Tratamiento Térmico del Acero - fi.mdp.edu.ar · Tratamiento térmico del acero –Recocido •Las...

Tratamiento Térmico del Acero

PROPIEDADES ESTRUCTURALES I

Tratamiento térmico del acero

Contenido:

1. Introducción

2. TT de Recocido

3. TT de Normalizado

4. TT de Temple

5. TT de Martempering

6. TT de Austempering

La tecnología de los metales tiene tres aspectosfundamentales:

1. Metalurgia u obtención de un metal.2. Tecnología mecánica u obtención de piezas.3. Tratamiento térmico u obtención de propiedades.

Parámetros:

- Tmáx

- Tiempo de mantenimiento a Tmáx

- Vel de calentamiento, Vc

- Vel de enfriamiento, Ve

Introducción

Tmáx

Vc

Ve

Los tratamientos térmicos (TT) se pueden dividir en cuatro grupos.

Primer grupo: Se aplica a metales que por su proceso de conformado quedaron en un estado inestable (tensiones residuales, deformación no homogénea, etc.).

Recocido subcrítico: Calentamiento del metal, en estado inestable, y enfriamiento lento, para hacerlo pasar a un estado más estable. Presenta tres variantes:

Recocido de recristalización: Elimina acritud.

Recocido de homogenización: Elimina segregación en estructuras coladas.

Recocido de distensionamiento: Elimina tensiones residuales del proceso de fabricación.

Introducción

Segundo grupo:

Calentamiento a T superior a la crítica y enfriamiento suficientemente lento para llegar a un estado estructuralmente estable.

Recocido de segundo género o de recristalización

Tercer grupo:

Calentamiento hasta una T superior a la de transformación de fase seguido de un enfriamiento rápido para apartar el estado estructural de la aleación del de equilibrio.

Normalizado y Temple

Introducción

Cuarto grupo:Calentamiento de una aleación (previamente templada), hasta una

temperatura inferior a la de transformación de fase, para obtener un estado estructural más estable de la aleación.

Revenido.

Otros tipos de tratamiento térmico son:

Tratamientos térmicos especiales:

- Austempering- Martempering

Introducción

Tratamiento termoquímico:

Calentamiento de la aleación dentro de un reactivo químico, para cambiar la composición y la estructura de las capas superficiales.

- Cementación

- Nitruración

- Carbonitruración

Tratamiento termomecánico:

Deformación plástica seguida de un tratamiento térmico que conserva los resultados de la acritud.

Introducción

RECOCIDO

Calentamiento y mantenimiento a temperatura adecuada, seguido por un enfriamiento lento.

Objetivo: Ablandar materiales metálicos, produciendo cambios microestructurales tendientes a:

Mejorar propiedades mecánicas o eléctricas.

Dar estabilidad dimensional.

Facilitar el trabajado en frío o mecanizado

Tratamiento térmico del acero – Recocido

Ciclos de recocido:

Se clasifican de acuerdo a la temperatura a la cual se calienta y al enfriamiento usado:

Subcrítico: Tmax < A1

Intercrítico: A1 < T < A3 o Acm

Total: Tmax > A3 o Acm

Subcrítico:

• No involucra formación de Austenita (Fe-)

• Es efectivo en aceros trabajados en frío recristalizan fácilmente formando nuevos granos de Ferrita Fe-

•También se usa para alivio de tensiones residuales


Intercrítico: Estructura de equilibrio Fe- + Fe- o Cm Si t es corto o la temperatura cerca de A1 persisten

carburos no disueltos Fe- no homogénea

Total: Estructura de equilibrio Fe-

Al aumentar T austenita homogénea carburos laminares

Al disminuir T austenita menos homogénea carburos esferoidales



Para un acero hipoeutectoide:


Recocido total

• Temp. de calentamiento es función del %C del acero

justo encima de A3 para aceros hipoeutectoides y de A1 para hipereutecoides

Baja velocidad de enfriamiento

asociada con el recocido total

asegura la formación de ferritaproeutectoide equiaxial y perlitagruesa con un elevado espaciadointerlaminar

esferoidización o aglomeraciónde la Cm proeutectoide paraevitar una red interconectadade Cm en los BG de la aust


Caso particular de un recocido total Recocido de

Homogeinización

• Es un tipo de recocido que se efectúa en etapas tempranas de fabricación del acero, previo al laminado en caliente o forja

• Se desarrolla a altas T en el campo austenítico para acelerar los procesos de reducción de la segregación o gradientes de composición química (controlados por difusión)

• La homogeneidad de la austenita mejora la capacidad del acero para ser trabajado en caliente y mejora la respuesta en el subsiguiente recocido o temple.

