TODO SOBRE TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y TERMOQUIMICOS

1. República Bolivariana de Venezuela
Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño
Ext. San Cristóbal
Autor:
Jhefferson Rodriguez
25168462
INGENIERIA INDUSTRIAL

2. Tratamiento Térmico
 el proceso al que se someten los metales u otros sólidos con el fin de mejorar sus propiedades
mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la tenacidad. Los materiales a los que se aplica el
tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono.

3. Mejora de las propiedades a través del
tratamiento térmico
 Técnicamente el poliformismo es la capacidad de algunos materiales de presentar distintas estructuras
cristalinas, con una única composición química, el diamante y el grafito son polimorfismos del
carbono. La α-ferrita, la austenita y la δ-ferrita son polimorfismos del hierro. Esta propiedad en un
elemento químico puro se denomina alotropía

4. Alotropía

5.  Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con
las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste
como a la tensión. Los principales tratamientos térmicos son:
 Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero
a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950ºC) y se enfría
luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua,
aceite, etcétera.
 Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos
del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. Sus fines:
- Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un punto de mínima fragilidad.
- Reducir las tensiones internas de transformación que se originan en el temple.
Cambiar las características mecánicas en las piezas templadas generando los siguientes efectos:
- Reducir la resistencia a la rotura por tracción, el límite elástico y la dureza.
- Elevar las características de ductilidad; alargamiento estricción y las de tenacidad; resiliencia.

7. EJEMPLOS

8. Recocido: Cualquier metal que haya sido tratado tiene como resultado una alteración de las
propiedades físicas del mismo. El recocido consiste en calentar el metal hasta una determinada temperatura
para después dejar que se enfríe lentamente, habitualmente, apagando el horno y dejando el metal en su
interior para que su temperatura disminuya de forma progresiva. El proceso finaliza cuando el metal alcanza la
temperatura ambiente. Mediante la combinación de varios trabajos en frío y varios recocidos se pueden llegar
a obtener grandes deformaciones en metales que, de otra forma, no podríamos conseguir.
Tipos de recocidos:
 Recocido de eliminación de tensiones: Por medio de la deformación en frío se presentan tensiones en el material.
 Recocido de ablandamiento: Los materiales templados o ricos en carbono (sobre 0,9%) son difíciles de trabajar mediante
arranque de viruta (torneado, fresado, etc) o mediante deformación en frío.
 Recocido normal: Mediante el recocido normal se afina el grano de la estructura y se compensan las irregularidades de
las piezas producidas por deformaciones, ya sea en caliente o en frío, tales como doblado, fundición, soldadura, entre
otros.
 Recocido por cortocircuito: El recocido por cortocircuito es el tratamiento térmico mediante corriente eléctrica que tiene
como fin principal ablandar el metal usando el efecto Joule

10. Tratamientos termoquímicos del acero
 Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la
estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial,
añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos
requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales.
 Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos están aumentar la dureza superficial de las
piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder
lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la
resistencia a la corrosión. Resumiremos la definición de los tipos tratamientos termoquímicos:

11.  Cementación (C). Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la
concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera
que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento.
Podemos diferenciar tres tipos de materiales cementantes:
• Sólidos: Para la cementación en medio sólido, las piezas limpias y libres de óxidos se colocan en la
mezcla de cementación, dentro de cajas de chapas de acero soldadas y selladas.
• Líquidos: Para la cementación en medio líquido, las piezas se introducen en un baño de sales
fundidas a 950 °C aproximadamente, constituidas por una sal base generalmente cloruro o carbonato
de sodio, con adición de una sal aportadora de carbono, cianuro de sodio o de potasio y de una sal
activante, cloruro de bario, mezclados en porcentajes adecuados, según los resultados que se deseen
obtener.
• Gaseosos: s. La cementación gaseosa necesita de un equipo especial más complicado y se aplica a la
producción en masa de piezas cementadas.

