LABORATORIO N1
1. TITULO:
RECOCIDO Y NORMALIZADO DE LOS ACEROS 4340 Y EJE DE
TRANSMISION(3215)
2. OBJETIVOS:
0. Obtener microestructura prxima a la de equilibrio
(ferrito-perlticas, que son ms blandas que las bainticas o
martensticas) para que el acero tenga una dureza apropiada y til.0.
Ablandar el acero para poderlo mecanizar o para conformado en
frio.0. Con el normalizado obtener estructuras ferrito -
perliticas, normal del acero es decir un tamao de grano ferritico
igual o inferior al valor ASTM 7 y perlita laminar fina.
3. FUNDAMENTO TERICO:
DIAGRAMAS TTT:
Estos diagramas grafican las condiciones (temperatura-tiempo) en
que ocurre la transformacin de la austenita para cada tipo de
acero. En la Fig. 1 se muestra un mtodo experimental para su
trazado. Consiste en calentar en un bao lquido a la temperatura de
austenizacin correspondiente, varias probetas pequeas del acero en
estudio, extraerlas e introducirlas rpidamente en otro bao que se
mantiene a la temperatura de reaccin deseada. Su pequeo tamao les
permite enfriarse hasta dicha temperatura en una fraccin de
segundo. Transcurrido un cierto tiempo, una de ellas es extrada y
sumergida en agua. Esto detiene la reaccin produciendo el cambio
casi instantneo de la austenita remanente en martensita. A
continuacin se examina en el microscopio siendo usualmente fcil
distinguir la porcin de austenita que ha reaccionado
isotrmicamente, de la que se ha transformado en martensita durante
el enfriamiento posterior. En la parte inferior de la figura se ha
representado tiempo de Reaccin vs. Porcentaje de transformacin
alcanzado. Con esto se traza el diagrama TI, cuyas curvas resumen
los datos de reaccin isotrmica de la austenita para todas las
temperaturas.
Figura 1:FIG. 1: REACCIN ISOTRMICA DE LA AUSTENITA DE 0,8%C A
700 C
La forma de las curvas de los diagramas refleja que cuando la
temperatura de transformacin desciende por debajo de Ac1, la
reaccin isotrmica va rpidamente en aumento porque la austenita es
cada vez ms inestable, pero, a temperaturas an ms bajas, la
disminucin de la velocidad de difusin tiene un efecto predominante
y la transformacin se retarda.
EFECTO DE LA COMPOSICIN:
La composicin qumica de un acero y en especial el contenido de
los elementos aleantes, es el factor que influye ms decisivamente
en la forma y situacin de la curva de la S, Adems, para una dada
composicin, el tamao de grano y la homogeneidad de la austenita,
ejercen tambin una gran influencia.
La mayora de los elementos aleantes retardan la transformacin
isotrmica de la austenita; por lo tanto, las curvas TI son
desplazadas a la derecha. Los distintos elementos difieren en el
tipo e importancia de los efectos; el carbono es el ms potente,
pero su contenido en el acero est normalmente determinado por otras
consideraciones. Los elementos que forman carburos, especialmente
el cromo y el molibdeno, retardan la transformacin perltica en una
proporcin mayor que la transformacin baintica. Esta tendencia es
bien clara en el diagrama TI del acero SAE 4340, de la Fig. 2, que
posee pequeas cantidades de Cr y Mo. Figura 2
Estos diagramas TI, de transformacin isotrmica, se utilizan para
predecir el tiempo que debe permanecer el acero a una dada
temperatura hasta completar los cambios estructurales. Pero la
mayora de los tratamientos trmicos industriales se realizan
enfriando de forma continua las piezas, desde la temperatura de
austenizacin; esas curvas de enfriamiento no pueden ser colocadas
directamente sobre los diagramas TI.
No obstante se ha comprobado que los fenmenos que se presentan
en ambos modos de transformacin de la austenita, son bastante
parecidos, empezando en los enfriamientos continuos a temperaturas
un poco ms bajas. De una forma similar a la descrita anteriormente,
se han trazado los diagramas TC o de transformacin continua, cuyas
curvas estn ligeramente desplazadas a la derecha y hacia abajo,
respecto a las obtenidas isotrmicamente. Con ellos se puede conocer
la estructura que se obtendr para cada velocidad de enfriamiento, y
la velocidad crtica de temple, tangente a la nariz, que es la mnima
velocidad de enfriamiento para la que se produce la transformacin
completa de austenita en martensita. En la Fig. 3 se representa el
diagrama TC del acero SAE 4140. Las curvas de enfriamiento
indicadas con los nmeros 2, 4, 8, 16 y 48, se determinaron a lo
largo de la probeta Jominy, que se describir ms adelante. Figura
3:
Cuando las temperaturas de comienzo y fin de la transformacin
martenstica, Ms y Mf, son bajas y la nariz perltica se encuentra
desplazada a la derecha del diagrama, se dice que el acero es ms
templable. En estos casos, la velocidad crtica es menor y puede
obtenerse martensita templando en medios menos severos, como el
aceite. Al mismo tiempo, la templabilidad de un acero indica su
capacidad para adquirir dureza en el temple y que sta penetre hacia
el interior de la pieza. En general, puede afirmarse que cuando el
dimetro de la pieza supera los 25 mm, si se desea obtener ms de 50%
de martensita en el ncleo es necesario emplear aceros de alta
templabilidad, es decir, aceros aleados.
Los diagramas TTT son datos que proveen los fabricantes de los
aceros y se usan para determinar las condiciones adecuadas de los
tratamientos trmicos para obtener las propiedades mecnicas
especificadas en los planos de las piezas.