Recocido de globulización o esferoidización:

• Producir estructura de carburos globulares en una matriz de ferrita.

• Buscar mínima dureza.

• Máxima ductilidad.

• Máxima maquinabilidad en aceros de elevado %C.

• Permitir severas deformaciones en aceros de bajo %C.



•Las estructuras esferoidizadas son las más estables y se formarán a partir de cualquier estructura previa, manteniéndola a una T lo suf. elevada y un tiempo lo suf. largo (para permitir proceso de difusión)

• Esferoidización lenta estructuras perlíticas, especialmente las que poseen un elevado espaciado interlaminar

• Esferoidización rápida cuando los carburos se encuentran inicialmente en la forma de partículas discretas (bainita), y aun más cuando la estructura de partida es martensita

Forma de la Cm depende de la temperatura de calentamiento (austenita no homogénea o con carburos no disueltos, por menor T de calent., promueve la Cm esferoidizada; la austenita homogénea, como en el recocido o normalizado, promueve la perlita)

Métodos:

• Tiempos largos a T justo por debajo de Ac1 (la Cm es estable y se globuliza para disminuir G).

• Calentar y enfriar en torno de Ac1 y Ar1.

• Calentar por encima de Ac1 y luego enfriar muy lentamente y mantener justo debajo de Ar1.


NORMALIZADO

• Calentamiento hasta austenización completa (tanto en aceros hipo como hipereutectoides) seguido por enfriamiento en aire

• La T de austenizado es sup. que en el recocido en ac. hipoeutectoides, mientras que en los hipereutectoides la T de calentamiento se encuentra por encima de Acm

• El enfriamiento al aire es más rápido que el enf. en horno del recocido

Tratamiento térmico del acero – Normalizado

Objetivo:

Incrementar o disminuir la resistencia y la dureza, dependiendo de la historia mecánica y térmica del producto:

• Mejora maquinabilidad

• Refinamiento de grano

• Homogenización (productos colados – laminados –forjados)

• Alivio de tensiones

Puede usarse tanto como tratamiento final, o previo a un temple para partir de una estructura de grano fino y composición uniforme


Efectos de la masa:

La velocidad de enfriamiento influye sobre la cantidad, tamaño y espaciado de la perlita laminar:

Altas velocidades:

- se forma más perlita

- láminas más finas

- estructura más cerradas

Bajas velocidades:

- Piezas más blandas

> Resistencia

> Dureza


Tratamiento térmico del acero – Normalizado y Recocido

TEMPLE

Enfriamiento rápido desde una temperatura elevada adecuada

Transformación de austenita en martensita

Selección de la temperatura de temple

- Aceros hipoeutectoides

- Aceros hipereutectoides

Mecanismo de enfriamiento:

1º Ebullición con película

2º Ebullición con burbujas

3º Enfriamiento a través del líquido

Tratamiento térmico del acero – Temple

Defectos que se producen en el temple

1) Dureza insuficiente y Puntos blandos :Causas:

- Falta de calentamiento (baja temperatura en el horno o bajo tiempo de permanencia en él)

Martensita con poco %C poca dureza

- Enfriamiento insuficientemente severoEstructura con perlita, troostita, sorbita

- Estructura inicial no homogéneaPresencia de Fe-

Soluciones: Elevar T del horno o t de permanencia en él, aumentar la severidad del medio de enfriamiento o Normalizado previo (estructura más homogénea).


