térmicos donde solo ocurren cambios en la microestructura del acero y en sus propiedades mecánicas 1.- Tratamientos Térmicos de suavización 2.- Tratamientos Térmicos de endurecimiento
  • 41. Tratamientos Térmicos Tratamientos Termoquímicos Cementación, Carbonitruración, Boronización, etc. Donde además de los cambios en la microestructura y propiedades mecánicas, se modifica la composición química en la superficie del acero. Donde la superficie de la pieza de acero se enriquece con un elemento químico, principalmente Carbono, Nitrógeno y otros como el Boro, Titanio, azufre y otros
  • 42. Tratamientos Térmicos de suavización A).- Normalizado B).- Recocido C).- Relevado de esfuerzos D).- Revenido
  • 43. Tratamientos Térmicos de endurecimiento A).- Temple B).- Martempering C).- Austempering
  • 45. Austenita Enfriamiento Lento Enfriamiento Moderado Enfriamiento Rápido Recalentamien to (Revenido) Bainita (a + Fe3C) Martensita (Fase TBC) Perlita (a + Fe3C) + Ferrita proeutéctoide Martensita Revenida (a + Fe3C)
  • 49. Bainita, 50% Austenita, 100% Casi 50% Perlita, 50% Austenita Final: 50% Bainita, 50% Perlita Temperatura °C Tiempo (s) Temperatura °F Temperatura Eutéctoide
  • 51. Normalizing/Annealing • Normalizing - ~5-10°C/min • Annealing - ~1°C/min • Reasons for normalizing (castings/plate etc.) 1. Refine grain size – increase strength – increase toughness – decrease d-b transition temperature • eg: pressure vessels, ship plate, pipelines, digesters etc. 26 Normalizing/Annealing 2. Redistribute solute in castings etc. - high temperature diffusion Reasons for annealing: • Fully soften material • Put it in its most ductile state
  • 53. Mechanical properties Normalized structures are stronger because: • Finer pearlite • More pearlite • Finer α grain size Normalizing/Annealing of hypereutectoid steel • Normalizing – ~5-10°C/min – extensive grain boundary network of proeutectoid Fe3C • Annealing – ~1°C/min – no extensive grain boundary network of proeutectoid Fe3C for C contents >0.8%: – % elongation values of normalized structure << annealed
  • 54. Acero 10101 laminado en frío 90% y después recocido a 552 0C. (a) 2 minutos , 10% de recristalización. (b) 15 minutos, 80% de recristalización
  • 55. Microestructura bandeada Transversal"T", Longitudinal "L" y transversal superficial "S”.
  • 58. Austenita + Bainita Temperatura Crítica inferior Ac1 Austenita + Perlita Perlita Bainita Martensita Temperatura °F Tiempo Austenita
  • 59. A) Normalizado En el normalizado el acero es calentado de 50ºC a 80ºC arriba de la temperatura critica (850°C a 950°C), para aceros hipoeutectoides e hipereutectoides, de 1 a 2 horas, seguido de un enfriamiento al aire. Austenita (Feg) Normalizado Aceros Hipoeutectoides hipereutectoides Aceros Temperatura
  • 60. Estructura Widmastatten Típica después del forjado Ferrita Perlita Ferrita acicular Perlita Estructura después del normalizado
  • 61. Recocido Hay varios tipos del tratamiento térmico de recocido, como: Es calentar el acero a una temperatura entre 700°C y 950°C, un tiempo determinado y después un enfriamiento lento dentro del horno A) Recocido completo B) Recocido de esferoidización C) Recocido Isotérmico
  • 63. Estructura después del Recocido completo Estructura después del Recocido de Esferoidización
  • 64. Recocido de esferoidización por debajo de la temperatura critica A1. Esferoidización Tiempo Temperatura crítica Calentamiento prolongado Enfriamiento en el horno (lento) Temperatura La microestructura de los aceros hipereutectoides consiste de perlita y cementita la cual forma una red frágil alrededor de la perlita, que dificulta el maquinado de estos los aceros. Para evitarlo se aplica un recocido de esferoidización que produce carburos de forma globular en una matriz ferrítica que facilita el maquinado. La estructura es llamada esferoidita, la cuales deseable se requiere un mínimo de dureza y una máxima ductilidad y maquinabilidad.