TRATAMIENTOS TRMICOS:
El tratamiento trmico es una operacin o combinacin de
operaciones que comprenden el calentamiento o enfriamiento del
metal, con el fin de mejorar algunas propiedades, en relacin con la
condicin original del material. Los propsitos generales del
tratamiento trmico son la eliminacin de tensiones internas,
homogeneizacin de las estructuras de moldeo, afino de grano y
cambio de estructura.Todos los procesos bsicos de tratamiento
trmico del acero incluyen la transformacin o descomposicin de la
austenita. Para realizar el tratamiento trmico tenemos que calentar
la muestra de acero hasta una temperatura por encima de la
temperatura crtica superior para formar austenita. Normalmente la
velocidad de enfriamiento en un mismo tratamiento no influye
demasiado en las propiedades finales del acero, siempre que se haga
razonablemente lento.Los principales tratamientos trmicos que se
aplican a una muestra de acero son: recocido total, recocido de
esferoidizacin, recocido para eliminacin de esfuerzos, recocido de
proceso, normalizacin y templado.Figura 4:
Figura 5:
La gran variedad de propiedades de los aceros, desde blando y
dctil hasta duro y frgil, es, en gran parte, consecuencia de la
transformacin alotrpica del hierro y de los importantes efectos
producidos por el carbono. Para controlar esas propiedades se usan
los tratamientos trmicos, que consisten en calentar y mantener las
piezas a temperaturas adecuadas durante cierto tiempo, y luego
enfriarlas convenientemente. De esta forma se modifica la
estructura microscpica, se verifican transformaciones fsicas y, en
algunos casos, hay cambios en la composicin qumica. El tiempo y la
temperatura son los factores principales y deben ser fijados
previamente, de acuerdo a la composicin qumica, la forma y el tamao
de las piezas y las propiedades finales que se desean obtener. En
condiciones de enfriamiento lento los cambios de fase que tienen
lugar en los aceros pueden predecirse mediante el diagrama de
equilibrio Fe-C. Pero si las transformaciones no se producen en
equilibrio se obtendrn otras fases y constituyentes, que adquieren
gran importancia cuando se trata de modificar las propiedades
mediante los tratamientos trmicos. Variando la velocidad de
enfriamiento se observan los siguientes fenmenos:
1. Disminucin de las temperaturas de comienzo de formacin de
ferrita (Ac3) y eutectoide (Ac1) 1. La transformacin eutectoide ya
no ocurre a temperatura constante y su concentracin de carbono es
menor a 0,8 % 1. Disminucin de la cantidad de ferrita libre, hasta
desaparecer 1. Afinamiento de la perlita 1. Formacin de troostita
(intermedio de temple) 1. Crecimiento acicular de la ferrita 1.
Cuando la difusin est limitada, formacin de martensita 1.
Surgimiento de otra estructura (entre la perlita y la martensita),
denominada bainita, en la que la ferrita crece en forma acicular y
la cementita precipita en su interior Esta gama de estructuras que
aparecen segn las condiciones a la que ocurre la transformacin
alotrpica desde la austenita, se representan en los diagramas
temperatura/tiempo/transformacin o diagramas TTT.
En la mayora de los tratamientos trmicos, el calentamiento debe
hacerse hasta unos 30 a 50 C por encima de la temperatura Ac3
obtenida del diagrama Fe-C. Las piezas deben colocarse en el horno
fro y la temperatura debe elevarse lentamente, tanto ms cuanto
mayor sea la seccin de la pieza para evitar tensiones por
dilataciones desiguales entre el ncleo y la superficie; incluso en
algunos casos se especifica un precalentamiento. La pieza debe
permanecer en el horno hasta que la temperatura se iguale en todos
sus puntos y la estructura se homogenice. Una regla conservadora
recomienda que el tiempo de permanencia sea de una hora por pulgada
de espesor. Si la temperatura es demasiado alta o el tiempo
excesivo, se producir un sobrecalentamiento, es decir, se obtendr
un tamao de grano basto (muy grande) y las propiedades mecnicas del
acero empeorarn. Cuando no llega a producirse alteracin de los
bordes de grano, luego del sobrecalentamiento puede regenerarse la
estructura mediante otro tratamiento trmico. En cambio, si penetra
oxgeno en ellos, se produce un quemado, que ya no puede
corregirse.
TRATAMIENTOS CON ENFRIAMIENTO LENTO:
Consisten en la austenizacin seguida de un enfriamiento
controlado, generalmente en horno o al aire, de modo de producir
microestructuras prximas a las de equilibrio. Dentro de esta
clasificacin se incluyen los procesos denominados normalizados y
recocidos.
Los productos forjados, las piezas coladas y el acero laminado
en caliente se normalizan para producir una estructura ms uniforme
que, en general, mejora las propiedades y conduce a un resultado
ptimo en cualquier tratamiento trmico posterior. Con el normalizado
tambin se eliminan tensiones internas y se uniformiza el tamao de
grano del acero. En cambio, el objetivo principal del recocido es
ablandar el acero, de modo de obtener la maquinabilidad o
deformabilidad ptima.
