• Author / Uploaded
• Kevin Cristales

Citation preview

INTRODUCCIÓN En el presente trabajo, se muestran las raíces de los procesos de forjado por medio de una fragua, en específico, aquellos que son fundamentales para los procesos de conformación de aleaciones ferrosas y no ferrosas en caliente hasta alcanzar las diferentes temperaturas de trabajo definiendo como límite la temperatura del acero. Posteriormente se realizan análisis de variables para la determinación de las que serán prioridad en la posterior evaluación de los equipos. Teniendo en cuenta estas variables, se procede a evaluar opciones de equipos y sus debidos subsistemas para poder culminar en los diferentes requerimientos que estos van a tener previo a su instalación y durante su operación normal, también tomando en cuenta los requerimientos de personal que se necesiten para poder dar un criterio de selección adecuado a las necesidades de los estudiantes de la escuela de ingeniería mecánica de la Universidad de El Salvador y también acorde a los recursos que ésta pueda proporcionar.

MARCO TEORICO A continuación, en el capítulo 1 del proyecto de ingeniería mecánica: Propuesta De Diseño De Una Fragua Para Forja De Acero, describiremos la historia de la forja y fragua, así como su evolución en el tiempo desde sus comienzos hasta la actualidad. Además, describiremos las partes más importantes que conforman la construcción de una fragua, así como también, mencionaremos los tipos, ventajas y desventajas, elementos y partes que intervienen en el proceso. 1.1 Generalidades de las fraguas y la forja en el acero. La Fragua. Es una herramienta que consta de un recipiente donde se coloca el carbón (de hulla, o carbón de piedra, o sea el carbón natural, no de madera aunque este si es de madera dura también sirve), una manivela conectada a unas paletas (tipo aspas) dentro de una pieza de chapa que al girar la manivela se envía aire controlado para que el carbón se encienda y/o se avive para poder ablandar el hierro que se quiere trabajar.

La forja, es considerado el método más antiguo de conformación de metales, es un proceso de conformado en caliente o en frio, en el cual la fabricación de piezas metálicas se da por la deformación del material arriba o por debajo de la temperatura de recristalización. Se producen fuerzas repetitivas en compresión en la pieza desplazando las dislocaciones en dirección de las fuerzas aplicadas.

1.1.2 Métodos de forja Considerado el más antiguo. Se caracteriza porque la deformación de material no está limitada en masa y en volumen. Después tenemos la forja con estampa, la cual consiste en encerrar el material entre dos placas las cuales poseen una cavidad que moldean la pieza hasta obtener las dimensiones deseadas. La forja por recalcado posee la cualidad que el proceso de conformado puede hacerse en frio, es decir, por debajo de la temperatura de recristalización. Consiste en la concentración de material en una zona determinada generando una disminución de sección longitudinal y aumento en la zona transversal. Por último, tenemos la forja isotérmica la cual consiste en que los troqueles que moldean las piezas posen la misma temperatura que las piezas en caliente. El metal de trabajo en forma de barra o lingote es calentado hasta la temperatura óptima para mejorar su ductilidad. Entonces, el material se comprime o martillea en una serie de matrices para conseguir la forma deseada. Como parte del proceso, se produce un exceso de material (rebabas) que deben ser eliminadas en un paso final llamado: calzar. Además, las piezas producidas por este método generalmente requieren un proceso de mecanizado. Técnicamente todos los metales tienen aleaciones que son forjables, las aleaciones más comunes a en la forja son: acero al carbono, acero inoxidable, aluminio, cobre, entre otras. Mediante este proceso se puede producir una amplia variedad de piezas las cuales son utilizadas en cantidad de sectores, tales como en el sector aeroespacial (motores de aeronaves, fuselajes, equipos auxiliares…), automoción (juntas, chasis, cigüeñales...), eléctrico, maquinaria y equipamiento, herramientas de mano e industriales, construcción, minería, fontanería (accesorios de tubería, válvulas, bridas…) construcción naval, ferroviario. Las normas más representativas que rigen este proceso son: SO9001, TS16949 e ISO 14001, EN 10243, EN 10254, EN 10222, S9000, AS9100, etc. Fueron creadas para estandarizar los requerimientos de los productos y establecer un sistema de calidad representativo al momento de comercializar. 1.1.3 Elementos de una fragua: • Yunque. - El yunque, por su parte, era una pieza de hierro dulce de forma cuadrada o rectangular, que tenía por función sufrir los golpes en las operaciones de corte del hierro, para evitar que las herramientas aceradas y con filo (tajaderas o cortafríos) pudieran mellarse.