  • 65. Recocido Esferoidización a temperatura abajo y arriba de la temperatura crítica Esferoidización Temperatura Temperatura crítica Tiempo
  • 66. Ductilitdad de aceros recocidos y normalizados % Alargamiento (en 2” log. calibrada Recocido Normalizado Contenido de Carbono (%C)
  • 67. Resistencia a la Tensión de aceros recocidos y normalizados Resistencia a la Tensión (1,000 PSI) Contenido de Carbono (%C) Recocido Normalizado
  • 68. Dureza de aceros normalizados y recocidos. Normalizado Recocido Contenido de Carbono (%C) Numero de Dureza Brinell (BHN)
  • 69. Definimos Temple como el calentamiento a una temperatura alta seguido de un enfriamiento rápido que permita que las piezas de acero de endurezcan Temperatura de temple Templado Revenido Tiempo Temperatura en °F Temperatura en °C 800 600 400 200 1600 1000 600
  • 70. La temperatura a la cual inicia la transformación Martensítica es llamada Ms. Cuando un enfriamiento rápido suprime el procesos de difusión necesario para la formación de Cementita, la energía libre puede reducirse por la transformación del hierro a partir de la estructura fcc (Austenita). El hierro trata de llegar a la estructura bcc, pero se distorsiona a bcc por la supersaturación de C en la solución sólida.
  • 71. La fase que se obtiene durante el enfriamiento brusco debido al temple provocada por la transformación de fase a partir de la Austenita es llamada Martensita Mezcla de microestructuras de Martensita y Bainita. La agujas brojas son Bainita y las grises son Martensita y las zonas blancas coresponden a la Austenita retenida (reactivo Nital).
  • 73. Aceite Mineral para temple El aceite mineral es el mas utilizado en los tratamientos térmicos de temple a igual que el agua Fase de Vapor Fase de Ebullición Fase de Convección
  • 74. Es importante notar que la transformación Martensitica no esta limitada a laos aceros. Es común en materiales que transforman su estructura cristalina como; Latones; aleaciones de Titanio; Cobalto. Así que el termino Martensita no necesariamente se refiere a la fase producida en el acero La cantidad de Martensita formada durante el temple, aumenta a medida que la temperatura de temple decrece rápidamente. La transformación cesa cuando la temperatura cae por debajo de Mf (temperatura final de transformación a martensita)
  • 75. Después del temple permanece una pequeña cantidad de Austenita sin transformar, la cual es llamada austenita retenida. La cantidad presente depende de la composición del acero. En aceros al carbono el contenido de austenita retenida tiende a incrementarse al aumentar el contenido de carbono en el acero.
  • 76. La austenita retenida es más importante en los aceros aleados ya que en estos aceros las temperaturas Mf son menores a la temperatura de los medios de temple (agua o aceite a temperatura ambiente)
  • 77. Mapeo de dureza que muestra las distintas fases ferrita y Martensita
  • 78. Temperatura de Revenido ºC Dureza Rockwell C Temperatura de Revenido ºF Acero con 1.20%C Acero con 0.80%C Acero con 0.35%C
  • 79. Tiempo de Revenido (s) Numero de dureza Brinell (BHN) Dureza Rockwell C
  • 80. Temperatura de de Revenido °C Temperatura de de Revenido °F Dureza Rockwell C Temperatura de de Revenido °C Temperatura de de Revenido °F Dureza Rockwell C
  • 81. Medios de Temple  Aceite Mineral  Agua  Polímeros  Aceite vegetal o animal  Gases Los medios de temple mas comunes para temple del acero, algunos son:
  • 82. Características de los aceites de Temple y los polímeros Temperaturas de trabajo bajas Severidad de temple media y alta dependiendo de la concentración Características de temple de acuerdo a la concentración y temp. Sin riesgos de incendio (base agua) Control estricto de la temperatura y concentración Formación de bacterias por la contaminación (malos olores) Polímeros Temperaturas de trabajo altas Baja, media y alta severidad de temple dependiendo del aceite Características de temple sin cambio a altas temperaturas Riesgos de incendio Características de temple sin cambio a altas temperaturas Degradación del aceite debido a los ciclos de calentamiento y enfriamiento Aceites
  • 83. Horno de Atmosfera controlada
  • 84. Horno al Vacio para temple en gas
  • 86. Tratamientos Térmicos Superficiales Es el enriquecimiento de Carbono en la superficie de piezas fabricadas de acero bajo carbono. El carbono es disuelto en una capa superficial a la temperatura de austenitización, seguido de un temple y revenido para formar una microestructura Martensitica Carburización o Cementación en C CO ( 2  2 ) CO Fe  en C H CO ( 2     v O H Fe 2 ) 
  • 87. Métodos de Carburización o Cementación Métodos  En una atmosfera gaseosa  Al vacio Plasma  Baño de sales En un ambiente sólido La mayoría de la piezas cementadas son procesadas en atmosfera gaseosa, utilizando gas natural, propano o butano
  • 88. La cementación es un proceso de tratamiento termoquímico austenítico. Durante el transcurso de este proceso se enriquece la capa exterior del componente. con Carbono (carburación) o con Carbono y Nitrógeno (carbonitruración) con el objetivo de mejorar las propiedades mecánicas de la capa exterior del componente.