13.  Nitruración: es un tratamiento térmico empleado para el endurecimiento superficial de ciertas piezas,
principalmente aceros. Es especialmente recomendable para aceros aleados con cromo, vanadio,
aluminio, wolframio y molibdeno, ya que forman nitruros estables a la temperatura de tratamiento. Son
estos nitruros los que proporcionan la dureza buscada.
 Las piezas que se hayan pasado por un proceso de nitruración se pueden usar en trabajos con
temperaturas de hasta 500 °C (temperatura de nitruración), temperatura a la cual el nitrógeno comienza
a escaparse de la pieza, eliminando los efectos de la nitruración y disminuyendo la dureza de la pieza.
Podemos diferenciar cuatro tipos de nitruración:
 Nitruración gaseosa. La nitruración gaseosa se realiza en hornos de atmósfera controlada en los que la
la pieza se lleva a temperaturas entre 500 ºC y 575 ºC en presencia de amoníaco disociado. Este proceso
se basa en la afinidad que tiene los elementos de aleación del acero por el nitrógeno procedente de la
disociación del amoníaco.
 Nitruración en baño de sales. La nitruración en baño de sales se realiza a la misma temperatura que la
nitruración gaseosa, entre 500 ºC y 575 ºC. Para ello se introduce la pieza en un baño de sales fundidas
compuesto por cianuros (CN-) y cianatos (CON-) en estado fundido. Durante este tratamiento, el
material absorbe C y N del baño. Dadas las bajas temperaturas a las que se opera, la carburación es muy
pequeña, dando paso a la nitruración. Así, se forma una capa cuya composición química es de un 25 %
de carburos y de un 75 % de nitruros de hierro.

14.  Nitruración sólida. En la nitruración sólida las piezas se colocan cubiertas por una pasta se
sustancia nitrurante que se eleva a una temperatura entre 520 ºC y 570 ºC durante 12
 Nitruración iónica o por plasma. Es un tipo de nitruración gaseosa dirigida a aumentar la
velocidad de difusión del nitrógeno y reducir el tiempo de tratamiento. Se realiza dentro de
un reactor donde se ha hecho vacío antes de introducir los gases de nitruración.
hornos al vacío para nitruración de baja presión
horno para nitruración iónica

15.  Aceros para nitruración
 No todos los aceros son aptos para nitrurar, ya que en ocasiones el procedimiento puede resultar
contraproducente, tales como los aceros al carbón, en los que el nitrógeno penetra demasiado
rápido en la estructura y la capa nitrurada tiende a desprenderse.
Para este proceso resulta conveniente que en la composición de la aleación haya una cierta cantidad
de aluminio (1% aproximadamente).
 Ejemplos de aceros para nitruración
 Acero para nitruración al Cr-Mo-V de alta resistencia: La composición extra de este acero es la
siguiente: 0,32% C, 3,25% Cr, 0,40% Mo y 0,22%V. Una vez tratado alcanza una resistencia
mecánica de 120 kg/mm2. La capa nitrurada se adhiere muy bien al núcleo sin temor a
descascarillamiento. Se utiliza para construir piezas de gran resistencia y elevada dureza
superficial para resistir el desgaste.
 Acero para nitruración al Cr-Mo-V de resistencia media: la composición extra de este acero es
0,25% C, 3,25%Cr, 0,40% Mo y 0,25% V. Tiene características y aplicaciones parecidos al anterior,
solamente que su resistencia mecánica es de 100kg/mm2.
 Acero para nitruración al Cr-Al-Mo de alta dureza: la composición extra de este acero es
0,40% C, 1,50% Cr, 0,20% Mo y 1% Al. La capa nitrurada de este acero puede descascarillarse y es
de gran fragilidad. Se utiliza para piezas que soporten una resistencia media y la mayor dureza
superficial posible.

16.  Sulfinización (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se
incorporó al metal por calentamiento a baja temperatura (565 ºC) en un baño de sales.
 Aplicación
Se aplica a todos los metales ferrosos, fundiciones y aceros aleados o no, comprendidos los
aceros “inoxidables”. La presencia de los metales nobles en las aleaciones ferrosas favorece en
general la sulfinización. Se aplica a todas la piezas terminadas, es decir, después que esta se haya
fabricado y esta apta para su servicio funcional.
 Ventajas
Las principales ventajas son:
Mejorar la fricción, reduciendo el coeficiente de rozamiento.
Aumentar considerablemente la resistencia a la fatiga, por efecto de la micro dureza que origina
una caparazón dura.