1. RECOCIDO:
Todos los tipos de realizacin del tratamiento trmico, que tienen
como consecuencia un refrigeramiento lento generalmente luego de
calentar la pieza de trabajo a una temperatura determinada, se
denominan como recocido. Como el calentamiento se debe realizar
lentamente, uniformemente y enrgicamente, se prefieren
especialmente hornos como fuente trmica, que tengan dispositivos de
medicin de la temperatura. Si no existe ninguna posibilidad de
medir la temperatura exactamente, se debe valorar entonces de forma
aproximada basndose en la coloracin del material durante el
calentamiento: Valores aproximados de coloracin para aceros sin
aleacin, ricos en carbono:
COLOR DE RECOCIDOTEMPERATURACTEMPERATURAK
carmelito ennegrecido 520 ... 580 793 ... 853
rojo carmelito 580 ... 650 853 ... 923
rojo oscuro 650 ... 750 923 ... 1023
rojo cereza oscuro 750 ... 780 1023 ... 1053
rojo cereza 780 ... 800 1053 ... 1073
rojo cereza claro 800 ... 830 1073 ... 1103
rojo claro 830 ... 880 1103 ... 1153
rojo amarillo 880 ... 1050 1153 ... 1323
amarillo oscuro 1050 ... 1150 1323 ... 1423
amarillo claro Figura 6:
1150 ... 1250 1423 ... 1523
blanco 1250 ... 1350 1523 ... 1623
El reconocimiento de la diferencia de coloraciones requiere un
medio ambiente oscurecido y gran experiencia para valorar
aproximadamente.Esta sinopsis no puede ser empleada para aceros
aleados.
PRINCIPIO Y TIPOS DE LOS PROCEDIMIENTOS DE RECOCIDO:
El recocido se realiza en tres etapas de trabajo:
1. Calentamiento del material a la temperatura de recocido.1.
Mantenimiento de la temperatura sobre un tiempo determinado.1.
Refrigeramiento lento del material.
Las piezas de trabajo deben ser preparadas limpiamente, herrumbe
y oxido deben ser retirados antes del recocido!De acuerdo a las
propiedades exigidas del material se emplean diferentes
procedimientos de recocido.
Todo metal que haya sido previamente trabajado en fro, sean por
medio de los mecanismos de deformacin plstica por deslizamiento y
por maclaje logra alterar las propiedades mecnicas de este metal.
El resultado del trabajo en fro es deformar los granos dentro del
metal adicionando imperfecciones a los cristales que servirn de
anclaje evitando el movimiento interplanar con el consiguiente
aumento de las propiedades de Dureza, la resistencia a la Tensin y
la resistencia elctrica; y, por el contrario, disminuyo la
ductilidad.Se puede entender el recocido como el calentamiento del
acero por encima de las temperaturas de transformacin a la fase
austentica seguida de un enfriamiento lento. El resultado de este
lento enfriamiento es el de obtener un equilibrio estructural y de
fase en los granos del metal.Dependiendo del porcentaje de carbono;
luego del recocido se pueden obtener diversas estructuras tales
como Ferrita+Cementita en los aceros Hipoeutectoides; Perlita en
los aceros Eutectoide; y Perlita+Cementita en los aceros
Hipereutectoides.El fin ltimo del recocido del acero tiene baja
dureza y resistencia.El recocido total es el proceso mediante el
cual la estructura distorsionada en fro retorna a una red cuyo
estado se halla libre de tensiones por medio de la aplicacin de
calor. Este proceso se efecta totalmente en estado slido y puede
dividirse en las tres etapas siguientes: Recuperacin,
Recristalizacin y Crecimiento del Grano.
1. RECUPERACIN:
La deformacin plstica que ha sufrido un metal provoco la
operacin de esfuerzos internos que distorsiona la red cristalina
incrementando la dureza y disminuyendo la ductilidad del metal.Si
llevamos la muestra de metal a una temperatura superior a la
ambiental pero por debajo de la temperatura de austenizacin; las
propiedades mecnicas de este no variaran en gran medida lo que es
cnsono con la mnima variacin de la microestructura del metal.Siendo
el nico efecto apreciable el del alivio de los esfuerzos internos
productos de la deformacin plstica.Cuando calentamos el metal las
dislocaciones se mueven y reagrupan mientras que los esfuerzos
residuales se reducen. Durante esta etapa aumenta relativamente la
conductividad elctrica del metal tratado.
1. RECRISTALIZACION:
Si el calentamiento contina, el grano original donde estn
presentes las dislocaciones dar lugar a granos de menor tamao que
estarn libres de imperfecciones y de esfuerzos residuales. Estos
nuevos granos no presentan la forma alargada de los granos
originales sino que son ms uniformes en sus dimensiones.Esta parte
del proceso tiene como fin ltimo el refinar el tamao del grano,
eliminando las tensiones internas y disminuyendo la heterogeneidad
estructural, el recocido contribuye a mejorar las propiedades de
plasticidad y viscosidad en comparacin con las obtenidas despus de
fundido forjado o laminado.El proceso de Recristalizacin requiere
elevar la temperatura por debajo del cual no se dar el proceso de
recristalizacin, mas esta temperatura no es un valor definido sino
una temperatura aproximada que recibe el nombre de Temperatura de
Recristalizacin definida como "La temperatura aproximada a la que
un material altamente trabajado en fro se recristaliza por completo
en una hora".La Temperatura de Recristalizacin depende de diversos
factores pero entre los principales tenemos:
1. La severidad de la deformacin plstica.1. El tamao del grano
original deformado plsticamente.1. La temperatura a la cual ocurre
la deformacin plstica.1. El tiempo en el cual el metal deformado
plsticamente es calentado para obtener la temperatura de
Recristalizacin.1. La presencia de elementos disueltos en el
metal.
Obsrvese que a mayor cantidad de deformacin previa, menor ser la
temperatura necesaria para iniciar el proceso de la Recristalizacin
debido a la mayor distorsin y a la mayor cantidad de energa interna
disponible.Si aumentamos el tiempo de recocido lograremos disminuir
la temperatura de Recristalizacin.Si la intensidad del trabajo en
fro es similar en dos muestras; aquella que presente el grano ms
fino introducir un mayor endurecimiento por deformacin en el metal
y por lo tanto, menor ser la temperatura de Recristalizacin que en
aquella de grano mayor.Si la deformacin en fro ocurre a una
temperatura menor en una muestra que en otra, mayor ser el grado de
deformaciones introducidas disminuyendo efectivamente la
temperatura de Recristalizacin para cierto tiempo de recocido que
en la otra muestra.