• Chimenea, - Una chimenea es un sistema usado para evacuar gases calientes o malos olores y humo de calderas, calentadores, estufas, hornos, fogones u hogares a la atmósfera.

• • • • • • • • • • • • • • Fuelle de forja, - El fuelle era el aparato que permitía avivar el fuego del regazal. Sus paredes estaban forradas de piel de becerro claveteada con tachuelas. Existían dos maneras de accionar el fuelle. Una, la más corriente, consistía en tirar de un asidero que, al accionarlo, levantaba el fuelle, produciendo en su bajada el aire. Para esta labor se requería la ayuda de otra persona, generalmente de un niño. El otro sistema consistía en mover una especie de pedal, operación que realizaba el mismo herrero con el pie.

• Matriz de forja, - Este proceso se utiliza para dar una forma y unas propiedades determinadas a los metales y aleaciones a los que se aplica mediante grandes presiones. La deformación se puede realizar de dos formas diferentes: por presión, de forma continúa utilizando prensas, o por impacto, de modo intermitente utilizando martillos pilones.

Hay que destacar que es un proceso de conformado de metales en el que no se produce arranque de viruta, con lo que se produce un importante ahorro de material respecto a otros procesos, como por ejemplo el mecanizado.

1.2 TIPOS DE FRAGUAS Y SUS CARACTERISTICAS Aparte de fraguas al carbón, ahora en día podemos encontrar forjas a las cuales se les conecta un motor para mejorar la etapa de admisión de aire eliminando así el fuelle al ser sustituido por un ventilador eléctrico el cual proporciona una mayor masa de aire alcanzando temperaturas más altas en un menor tiempo, pero claro, produciendo un costo mayor eléctrico y dificultando su utilidad en zonas donde no haya servicio de energía eléctrica, a diferencia de la fragua convencional a carbón. También, se han diseñado fraguas a gas las que se usan convenientemente en el campo al no necesitar energía eléctrica para funcionar. Son más pequeñas que las fraguas al carbón lo cual las hace súper portátiles para la aplicación de cualquier trabajo. 1.2.1 Fragua a carbón o fija Desde la antigüedad, las fraguas de carbón eran los hornos utilizados por los antiguos herreros, las cuales constan de un recipiente elabora con hormigones refractarios y un fuelle o ventilador para controlar la admisión de oxígeno que entrara a la cámara donde se colocara el carbón y así poder calentar el hierro hasta que sea maleable y poder moderarlo para conseguir las formas deseadas. Las fraguas mantienen el calor durante el tiempo necesario, levantan temperatura con rapidez y en especial con el mínimo de costos. Diseñadas con una cámara en donde se deposita el carbón por medio de un agujero el cual cuenta con una rejilla para que las piedras de carbón más pequeñas no caigan y donde además se juntan los desechos. Las cenizas atraviesan las rejillas cayendo al cenicero por donde viaja el aire forzado por el fuelle por debajo del lugar donde se encuentran el carbón.

Esta se emplea para el calentamiento de piezas pequeñas y de herramientas; como combustible se emplea principalmente carbón de madera. El carbón de piedra no es apropiado a causa del contenido de azufre; la madera fresca no proporciona calor suficiente y combustiona muy irregularmente. La temperatura se debe tomar aproximadamente con ayuda del color de recocido y es por esto que es insegura de valorar.

Partes de una fragua a carbón o fija 1 receptor de humo, 2 caldera, 3 ventilador, 4 paso del aire, 5 soporte, 6 toberas y palancas de escoria, 7 artesa extintora 1.2.2 Fragua a gas Desarrollada con un quemador que calienta el interior de la fragua a alta tempera en poco tiempo, ocupando poco espacio. Representa un concepto innovador, eficiente y práctico para: 

Templado de piezas.



Marcado de hacienda en caliente.



Herraje de caballos en caliente.



Fabricación de cuchillos.



Herraje de caballos en caliente



Eficiente en el uso de energía. Calienta muy rápido debido a su aislación térmica.

Componentes de fragua a gas Se recubren por un conjunto de aislantes manta térmica, fibra cerámica y ladrillo refractario; un tubo o conducto para inyección del gas con un quemador y llave para regular el caudal, manguera para conectar a garrafa de gas con un peso aproximado de 30 libras de propano según su uso.

Ventajas del uso de fragua a gas: 

Eficiente marcado.



Ubicación de la fragua próximo al lugar de trabajo



Asegura un calentado de la marca al rojo vivo más rápido.