2) Fragilidad excesiva

Causa: T temple demasiado altas crecimiento del grano de la Fe-

Solución: efectuar segundo temple a T normales

3) Descarburación y oxidación

Causa:

- Tratamiento en atmósfera no controlada

Soluciones:

- Dejar sobreespesor para rectificar (encarece y complica la fabricación)

- Tratamiento en atmósfera controlada o en sales


4) Torceduras, deformaciones y grietas

Son consecuencia de las tensiones internas

tres géneros:


Primer género: son las tensiones térmicas, aparecen en distintas zonas de una sección y en diferentes partes de una pieza.

- Aumentan con el gradiente térmico en la pieza.

- - Dependen de la velocidad de enfriamiento, tamaño y forma de la pieza y de las propiedades del metal.

- - Capacidad de deformarse plásticamente grietas.

Segundo género: son las tensiones estructurales, se producen dentro de un grano o entre granos vecinos cuando aparecen fases diferentes (fases de diferente coeficiente de dilatación lineal o distinto volumen).

Tercer género: tienen influencia sobre varias celdillas elementales de la red cristalina (presencia de átomo extraño). Ocurren por ejemplo con la distorsión o tetragonalidad que produce el átomo de C en una red de Fe bcc en la martensita.


Tensiones residuales (TR):

- Permanecen luego de desaparecer las fuerzas que actúan sobre la pieza.

- Originadas por deformaciones no uniformes

Gradiente de temperatura

Cambio de fase

Ambos



• Ej: un redondo La diferencia entre las velocidades de

enfriamiento en la superficie y el centro de una pieza genera tensiones que pueden causar distorsión y hasta incluso fisuración


Los procesos que ocurren durante el TT del acero y que ocasionan los cambios dimensionales son:

Expansión: estructura más compacta fcc (austenita)

estructuras más abiertas ferrita, cementita y martensita

Contracción térmica: ocurre durante el enfriamiento de una o más fases, pero sin transformación fásica

Estado de tensiones

Fase Superficie Centro

1º (T) Tensión Compresión

2º (Sup. AM) Compresión Tensión

3º (Centro AM) Tensión Compresión


Estado de tensiones

Fase Superficie Centro

1º (T) Tensión Compresión

2º (Sup. AM, Centro AP)

Compresión Tensión

3º (Centro enfr. hasta Tamb.)

Mayor compresión

Mayor tensión



• Las TR se superponen a las tensiones aplicadas a la pieza en servicio TR compresivas son deseables, ya que contrarrestan las de tensión aplicadas y mejoran la vida a la fatiga;

las TR de tensión, por el contrario, son no deseadas (disminuyen la resistencia y la vida a la fatiga)

• Reducción en fisuración o presencia de TR cambios en las condiciones de procesamiento que conduzcan a una menor diferencia entre las venf del núcleo y la superficie reducción de la severidad de temple

Tratamiento térmico del acero – Martempering

Martempering (o temple interrumpido)

• Enfriar rápidamente hasta una T por encima de Ms mantener durante un tiempo hasta que la T sea uniforme en toda la pieza, y finalmente enfriar en aire pasando por Ms y hasta Tamb

Tratamiento térmico del acero – Martempering

• Se requiere de un revenido posterior

• La uniformidad de T previa a la transf. martensítica asegura que las TR serán mínimas, con lo que también lo será la tendencia a la distorsión y fisuración

Aceros para martempering: deben poseer adecuada templabilidad para evitar los productos de alta T y respecto de la bainita que podría formarse justo por encima de Ms

Austempering

• El objetivo es formar bainita en vez de martensita

•No se requiere revenido posterior

• Los aceros para austempering deben poseer una adecuada templabilidad como para evitar la transformación perlítica

• Si un acero aleado se elige para compensar la baja severidad del baño de sales, la templabilidad bainítica puede verse incrementada hasta tal punto que se requieren largos tiempos para completar la transformación.

Tratamiento térmico del acero – Austempering

• Una gran ventaja del austempering, aparte de la significativa reducción de la distorsión y fisuración, es el gran incremento en la tenacidad respecto del T&R, para un mismo nivel de dureza


Tratamiento Térmico del Acero - fi.mdp.edu.ar · Tratamiento térmico del acero –Recocido •Las...

Documents

Transcript of Tratamiento Térmico del Acero - fi.mdp.edu.ar · Tratamiento térmico del acero –Recocido •Las...