1. CRECIMIENTO DE GRANO:
El crecimiento del grano ocurre debido al proceso de coagulacin
y reorientacin del los granos adjuntos y esto es funcin de el
tiempo y la temperatura.Conforme la temperatura aumenta, la rigidez
de la red disminuye produciendo un incremento en la rapidez de
crecimiento del grano.Los granos grandes tienen menor energa libre
que los de tamao menor. Esto est asociado con la menor cantidad de
rea de frontera de grano y est relacionada con la fuerza que
impulsa el crecimiento del grano.Dicho lo anterior; el tamao final
del grano estar determinado por los parmetros de la energa libre
del grano y el grado de rigidez de la red cristalina.Por tanto, la
nucleacin y el posterior crecimiento del grano comprendidos en el
proceso de recocido sern los factores a controlar para la obtencin
de propiedades ultimas acorde con las necesidades. Si se favorece
una nucleacin rpida y un crecimiento lento se obtendr como
resultado un material de grano fino con el incremento en la
tenacidad o resistencia al impacto con el aumento en la dureza; en
cambio, si la nucleacin es lenta y el crecimiento del grano es
rpido en tamao del grano ser grueso con el resultado de que el
metal disminuye su tenacidad y su maquinabilidad y en cambio
aumenta su ductilidad.
1. RECOCIDO COMN:
El recocido es el tratamiento con enfriamiento muy lento, en
horno, desde la fase austentica. Como se indica en la figura 7,
cuando se trata del recocido de aceros hipereutectoides, el
calentamiento debe realizarse slo ligeramente por encima de la
temperatura eutectoide para evitar la formacin de una red de
cementita en los lmites de grano de la austenita, que fragilice el
material. Fig. 8: Tratamientos con enfriamiento lento Fig. 7:
Temperaturas recomendadas
Segn se desprende de la representacin del tratamiento en el
diagrama TTT de un acero hipoeutectoide (Fig. 8 en gris claro), la
estructura queda constituida por ferrita proeutectoide (o libre) en
bordes de grano y perlita gruesa, con tamao de grano ASTM 6 - 7.
Las cantidades relativas de los constituyentes se obtienen con gran
aproximacin por medio de un anlisis de fases en el diagrama
Fe-C.
A travs de la deformacin en caliente o en frio para el
enderezamiento, doblaje, martilleo y fundicin, as como en los
alrededores de los cordones de soldadura se deforma la estructura
del material y se refuerza parcialmente. Las propiedades de trabajo
de piezas sometidas a gran esfuerzo y partes constructivas de la
construccin de maquinas se hacen inapropiadas con esto. A travs del
recocido normal se compensan las irregularidades en la estructura y
se alcanza una estructura de granulado fino.
Procedimiento:
1. Calentamiento a temperaturas entre 750 C y 980 C conforme al
contenido de carbono del material. 1. Mantenimiento de la
temperatura conforme al espesor del material. 1. Refrigeramiento
lento al aire.
Figura 9: Diagrama de tiempo y temperatura del recocido normal1
calentamiento, 2 suspensin, 3 refrigeramiento lento, I temperatura,
II tiempo
1. RECOCIDOS DE ALTA TEMPERATURA:
Estos tratamientos se aplican a los aceros de bajo carbono y de
cementacin para favorecer el mecanizado. Consisten en calentar unos
300 C por encima de la temperatura de austenizacin y mantenerla
durante un tiempo prolongado. Si se trata de lograr una estructura
de granos grandes, ASTM 3-4, se lo denomina Recocido de
embastecimiento del grano. (Figura 10). Cuando el mantenimiento a
temperatura es suficiente para atenuar las heterogeneidades en la
composicin qumica, se lo denomina Recocido de homogeneizacin o de
difusin; y se utiliza para corregir las estructuras de
solidificacin, en piezas fundidas. Otro objetivo de los recocidos
de alta temperatura es resolver definitivamente el problema del
banding, ya que as se consigue disolver las impurezas que dan lugar
a la nucleacin de la ferrita en forma de bandas. Se requiere un
normalizado posterior, para llevar al acero a un tamao de grano
adecuado.
Figura 10: Marcha de los tratamientos con enfriamiento lento
1. RECOCIDO ISOTRMICO O DE PERLITIZACIN:
Este tratamiento se representa en el diagrama TTT de
transformacin isotrmica (figura 11). Consiste en un calentamiento
hasta la temperatura de austenizacin, enfriamiento hasta una
temperatura comprendida dentro del intervalo de formacin de la
perlita, mantenimiento a esa temperatura el tiempo necesario para
completar la transformacin y enfriamiento a cualquier velocidad. Se
aplica para obtener una estructura homognea de perlita, con muy
buena respuesta al temple y sin la descarburacin que se producira
en un enfriamiento en horno.
Figura 11:
Tratamiento isotrmico de perlitizacin
1. RECOCIDO DE GLOBULIZACIN O ABLANDAMIENTO:
Consiste en calentar un acero a temperaturas apenas sobre Ac1 y
mantenerla oscilando alrededor de este valor, enfrindola luego
lentamente (Fig. 12). De este modo se consigue una matriz de
ferrita con cementita globular. Este tratamiento se aplica a los
aceros de alto contenido de carbono para mejorarle la
deformabilidad y maquinabilidad. Su uso se ha extendido a otras
composiciones para facilitar la extrusin en fro.