Posibilidad de calentar varias marcas al mismo tiempo.

Desventajas con método tradicional: 

Recolectar los materiales (leña) en cantidad y calidad adecuada para producir un fuego capaz de calentar varias marcas a temperatura alta para realizar un buen trabajo, generalmente la yerra se realiza con bajas temperaturas y en muchos casos alta humedad lo que dificulta el correcto calentamiento de las marcas lo que deviene en un mal marcado que con el correr del tiempo se muestra ilegible por falta de temperatura del hierro y luego hay que remarcar.



Mano de obra y logística para preparar y operar el fuego.

1.3 Funcionamiento y usos. Una fragua artesanal comporta un hogar de fuego utilizada para traer el metal (generalmente hierro o acero) a una temperatura a la cual acontece maleable (cuando es rojo) o bien a una temperatura donde el endurecimiento cesa de aumentar.

El calor para calentar se obtiene por combustión de un combustible (carbón, gas, aceites) y de un comburente, la fragua tiene que estar dotada de un sistema de insuflación de aire (p.e.-la trompa de agua de la fragua catalana) o de un fuelle accionado manualmente (a las fraguas primitivas). Existen igualmente pequeñas fraguas de inducción eléctrica. Antiguamente la técnica era ejecutada a golpes de martillo. El metal, era calentado en el fogón, cogido con la ayuda de unas tenazas de fogón y sobre el yunque donde era golpeado por el herrero. Las herramientas a disposición del herrero son pinzas, martillos, masas, tijeras, punzones, tenazas, cepillos, zarpas y otras herramientas para trabajar el metal. El herrero es capaz de fabricar él mismo sus propias herramientas según sus necesidades. Materiales utilizados: hierro, acero, bronce, etc. Comporta igualmente una donde varios yunques y un barreño de agua empleado para enfriar rápidamente el hierro al rojo vivo, y así templar (endurecer) la pieza forjada. En el caso de objetos producidos en serie, se utilizan matrices. Una vez obtenida la forma final, la pieza es generalmente sometida a tratamientos térmicos permitiendo controlar el endurecimiento o el revenido de la pieza en función de su uso.

Los trabajos más comunes que se hacen a una fragua, son:  Dirigir o allanar piezas deformadas.  Estirar piezas: A partir de un material de ciertas dimensiones, este es adelgazado a golpes.  Remachar: Consiste a hacer cabezas en la punta de objetos o en unir piezas por medio de remaches.  Agujerear: Hacer agujeros de medidas considerables, con ayuda de punzones o moldes simples.  Doblar: Conformar una pieza en ángulo.  Curvar: Convertir una pieza recta, en una curva. Por ejemplo, una herradura de caballo.  Soldar: Antiguamente para soldar dos piezas, se calentaban juntas hasta temperaturas suficientemente altas porque volvieran el metal pastoso. Se juntaban sobre el yunque y se golpeaban suavemente fin que quedaban soldadas.  Tratar: Se llama así al proceso de proporcionar al material mejores características físicas y/o químicas mediante calentamiento, cambiando su estructura cristalina. 1.4 TRATAMIENTOS TERMICOS EN ACEROS FORJADOS 1. Recocido Llamamos recocido al tratamiento térmico cuyo objetivo principal es el ablandamiento del acero. Existen diferentes tipos de recocidos, en los que también se desea regenerar la estructura o eliminar tensiones internas. Consisten en calentamientos a temperaturas adecuadas, seguidos generalmente de enfriamientos lentos. Las diferentes clases de recocidos que se emplean en la industria se pueden clasificar en tres grupos:

1. Recocidos de austenización completa 2. Recocidos subcríticos 3. recocidos de austenización incompleta.

PONER EN EL PIE DE IMAGEN AGRADECIMIENTOS LABORATORIO DE FROJA DE TOLEDO, ESPAÑA 2. recocido de austenización completa o de regeneración: En este caso el calentamiento se hace a una temperatura ligeramente mas elevada que la critica superior (nos aseguramos la austenización completa de su estructura) y luego el material se enfría muy lentamente. Sirve para ablandar el acero y regenerar su estructura.