17.  CIANURACIÓN: Este procedimiento se emplea para endurecer superficialmente pequeñas piezas
de acero. El proceso de cianuración efectuado en sales fundidas (baños líquidos) asegura un gran
rendimiento.Las propiedades particulares que adquiere el acero cuya capa superficial está
saturada a la vez de nitrógeno y de carbono, han determinado la introducción de este proceso en
la industria.

18.  CARBONITRURACIÓN: es un procedimiento que consiste en endurecer superficialmente el
acero, en este tratamiento termoquímico se promueve el enriquecimiento superficial
simultáneo con carbono y nitrógeno, con el objetivo de obtener superficies extremadamente
duras y un núcleo tenaz, sumado a otras propiedades mecánicas como resistencia a la fatiga,
resistencia al desgaste y resistencia a la torsión. Por lo contrario, el aumento de nitrógeno se
reduce a medida que aumenta la temperatura. Diremos que el tratamiento de carbonitruración
está subdividido en:
• Carbonitruración por encima de A1 (750ºC a 850ºC).
• Carbonitruración por debajo de A1 (700ºC a 750ºC).

19.  Embutición: La embutición es un proceso tecnológico que consiste en la obtención de piezas
huecas con forma de recipiente a partir de chapasmetálicas. Este proceso permite obtener piezas
de formas muy diversas y es una técnica de gran aplicación en todos los campos de la industria.
En la embutición de una pieza se parte de una porción de chapa que descansa sobre la matriz,
mientras el pisador la mantiene sobre esta y el punzón ejerce la presión necesaria para conformar la
pieza provocando la fluencia del material a través de la cavidad abierta en la matriz. La pieza va a
conformarse en función de la forma de la abertura de la matriz y la forma del punzón, mientras que
el pisador va a evitar el pandeo del material al tratarse de formas generalmente no desarrollables.

20. Fases del proceso
 (1) Se coloca una silueta circular con espesor to y diámetro D sobre la superficie de la matriz que tiene una abertura con el
diámetro d2. Normalmente, en la arista de la abertura de la matriz está aplicado un radio rd (Figura a).
 (2) El pisador pisa la chapa y se inserta el punzón con el diámetro d1 en la dirección del eje. El extremo del punzón tiene el radio
rp. Este mismo radio queda como el radio del fondo del vaso embutido (Figura b).
 (3) Conforme el punzón se introduce en la matriz, se embute la parte central de la silueta progresivamente mientras el
perímetro de la silueta se desliza sobre la superficie de la matriz y se traslada hacia el interior de la misma (Figura c).
 (4) Al encoger la circunferencia de la silueta se generan esfuerzos de compresión en la dirección circunferencial de la chapa, los
cuales pueden provocar el pandeo y producir arrugas. Para evitar este fenómeno se sujeta la silueta con el pisador(Figura c).
 (5) En el momento de que se embute la chapa, se comprime en la dirección circunferencial y se dobla recibiendo la tensión en la
dirección radial simultáneamente en la boca de la abertura de la matriz. De igual manera la parte que tiene contacto con la
cabeza del punzón recibe la tensión, sobre todo las zonas de los radios de matriz y punzón son la que recibe la
mayor tensión del doblado. La zona cilindrica entre rd y rp, la cual corresponde a la pared lateral del recipiente se estira
verticalmente (Figura d).
 (6) Así la silueta avanza gradualmente a través de la abertura de la matriz recibiendo diversas fuerzas y deformándose. Si el
material resiste los esfuerzos que se generan durante este proceso, la pieza se conformará plásticamente y alcanzándo su forma
final.(Figura e).

21. Esfuerzos generados durante el proceso
Mientras el punzón aplica la presión en el fondo del vaso, la lámina entre el fondo y la pared del mismo
se estira considerablemente. Durante el embutido de la chapa, la silueta exterior de la misma disminuye
en diámetro y la zona cercana a esta silueta tiende a incrementar su espesor como consecuencia de las
fuerzas de compresión que se generan durante el proceso en esta zona (tendencia a aparecer arrugas
por pandeo, fenómeno que evita el pisador).