Materiales templados o ricos en carbono (sobre 0,9 %) se dejan
trabajar de mala manera para el arranque de virutas o no se dejan
deformar bien en frio. Con el fin de poder trabajar estos
materiales ms fcilmente, se les hace un recocido de
ablandamiento.
Procedimiento:
1. Calentamiento a una temperatura entre 650 C y 750 C; tambin
es posible un funcionamiento pendulante alterno de calentamiento y
refrigeramiento mnimo a 723 C. 1. Mantenimiento del intervalo de
temperatura entre 3 y 4 horas de acuerdo al tipo de material y del
espesor del material. 1. Refrigeramiento lento.
Figura 12: Diagrama de tiempo y temperatura del recocido de
ablandamiento1 calentamiento, 2 suspensin (pendulamiento), 3
refrigeramiento lento, I temperatura, II tiempo
1. RECOCIDO DE ELIMINACIN DE TENSIONES:
Consiste en el calentamiento a una temperatura inferior a AC1,
casi siempre entre 550 y 650 C, seguido de un enfriamiento lento.
De este modo, activando la movilidad atmica, se consigue que stos
retomen sus posiciones originales, aliviando al acero de tensiones
internas.
Este Recocido se diferencia del Recocido Total ya que el acero
es calentado hasta una temperatura ms baja (un poco ms alta que la
lnea de temperatura eutectoide).Para los aceros hipoeutectoides el
recocido incompleto, como tambin se llama este proceso, se utiliza
para la eliminacin de los esfuerzos internos y mejorar la facilidad
de elaboracin por corte.Este proceso solo produce la
recristalizacin parcial del acero a cuenta de la transformacin
Perlita _ Austenita. La Ferrita en exceso solo parcialmente pasa a
la solucin solida y no se somete totalmente a la
recristalizacin.Este proceso facilita el tratamiento mecnico en
caliente de aquellos acero hipoeutectoides que no formaron un grano
basto dentro de la estructura.Este proceso se utiliza para eliminar
esfuerzos residuales debidos a un fuerte maquinado u otros procesos
de trabajo en fro. Este recocido, tambin denominado subcrtico, se
lleva a cabo a temperaturas por debajo de la lnea crtica inferior
A3.Se lo recomienda luego de solidificacin y operaciones mecnicas o
trmicas, incluidos procesos de soldadura, para evitar
fisuraciones.
A travs del refrigeramiento diferente de acero fundido o
laminado o por medio de la deformacin en frio se presentan
tensiones en el material, las cuales tienen como consecuencia una
deformacin de la pieza de trabajo. Estas tensiones pueden ser
eliminadas en gran parte a travs del recocido.
Procedimiento:
1. Calentamiento a una temperatura entre 550 C y 650 C. 1.
Mantenimiento de la temperatura entre 30 y 120 minutos de acuerdo
al espesor de la pieza de trabajo. 1. Refrigeramiento lento y
uniforme en ceniza caliente o en el horno.
Figura 13: Diagrama del tiempo y la temperatura del recocido de
poca tensin1 calentamiento, 2 suspensin, 3 refrigeramiento, I
temperatura, II tiempo
1. RECOCIDO DE RECRISTALIZACIN:
Este tratamiento se aplica a los aceros despus de la deformacin
en fro, cuando el endurecimiento alcanzado impide continuar con el
proceso de conformado. El objetivo es destruir ese endurecimiento
provocado por el conformado, y su resultado depende del grado de
deformacin previa, de la temperatura de recristalizacin y de la
forma de realizar el calentamiento. Consiste en recalentar el acero
a una temperatura por debajo de A1, que depende del tipo de acero y
del grado de deformacin alcanzado. Cuanto mayor sea ste, ms pequeos
sern los granos recristalizados. En la Fig. 14 se representan las
propiedades mecnicas aproximadas que se obtienen mediante los
tratamientos de normalizado y recocido.
Propiedades de los aceros al C recocidos y normalizados.
1. ESFEROIDIZACIN:
Es un proceso por el cual se mejora la maquinabilidad. El mtodo
que suele emplearse es el mantenimiento durante un tiempo
prolongado a una temperatura ligeramente inferior a la lnea crtica
inferior. Este tipo de proceso se emplea para obtener una mnima
dureza, una mxima ductilidad o una mxima maquinabilidad en aceros
al alto carbono. Los aceros al bajo carbono (como lo son nuestras
muestras) rara vez esferoidizan por maquinado, porque en la
condicin de esferoidizados son excesivamente suaves. Cuando un
acero hipereutectoide es tratado por medio del Recocido Total, el
porcentaje de Carbono que posee favorece la formacin de una red
Cementtica entre los limites de granos debido a la segregacin que
producir en el acero una maquinabilidad deficiente y un aumento de
la dureza.El Recocido de Esferoidizacin tendr por finalidad mejorar
la maquinabilidad del acero y la forma en que lo hace es
destruyendo la red de cementita en pequeos fragmentos; este proceso
favorecer la formacin de Carburo Esferoidal o globular en una
matriz Ferrtica. La forma esferoidal adquirida se debe a que es la
forma geomtrica que menor energa libre posee en relacin a su
entorno.Existen tres mtodos utilizados para la Esferoidizacin de
los aceros hipereutectoides dentro de la industria metalrgica que
son los siguientes:
1. Mantener durante un tiempo prolongado a una temperatura
justamente por debajo de la lnea crtica inferior.1. Calentar y
enfriar alternadamente entre las temperaturas que estn justamente
por encima o por debajo de la lnea crtica inferior.1. Calentar a
una temperatura o por encima de la lnea enfriar muy lentamente en
horno o mantener a una temperatura justo por debajo de la lnea
crtica inferior.