3. recocido subcrítico: El calentamiento se hace por debajo de la temperatura crítica inferior (antes de que comience la austenización del acero), no teniendo tanta importancia como en el caso anterior la velocidad de enfriamiento, pudiendo incluso enfriarse el acero al aire sin que se endurezca. Por medio de este tratamiento se eliminan tensiones del material y aumenta su ductibilidad. Podemos distinguir tres clases de recocidos subcríticos:

3.1. recocido subcrítico de ablandamiento: Su objetivo es ablandar el acero por un procedimiento rápido y económico. Con este tratamiento no conseguimos las menores durezas, pero en muchos casos puede ser suficientes para mecanizar

perfectamente el acero. El proceso consiste en calentar el acero hasta una temperatura, que siendo inferior a la crítica (por debajo del punto de austenización), sea lo más elevada posible y luego enfriar al aire. Si deseamos realizar un recocido rápido para ablandar en poco tiempo un acero de herramientas (de 0.50% a 1.40%C) y de baja aleación, pero sin tener gran interés en que la dureza que se obtenga sea la mínima que se puede alcanzar, se puede realizar un recocido subcrítico a 680ºC y enfriar luego al aire. En algunos aceros de herramientas y aceros de construcción de alta aleación, después de este tratamiento, suelen ser algunas veces demasiado elevadas para el mecanizado.

3.2. recocido subcrítico contra acritud: Se efectúa a temperaturas de 550º A 650ºC, y tiene por objeto, principalmente aumentar la ductibilidad de los aceros de poco contenido de carbono (menos del 0.40%C) estirados en frío. Con el calentamiento a esa temperatura la cristalización alargada de la ferrita se va transformando en nuevos cristales poliédricos más dúctiles que los primeros, que permiten estirar o laminar nuevamente el material sin dificultad. El enfriamiento se suele hacer al aire. Podemos realizar este tratamiento cuando trabajamos la chapa en frío y se va endureciendo por acritud.

3.3. recocido subcrítico globular: En ocasiones para obtener en los aceros al carbono y de baja aleación una estructura globular de muy baja dureza, en cierto modo parecida a la que se obtiene en el recocido globular de austenización incompleta, se les somete a los aceros a un calentamiento a temperaturas inferiores pero muy próximas a la crítica, debiendo luego enfriarse el acero lentamente en el horno. 4. recocido de austenización incompleta (globulización): Son tratamientos que se suelen dar a los aceros al carbono (0.50% – 1.40% de carbono) o aleados, para ablandarlos y mejorar su maquinabilidad. Consiste en calentamientos prolongados a temperaturas intermedias entre la crítica superior e inferior, seguidos siempre de un enfriamiento lento. El fin que se consigue es el de obtener la menor dureza posible y una estructura microscópica favorable para el mecanizado de las piezas.

A veces se hace el recocido empleando un ciclo oscilante de temperaturas superiores y otras inferiores al punto de inicio de la transformación de la austenita, denominándose recocido globular oscilante. Otras veces se emplean temperaturas ligeramente superiores al punto del comienzo de la austenización, lo denominamos recocido globular de austenización incompleta. Podemos realizar este tratamiento para la globulización de la cementita mejorando la tenacidad de nuestras herramientas después del temple y sobre todo menos deformaciones durante el temple, con lo que el riesgo de aparición de grietas se reduce. Calentamos a herramienta a 780ºC entre 1-6 horas, el enfriamiento hasta los 600ºC debe ser muy lento, del orden de 20ºC/hora. A partir de los 600ºC podemos enfriarla al aire. En los aceros de menos de 0.80%C es más difícil obtener estructuras globulares. Se deben tomar medidas para reducir la descarburización del acero al carbono de herramientas, cuidando la naturaleza de la atmósfera del horno. En el recocido debemos controlar la atmosfera, que debe ser ligeramente reductora. Se recomienda recocer en cajas cerradas llenas con carbón vegetal bien seco o virutas de fundición. Cuando se desean obtener durezas muy bajas podemos realizar un DOBLE RECOCIDO, primero uno de regeneración y luego uno subcrítico. 5. Normalizado Es un tratamiento térmico que sirve para afinar la estructura y eliminar las tensiones que suelen aparecer en la forja, y sobre todo después de ciertos sobrecalentamientos o enfriamientos en malas

condiciones. Aunque también lo usamos siempre que se quiera eliminar los efectos de cualquier tratamiento térmico anterior. Es un tratamiento importante para los aceros como preparación para el temple, homogeneizando su estructura en toda la pieza después del forjado, y eliminando los efectos del sobrecalentamiento en el crecimiento del tamaño de grano.

