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1 0. INTRODUCCIÓN TEMA 3: TRATAMIENTOS TÉRMICOS Al añadir ciertos elementos (azufre, cobalto, cobre, cromo, tungsteno, manganeso, molibdeno, níquel, vanadio ) en la aleación del acero se consigue mejorar algunas de sus propiedades, obteniendo aleaciones específicas para determinadas aplicaciones industriales, como herramientas, cuchillas, fijaciones, soportes,. Sin embargo la diferencia de comportamiento entre los diversos aceros depende, no sólo de su composición química, sino también del tipo del tratamiento térmico a los que se les someta. Existen piezas que están sometidas a condiciones de trabajo que requieren propiedades específicas para soportar esfuerzos de choque, vibraciones y rozamiento superficial. Para soportar estas condiciones de trabajo, se requiere tenacidad elevada, resiliencia, y una gran dureza superficial. Por este motivo se realizan los tratamientos térmicos, que son procesos en los cuales mediante una sucesión de operaciones de calentamiento y enfriamiento, se modifica la microestructura y la constitución de los metales y aleaciones sin variar su composición química. La finalidad de estos procesos es mejorar las propiedades mecánicas del material, especialmente la dureza, la resistencia, la tenacidad y la maquinabilidad. Pero en estos procesos no se modifica la constitución química de los materiales. Para ello se realizan los tratamientos termoquímicos, que son procesos en los cuales se altera la estructura del metal, modificando su composición mediante un proceso de difusión. 1. TRATAMIENTOS TÉRMICOS Los tratamientos térmicos más importantes son: temple, recocido, revenido y normalizado. Con su aplicación se consiguen estructuras más blandas y más mecanizables, con mayor dureza y resistencia. Otro aspecto que mejoran es la homogeneización de la estructura TEMPLE Este tratamiento térmico se caracteriza por enfriamientos rápidos (continuos o escalonados) en un medio adecuado: agua, aceite o aire, para transformar la austenita en martensita. Mediante el temple se consigue: Aumentar la dureza y la resistencia mecánica. Disminuir la tenacidad (aumento de la fragilidad). Disminuir el alargamiento unitario. Modificar algunas propiedades eléctricas, magnéticas y químicas. El temple se realiza siguiendo los siguientes pasos: 1. Calentamiento del metal.- Se realiza en horno, siendo lento al hasta los 500ºC y rápido hasta la temperatura de temple, por encima de A 3 si el acero es hipoeutectoide, y por encima de A 1 si el acero es eutectoide o hipereutectoide. Página 1




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3 Tipos de temple 1. Temple continuo de austenización completa.- se aplica a los aceros hipoeutectoides. Se calienta el material a 50ºC por encima de la temperatura crítica superior A 3, enfriándose en el medio adecuado para obtener martensita. 2. Temple continuo de austenización incompleta.- se aplica a los aceros hipereutectoides. Se calienta el material hasta AC1 + 50ºC, transformándose la perlita en austenita y dejando la cementita intacta. Se enfría a temperatura superior a la crítica, con lo que la estructura resultante es de martensita y cementita. 3. Temple superficial.- el núcleo de la pieza permanece inalterable, blando y con buena tenacidad, y la superficie se transforma en dura y resistente al rozamiento. Con el temple superficial se consigue que solamente la zona más exterior se transforme en martensita, y para ello el tiempo durante el que se mantiene el calentamiento debe ser el adecuado para que solamente un reducido espesor de acero se transforme en austenita. 4. Temple Escalonado (Martempering).- consiste en calentar el acero a temperatura de austenización y mantenerlo el tiempo necesario para que se transforme completamente en austenita. Posteriormente se enfría en un baño de sales bruscamente hasta una temperatura próxima pero superior a Ms, con el fin de homogeneizar la temperatura en toda la masa y se acaba reduciendo la temperatura para que toda la pieza se transforme en martensita. 5. Temple isotérmico (Austempering).- consiste en calentar el acero a temperatura de austenización y mantenerlo el tiempo necesario para obtener austenita. Posteriormente se enfría bruscamente en un baño de sales hasta una temperatura determinada, para igualar la temperatura en toda la masa y luego se vuelve a disminuir la temperatura para que toda la pieza se transforme en bainita. Austenización completa Austenización incompleta Temple + revenido Martempering Austempering 1.2. RECOCIDO Se trata de calentar el metal hasta una determinada temperatura y enfriarlo después muy lentamente (incluso en el horno donde se calentó). De esta forma se obtienen estructuras de equilibrio. Son generalmente tratamientos iniciales mediante los cuales se ablanda el acero. Su finalidad es suprimir los defectos del temple. Mediante el recocido se consigue: Aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad. Eliminar la acritud. Afinar el grano y homogeneizar la estructura. Es tratamiento térmico muy utilizado y según las temperaturas que se alcanzan en el proceso se pueden distinguir los siguientes tipos: Página 3


4 1. Recocido completo.- afina el grano cuando ha crecido producto de un mal tratamiento. Se realiza en aceros hipoeutectoides. 2. Recocido incompleto.- elimina tensiones pero sólo recristaliza la perlita. Es más económico que el anterior. 3. Recocido de globalización.- mejora la mecanibilidad en los aceros eutectoides e hipereutectoides. 4. Recocido de recristalización.- reduce tensiones y elimina la acritud. 5. Recocido de homogenización.- elimina la segregación química y cristalina. Se obtiene grano grueso por lo que es necesario un recocido completo posterior REVENIDO Como ya se ha visto, el temple produce un aumento de la fragilidad debido a las tensiones internas que se generan al producirse la transformación martensítica. Para evitarlo, se somete el metal a un proceso de revenido, que consiste en elevar la temperatura hasta una inferior a la de transformación (punto crítico A C1 ) para transformar la martensita en formas más estables. Mediante el revenido se consigue: Disminuir la resistencia mecánica y la dureza. Aumentar la plasticidad y la tenacidad NORMALIZADO Se trata de calentar el metal hasta su austenización y posteriormente dejarlo enfriar al aire. La ventaja frente al recocido es que se obtiene una estructura granular más fina y una mayor resistencia mecánica. La desventaja es que la dureza obtenida es mayor. Mediante este proceso se consigue: Subsanar defectos de las operaciones anteriores de la elaboración en caliente (colada, forja, laminación, ) eliminando las posibles tensiones internas. Preparar la estructura para las operaciones tecnológicas siguientes (por ejemplo mecanizado o temple). El normalizado se utiliza como tratamiento previo al temple y al revenido, aunque en ocasiones puede ser un tratamiento térmico final. En el caso de los aceros con bastante contenido en carbono y mucha templabilidad, este tratamiento puede equivaler a un temple parcial, donde aparezcan productos perlíticos y martensíticos. Para aceros con bajo contenido de carbono no aleados no existe mucha diferencia entre el normalizado y el recocido. Cuando se trata de aceros de contenido medio en carbono (entre 0.3 0,5%C) la diferencia de propiedades es mayor que en el caso anterior; en general, el proceso de normalizado da más dureza. Página 4


Universidad de Chile Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Departamento de Ciencia de los Materiales Informe 3: Ensayo de dureza en Acero con distintos tratamientos termicos Ciencias de los Materiales


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