Por el contrario si se eleva mucho la temperatura por encima de
la temperatura critica inferior no solo se despedazara la red
cementtica sino tambin la estructura Perltica obtenida por el
Recocido Total realizado anteriormente.Este tratamiento Trmico
puede considerarse con el tratamiento final para los aceros
hipereutectoides si es deseada una estructura con mnima dureza,
mxima ductilidad o una mayor maquinabilidad.
1. RECOCIDO DE PROCESO:
Es un proceso muy parecido al recocido para eliminar esfuerzos,
ya que se calienta el acero a una temperatura por debajo de la lnea
crtica inferior. La utilizacin de este tipo de tratamiento se
orienta hacia las industrias de lminas y cable. Si se aplica despus
del proceso en fro se suaviza el acero por medio de la
recristalizacin, para un posterior trabajo. El Recocido de Proceso
es aquel utilizado en la produccin de alambres y laminas de acero.
En este proceso, el acero aleado es calentado igual que en el
Recocido Total pero su enfriamiento es relativamente ms rpido que
en el Recocido Total. La temperatura de Recocido est entre 1000 a
1250 F.Este proceso se aplica despus del trabajado en fro y suaviza
el acero, mediante la recristalizacin, acelerando el proceso.A esta
temperatura se realiza la descomposicin Austentica, despus de lo
cual se realiza el enfriamiento. La ventaja de este Recocido
consiste en la disminucin de la duracin del tiempo del proceso,
sobre todo para los aceros aleados, que son enfriados lentamente
con el objeto de disminuir la dureza a los valores requeridos.Otra
ventaja obtenida es una estructura ms homognea, puesto que con las
exposicin al calor, se equilibra toda la seccin y la transformacin
en todo el volumen del acero transcurrir con igual grado de
sobreenfriamiento.
1. RECOCIDO TOTAL:
El recocido Total es el proceso consistente en calentar el acero
a cierta temperatura y luego enfriar lentamente a lo largo del
intervalo de transformacin, preferentemente en el horno o en
cualquier material que sea buen aislante al calor.El propsito del
recocido es el de refinar el tamao del grano, proporcionar
suavidad, mejorar las propiedades elctricas y magnticas y mejorar
el maquinado.Dentro del Recocido Total, el acero es calentado
aproximadamente a 100 F por encima de la temperatura crtica
manteniendo el metal por un prolongado perodo de tiempo. Luego, la
muestra es enfriada a temperatura ambiente en un enfriamiento muy
lento.El calentamiento desde la temperatura ambiente hasta antes de
llegar a la temperatura critica no ocurrir cambios en el tamao de
los granos; pero al cruzarse la lnea crtica hasta por encima de 50
F provocara que las reas de perlita se transformen en pequeos
granos de austenita por medio de la reaccin eutectoide, mas los
granos de ferrita iniciales permanecern invariables.Si el acero es
hipoeutectoide o hipoeutectoide la temperatura recomendada para en
Recocido Total ser de 50F por encima de la temperatura crtica de la
aleacin.Si se realiza el enfriamiento desde este punto, no se
lograra refinar el tamao del grano. Si se contina el calentamiento
hasta llegar a la regia Austentica se lograra que los granos de
Ferrita se transformen en pequeos granos de Austenita de forma tal
que toda la estructura presentada ser de pequeos granos
austenticos.Llevando luego este metal por medio de un enfriamiento
apropiado se observara que la microestructura se encuentra presente
pequeos granos de Ferrita Proeutectoide y pequeas reas de Perlita
Laminar Gruesa; hablando siempre de los aceros hipoeutectoides.Para
los aceros hipereutectoides la microestructura durante el proceso
se describe como gruesos granos austenticos durante el
calentamiento que dar lugar a la formacin final de grandes reas de
formacin Perltica gruesas de tipo Laminar. Pero los espacios entre
los lmites de granos estarn ocupados por una red de Cementita
Proeutectoide.La presencia de esta red de Cementita debilita al
acero ya que esta red es un plano de fragilidad por tanto el
Recocido Total en los aceros hipereutectoide no puede tomarse como
el tratamiento final para este tipo de acero; para mejorar la
maquinabilidad de este tipo de acero se debe realizar el siguiente
Tratamiento Trmico: La Esferoidizacin.
Este proceso consiste en el calentamiento del acero a la
temperatura adecuada durante un tiempo y luego enfriar muy
lentamente en el interior del horno o en algn material aislaste del
calor. Debido al enfriamiento lento el proceso puede ser asociado
al diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro, que en nuestro
caso se trata de una muestra de acero hipoeutectoide y corresponde
el proceso al diagrama siguiente representado en la figura.El
propsito general del recocido es refinar el grano, proporcionar
suavidad, mejorar las propiedades elctricas y magnticas y, en
algunos casos, mejorar el maquinado.
Figura 15:
Partiendo de una muestra de acero hipoeutectoide (0.2% de
carbono en la figura 1), calentamos progresivamente. En la
(fig.15a) se observa la microestructura de las fases perlita y
ferrita. Al calentar y traspasar la lnea crtica inferior (A1), la
perlita se transformar en pequeos granos de austenita por medio de
la reaccin eutectoide, dejando la ferrita inalterada (fig.15b). Al
seguir calentando y traspasar la lnea crtica superior (A3) los
granos grandes de ferrita se transformarn en pequeos granos de
austenita con lo que se obtendr una microestructura de austenita
con granos muy pequeos (fig. 15c). Dejando enfriar lentamente la
muestra se formarn pequeos granos de ferrita proeutectoide y
pequeas reas de gruesa perlita laminar (fig.15d). La temperatura
adecuada para el recocido en el acero hipoeutectoide es de
aproximadamente 10 C por encima de la lnea A3. Si realizamos un
estudio microscpico de las proporciones de ferrita y perlita
presentes en un acero recocido, permitir determinar el contenido de
carbono aproximado en el acero, ya que el contenido de ferrita
proeutectoide relativo al contenido de perlita sigue una relacin
lineal con respecto al contenido de carbono.