  • 89. La cementación comprende tres etapas. 1. Las piezas son expuestas a una atmósfera que contiene Carbono o Carbono y Nitrógeno a una temperatura de entre 850 y 1.050 °C. 2. Templado, puede hacerse inmediatamente a partir de la temperatura de cementación, o después de un enfriamiento intermedio (difusión).entre 800 y 850 3. Revenido, sirve principalmente para aliviar tensiones internas y reducir la sensibilidad al agrietamiento durante el subsiguiente rectificado.
  • 95. Tenaz y maleable Propiedades de uso mejoradas (tenacidad y, donde es relevante, resistencia) Zona del núcleo Dura y resistente al desgaste Resistencia a la fatiga mejorada Capa exterior La cementación crea una estructura de martensita dura en la zona exterior. Estructura de la capa exterior
  • 96. La profundidad de cementación, CHD (Case Harding Depth), es la distancia perpendicular a la superficie en la que la dureza ha descendido a un nivel definido (límite de dureza). Profundidad de cementación
  • 97. Carburización en una atmosfera gaseosa Fuente del carbono: Metano (CH4); Propano (C3H8); Butano (C4H10) Equipos: Hornos continuos; Hornos Batch Parámetros de control de los hornos: Presión mínima necesaria dentro del horno ) min ( F A D D H P   H= Altura interna de la cámara del horno DA = Densidad del aire fuera del horno DF = Densidad de la atmosfera dentrodel horno
  • 98. Tiempo de permanencia dentro del horno F A T F T V t    V = Volumen del horno TA = Temperatura absoluta F = Flujo de gas portador medido a TA, temperatura ambiente Variables del Proceso Temperatura La velocidad máxima a la cual el carbono es absorbido por el acero, esta limitada a la velocidad de difusión del carbono en la austenita: la tasa de absorción de carbono a 927ºC es aproximadamente 40% mayor que a 870ºC
  • 99. Potencial de Carbono de la atmosfera del horno El contenido de C de la atmosfera del horno: la diferencia en el potencial de carbono de la atmosfera y el contenido de carbono en la pieza de acero provoca la transferencia de C a la pieza de acero, el potencial de carbono de la atmosfera del horno debe ser mayor que el carbono contenido en la pieza. Difusión del carbono El tiempo, temperatura y concentración de carbono se basa en la segunda ley de Fick; El coeficiente d difusión de carbono en la austenita esta dado por:     RT C C D / 6600 37000 6 . 1 exp 47 . 0     D = cm2/s C = peso en % de C T = temperatura absoluta (K) R = constante de los gases
  • 101.          Dt x erf C C C C a o a x 2 Cx = Concentración de C a la distancia x Ca = Concentración de C en el acero Co = Concentración de C en la atmosfera x = profundidad de penetración (capa cementada) t = tiempo de carburización D = Coeficiente de difusión del acero
  • 102. Carburización al vacio Calentamiento La temperatura típica es de 845°C a 1040°C, manteniendo a esta temperatura para asegurar que las piezas de acero alcancen esta temperatura uniformemente La disociación del hidrocarburo en la superficie del acero con la absorción directa de carbono por la austenita esta dada por 2 4 2 ) ( H C Fe Fe CH    2 8 3 4 ) ( 3 3 H C Fe Fe H C    y/o Un mínimo de presión parcial se requiere en el gas para asegurar la carburización: de 1.3 a 6.6 kPa para hornos fabricados con grafito y de 1. a 25 kPa para hornos de cerámica
  • 104. Horno al Vacio para Carburización de engranes
  • 105. (A) 900ºC (B) 100ºC (1) AISI1008 (2) SNCM 220 (3) SCM 415
  • 106. Carburización por plasma En este proceso se utiliza una descrga glow tecnológica para introducir iones de carbono en la superficie del acero mediante el proceso de difusión Aumenta la velocidad de carburización debido a varios pasos de disociación del hidrocarburo Pueden utilizarse altas temperaturas ya que el proceso toma lugar sin la presencia de oxigeno aumentando la capa carburizada más que con atmosfera o al vacio
  • 108. Distancia desde la superficie (mm) Dureza Vicker (HV)
  • 109. ¿Que es el Proceso de Nitruración? Enriquecimiento en nitrógeno atómico de la capa superficial de la pieza por medio de un tratamiento termoquímico a temperatura aproximadamente de 500-5900C, sin producir transformaciones de fase.