NORMALIZADO:
El tratamiento trmico de normalizacin del acero se lleva a cabo
al calentar aproximadamente a 20C por encima de la lnea de
temperatura crtica superior seguida de un enfriamiento al aire
hasta la temperatura ambiente. El propsito de la normalizacin es
producir un acero ms duro y ms fuerte que con el recocido total, de
manera que para algunas aplicaciones ste sea el tratamiento trmico
final. Sin embargo, la normalizacin puede utilizarse para mejorar
la maquinabilidad, modificar y refinar las estructuras dendrticas
de piezas de fundicin, refinar el grano y homogeneizar la
microestructura para mejorar la respuesta en las operaciones de
endurecimiento. El hecho de enfriar ms rpidamente el acero hace que
la transformacin de la austenita y la microestructura resultante se
vean alteradas, ya que como el enfriamiento no se produce en
condiciones de equilibrio, el diagrama hierro-carburo de hierro no
es aplicable para predecir las proporciones de ferrita y perlita
proeutectoide que existirn a temperatura ambiente. Ahora, se tendr
menos tiempo para la formacin de la ferrita proeutectoide, en
consecuencia, habr menos cantidad de esta en comparacin con los
aceros recocidos. Aparte de influir en la cantidad de constituyente
proeutectoide que se formar, la mayor rapidez de enfriamiento en la
normalizacin tambin afectar a la temperatura de transformacin de
austenita y en la fineza de la perlita. El hecho de que la perlita
(que es una mezcla eutectoide de ferrita y cementita) se haga ms
fina implica que las placas de cementita estn ms prximas entre s,
lo que tiende a endurecer la ferrita, de modo que esta no ceder tan
fcilmente, aumentando as la dureza. El enfriamiento fuera del
equilibrio tambin cambia el punto eutectoide hacia una proporcin de
carbono ms baja en los aceros hipoeutectoides y ms alta en los
aceros hipereutectoides. El efecto neto de la normalizacin es que
produce una estructura de perlita ms fina y ms abundante que la
obtenida por el recocido, resultando un acero ms duro y ms
fuerte.La velocidad exacta de enfriamiento depende del tamao de la
pieza a enfriar, del nmero de piezas en la carga del horno y de la
circulacin del aire alrededor de las mismas. La temperatura de
calentamiento para aceros hipereutectoides est dentro de la regin
austentica, porque la velocidad de enfriamiento, al limitar
parcialmente la difusin, tiende a evitar la formacin de la red de
cementita. Del mismo modo, la formacin de ferrita libre se suprime
parcialmente en los aceros hipoeutectoides, resultando una cantidad
de perlita ligeramente ms elevada que en equilibrio. La limitacin
del proceso de difusin, tambin provoca la aparicin de lminas finas
en la perlita (el % de perlita resuelta con 400 x en la muestra
microgrfica, es un indicador de la velocidad de enfriamiento del
acero). Cuando el objetivo del tratamiento es eliminar el defecto
de formacin de bandas separadas de perlita y ferrita (banding), la
difusin debe ser limitada ms an, lo que se consigue enfriando ms
rpidamente, es decir, en aire agitado.
45. EQUIPO A USAR:
1. Horno elctrico de cmara.1. Elementos de corte, desbaste,
pulido y ataque qumico.1. Microscopio metalogrfico.1.
Fotomicrografa.1. Termocupla hasta 1250C.1. Un acero al carbono
(SAE 4140).
52. PROCEDIMIENTO:
En esta prctica se usar el tratamiento de recocido completo. Se
compararn con un tratamiento de Normalizado.
Para las muestras del acero aleado:
1. Mida la dureza en cada una de estas muestras y consrvelos
para su examen metalogrfico.1. Coloque una muestra en el horno a la
temperatura indicada, djelos durante una hora y apague la
alimentacin del horno, saque la muestra y djelo enfriar en el
aire.1. La otra muestra colquelo dentro del horno a la temperatura
adecuada, djelo el tiempo necesario para austenizacin completa,
apague la alimentacin del horno y djelo enfriar lentamente en el
interior del horno.1. Mida la dureza y examine la microestructura
en cada una de las muestras.1. Tener en cuenta su diagrama TTT.
Normalizado: Enfriamiento Rpido al aire
Recocido: Enfriamiento Lento en el Horno
58. RESULTADOS Y DISCUSN DE RESULTADOS:
Acero 4340
Figura 17:
Figura 18:
Acero 3215( Eje de transmision)
VII- CUESTIONARIO:
7.1. Calclese las cantidades relativas de los constituyentes
estructurales presentes en los aceros enfriados en el horno por el
acero con 0.40 %C, 1.2 %C y acero SAE 5140.
7.2 Es posible determinar el contenido aproximado de carbono de
un acero normalizado mediante un estudio microscpico? Explquese
7.3. Porqu los aceros recocidos muestran un decremento en
resistencia tensil cuando tienen un contenido de carbono superior
al 0.8 %C?
7.4. Porqu los aceros normalizados con carbono hasta del 1.2 %C
muestran un incremento en resistencia tensil y luego una
disminucin?
7.5. Elabore una tabla para cada uno de los aceros donde
registre la dureza obtenida en cada tratamiento. 7.6. Utilizando
las curvas TTT; para los aceros utilizados en la prctica, suponga
la curva de enfriamiento por recocido completo y normalizado para
dichos aceros y pronostique su microestructura y dureza.
7.7. Reporte la microfotografa de las muestras y comente las
estructuras resultantes comparando con (6).
1. RESULTADOS Y DISCUSIN:
8.1. Acero 0.4%C: 52% Perlita y 48% Ferrita proeutectoideAcero
1.2%C:80% Perlita y 20% Cementita proeutectoideAcero SAE 5140: 0.4
%C, 0.8 %Mn, 0.8 %Cr %E: 0.75 - 0.8 = -0.05 % 0.72 - 0.8 = -0.08 %
0.8 - 0.13 = 0.67 %
______________________P 0.002 0.4 0.67 % = 40.42 % % P = 59.58
%
59. No es posible, porque todos los aceros no se pueden
normalizar (Especial K, Amutik), debido a que su diagrama TTT no
nos permite obtener una estructura de equilibrio, resultndonos
mezclas de Bainita y Martensita.
59. La resistencia tensil est dada por:
Resist. Tensil: 40000 (% ferrita) + 120000 (% perlita) 100
Esto no se puede aplicar a los aceros hipereutectoides ya que su
resistencia tensil est determinada por la cementita que forma la
fase continua. La presencia de la red frgil resulta en una cada en
resistencia tensil superior al 0.8 % de carbono.
59. Porqu el incremento en la rapidez de enfriamiento por aire,
afecta en varias formas la transformacin de la austenita y de la
microestructura resultante.Hay menos tiempo para que se forme
ferrita proeutectoide en aceros normalizados hipoeutectoides, y
menos cementita proeutectoide en aceros hipereutectoides, en
comparacin con los aceros recocidos, por lo tanto, para aceros
hipereutectoides, la normalizacin reducir la continuidad de la red
cementita proeutectoide, dando como resultado un aumento en
resistencia.Uno de los objetivos de la normalizacin es la de
disolver la red cementita para obtener mejores propiedades de
resistencia tensil. La temperatura mxima de normalizacin es 950 C,
entonces a esta temperatura slo se podr disolver cementita hasta
1.2 %C segn el diagrama de equilibrio Fe Fe3C; ms all de 1.2 % no
se disolver por lo que encontraremos menor resistencia tensil.
59. Tabla:AcerosTratamientosDimetro ledo (mm)
A615-90A615-9092509250A615-909250NormalizadoRecocidoNormalizadoRecocidoOriginalOriginal0.62-0.60-0.61=0.610.67-0.70-0.67
= 0.680.525-0.61-0.53 =0.5550.66-0.65-0.60 = 0.6370.63-0.60-0.61
=0.6130.54-0.46-0.44 = 0.48
DUREZA HB:
Donde:P: carga aplicada = 62.5 Kg.D: dimetro indicador= 2.5
mm.d: dimetro ledo
Dureza de los aceros:AcerosTratamientosDureza (Rc)
A615-90A615-9092509250A615-909250NormalizadoRecocidoNormalizadoRecocidoOriginalOriginal210
HB169 HB255 HB193 HB208 HB1.
Hacer un informe detallado de la prctica, acompaada de sus
respectivas durezas y Fotomicrografa.En esta prctica de Tratamiento
Trmico de recocido y normalizado de las 2 muestras de aceros AISI
4140 se realizaron los siguientes pasos:Se introdujeron las
probetas 4140 al horno hasta alcanzar su temperatura de
Austenizacin,
SUMINISTRO:1. En la probeta de acero AISI 4140, se obtuvo una
dureza de 37 Rc.
FOTOMICROGRAFIA 01: En el acero AISI 4140, se observa martensita
revenida tipo sorbita. La probeta fue atacada con nital al 3%
durante 3 seg, aumento de 200X.
RECOCIDO:1. En la probeta de acero AISI 4140, se obtuvo una
dureza de 23 Rc.
FOTOMICROGRAFIA 02: Es un acero hipoeutectoide, se observa una
parte blanca que viene a hacer la ferrita y la parte oscura es
perlita fina. La probeta fue atacada con nital al 3% durante 2
minutos, aumento de 200X.
NORMALIZADO:1. En la probeta de acero AISI 4140, se obtuvo una
dureza de 31 Rc.
FOTOMICROGRAFIA 02: Es un acero AISI 4140, se observa bainita y
martensita la parte blanca es ferrita la oscura martensita en forma
de agujas y el negro plumoso es la vainita superior. La probeta fue
atacada con nital al 3%, aumento de 200X.
IX. CONCLUSIONES:
1. De esta experiencia podemos concluir en base a los
resultados, que los datos recolectados experimentalmente en el
laboratorio van de acuerdo a lo que la teora formula en cuanto a
las propiedades de dureza. El material se hace ms blando despus de
un tratamiento trmico de recocido.
1. Tambin podemos decir que esta disminucin de dureza tambin es
afectada por el tiempo de horneado, a medida que el tiempo de
horneado aumenta, la diferencias de la disminucin de dureza tambin
aumenta.
1. BIBLIOGRAFIA:
66. AVNER, Sydney H., Introduccin a la Metalurgia Fsica, Segunda
edicin, McGraw-Hill, Mxico,1995.66. REED-HILL, Robert E.,
Principios de Metalurgia Fsica, Segunda edicin, CECSA, Mxico ,
1980.66.
http://www.greenstone.org/greenstone3/nzdl?a=d&c=gtz&d=HASH014e32ed215adb38c797ca07.6&sib=1&p.a=b&p.sa=&p.s=ClassifierBrowse&p.c=gtz66.
http://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/practicas/practica4/tipos%20de%20enfriamiento.htm#normalizado66.
http://html.rincondelvago.com/tratamiento-termico-de-recocido.html