  • 110. Las propiedades que la nitruración le confiere al acero se puede resumir en: •Alta dureza superficial y resistencia al desgaste •Alta resistencia al revenido y alta dureza al rojo •Alta resistencia a la fatiga •Mejor resistencia a la corrosión •Alta estabilidad dimensional
  • 111. PLANTA DE NITRURACION POR PLASMA (Plasma Liits)
  • 112. Cigüeñales Herramientas de forgeo Bastidores de Aluminio Moldes del Plástico Engranajes Tubos del Resorte de Gas Árboles de levas Bielas Aplicaciones de la Nitruración por Plasma
  • 113. Nitruración por plasma ¿Que es el Proceso de Nitruración? Enriquecimiento en nitrógeno atómico de la capa superficial de la pieza por medio de un tratamiento termoquímico a temperatura aproximadamente de 500-5900C, sin producir transformaciones de fase. Las propiedades: •Alta dureza en la superficie y resistencia al desgaste •Alta resistencia a la fatiga •Mejor resistencia a la corrosión •Alta estabilidad dimensional
  • 115. Resistencias Removedor Soporte del horno Cámara de vacio Aislamiento Bomba de recirculación Sistema de vacio Desfogue Mirilla Piezas
  • 118. Cigüeñales Dados para trefilado Piezas de Aluminio Moldes del Plástico Engranes Tubos del Resorte de Gas Árboles de levas Bielas Aplicaciones de la Nitruración por Plasma
  • 119. Se obtiene a partir de una fundición blanca por mediante un tratamiento térmico de 72 Hrs a 1000ºC en una atmósfera oxidante. El O2 de la atmósfera del horno se combina con el C de la pieza y se forma CO2 que se incorpora a la corriente gaseosa. Fundición Maleable Se obtiene por tratamiento térmico a partir de las fundiciones blancas. Podemos distinguir dos tipos: 1. Fundición Maleable Europea o de corazón blanco La pieza pierde C y la estructura final resultante será casi totalmente ferrítica, con un pequeño porcentaje de Fe3C. O2 (atmósfera) + C (grafito de la pieza) CO2 (atmósfera)
  • 120. Se trata a la fundición blanca durante 24 Hrs a 900ºC en una atmósfera neutra. La composición de la aleación no se modifica, sino que la cementita de la fundición blanca se transforma en austenita y grafito (módulos de perfil irregular). 1. Fundición Maleable Americana o de corazón negro Las composiciones típicas son: 3%C y 0.75%Si, para la Fundición Europea y 2.5%C y 1%Si para la Americana (el contenido alto de Si favorece el tratamiento térmico).
  • 123. 2. Problemas en el Tratamiento Termoquímico de cementación.  Austenita Retenida  Carburos  Oxidación Íntergranular
  • 124. Austenita Retenida ¿Qué es la Austenita y como afecta las propiedades de una pieza? La Austenita es una solución sólida de Carbono y otros elementos disueltos en hierro gama Cúbico Centrado en las Caras (Feg en Fcc). Se empieza a formar en la temperatura crítica inferior y la transformación se completa en la temperatura crítica superior
  • 126. Normalmente la Austenita no existe a temperatura ambiente, pero bajo ciertas condiciones de tratamiento térmico puede retenerse algún porcentaje La austenita que no se transforma a martensita en el temple es llamada austenita retenida. Esto ocurre cuando el acero no se templa a la temperatura Mf, para formar 100% martensita Como Mf esta por debajo de la temperatura ambiente en aceros con contenidos mayores a 0.30% C, puede estar presente en combinación con martensita a temperatura ambiente
  • 127. Influencia del contenido de carbono en la cantidad de austenita retenida % Austenita retenida % Carbono
  • 128. Los aceros con contenidos relativamente altos de Níquel, tienden a retener la austenita después del tratamiento térmico: como SAE4620H; SAE 4820H y SAE9310H.
  • 129. Factores que provocan la austenita retenida La cantidad de austenita retenida en las piezas cementadas, de debe básicamente a dos factores: 1. Cantidad (%) de carbono que se difunde en la superficie del acero y el contenido de elementos aleantes. Un contenido alto de carbono y los elementos aleantes, bajan la temperatura Mf que incrementa el contenido de austenita. 2. La estabilización de la austenita se incrementa por un enfriamiento lento en el rango de Ms a Mf. Aceites de temple calientes como un martempering modificado ha mostrado tendencia a aumenta la austenita retenida
  • 130. ¿Cuánta austenita retenida debe tener una pieza cementada después del temple? Dependiendo del acero y del tratamiento térmico, varia de contenido de 1% al 50% La austenita retenida, principalmente en engranes cementado, ha sido sujeto de controversia Algunos grupos prefieren poca o 0% de austenita retenida. Otros consideran que cantidades en el rango de 2 % a 5% puede ser benéfica y otros mas opina que puede tenerse hasta un 30%.
  • 131. Efectos de la austenita retenida en las piezas cementadas Estabilidad dimensional Resistencia a la fatiga Resistencia al impacto Alta Alta Alta Baja Baja Baja 0% 20% 40% B a l a n c e