PIE DE IMAGENEfecto de la temperatura en el crecimiento del tamaño de grano. El acero sobrecalentado lo podemos recuperar mediante el normalizado. El acero quemado ya no tiene regeneración posible. Cuando tenemos un acero con grano grueso, para afinarlo, basta con calentarlo a una temperatura lo más justo por encima de la temperatura crítica (austenización completa) y dejarlo que se enfríe al aire. En el enfriamiento al aire los granos de austenita se transforman en otros más pequeños de ferrita, perlita o cementita según su composición. Cuando los cristales son muy grandes, para afinarlos se recomienda varias regeneraciones sucesivas. La primera a temperatura bastante superior a la crítica, pues entonces los átomos que constituyen el acero tienen mayor movilidad y es más fácil dividir la grosera cristalización inicial y homogeneizar la masa del acero, y luego se hacen otras regeneraciones a temperaturas más bajas y más próximas a la temperatura crítica, que son las que en realidad afinan el grano. Después de realizar herramientas de corte soldadas a la calda (calentar el metal), es importante afinar el grano antes de realizar el temple si queremos obtener una herramienta con buenas propiedades mecánicas. Una de las principales ventajas de forjar una herramienta de corte o un cuchillo es que afinamos el grano o, mejor dicho, en realidad lo que conseguimos es deformar ese grano. Comprimimos el grano y lo alargamos en dirección longitudinal de la hoja. Cuando hacemos un normalizado lo que hacemos es homogeneizar toda la estructura, esto no quiere decir que nos aumente el tamaño de grano (siempre que no nos pasemos de la temperatura de normalizado). Todo lo contrario, de esos granos finos y alargados, conseguiremos un mayor número de granos más pequeños al comenzar la austenización. Un grano fino va a tener mayor tenacidad que un grano grueso. Cuando forjamos en muchos casos sobrecalentamos el acero, y cuando caldamos mucho más (un grano grueso tiene baja tenacidad). También unas partes se calientan más que otras, se enfrían antes por el contacto con el yunque y nunca tenemos una estructura homogénea en la hoja. Por lo que es recomendable realizar el normalizado para homogeneizar toda la estructura y conseguir mejores propiedades mecánicas después del Temple. En el caso de aceros hipereutécticos (más de 0.8%C), es mejor realizar un Recocido de globulización, de esta manera obtenemos un cementita globular,

obteniendo más tenacidad. La dureza nos la da el temple y con el revenido le quitamos esa fragilidad. Teóricamente es el tratamiento típico para la preparación de la estructura antes del temple de los aceros al carbono de construcción de 0.15% a 0.4% C y aceros al carbono de herramientas de hasta 0.7 -0.8% C. para los aceros de más carbono y aceros aleados hay otros tratamientos como el recocido de globulización para preparar mejor la estructura para el temple para los aceros de herramientas de geometría más complicada para evitar grietas. Pero estos tratamientos se realizan en hornos. En la mayoría de los casos podemos realizar el normalizado como preparación de la herramienta para el temple.

5.1. Proceso de normalizado: Consiste en calentar el acero 50ºC por encima de la temperatura crítica superior, asegurándonos la austenización completa de toda su estructura, mantenerlo hasta que la temperatura llegue al interior, sacarlo de la fragua y dejar enfriar al aire.

5.2. Punto crítico y sobrecalentamiento El acero lo sobrecalentamos cuando nos pasamos de la temperatura de forja. El grano crece mucho y disminuye mucho la tenacidad. El sobrecalentamiento lo podemos corregir con el normalizado o el Recocido. Cuando caldamos, lo sobrecalentamos, pero podemos recuperar sus propiedades mecánicas siempre que no lo hayamos quemado. Cuando tenemos el acero en la fragua y se nos quema salen chispas parecidas a las del esmeril. Los herreros antiguos decían que se van los espíritus del acero…ya no podemos recuperarlo, al no ser que sea superficial, que lo podemos eliminar desbastando. Sabemos que se nos quema cuando al forjarlo se nos rompe como un cristal. Cuanto más carbono tenga el acero el punto de fusión es menor y más baja es temperatura a la que se quema. 6. Temple Llamamos “acero templado” al acero que le hemos realizado un tratamiento térmico de endurecimiento, mejorando las propiedades mecánicas de nuestras herramientas, aumentando la resistencia mecánica y dureza, pero también su fragilidad. Entendemos por temple el enfriamiento brusco del acero.

Ya hemos comentado la importancia de la austenización en los tratamientos térmicos. Ahora vamos a ver cómo vamos a aprovechar ese cambio de la microestructura del acero con la temperatura (material alotrópico) en el cual todos los átomos de carbono están repartidos y solubilizados en toda la estructura de austenita. Si calentamos un acero por encima de su punto de austenización, donde la estructura cristalina que tenía a temperatura ambiente se modifica, formando cristales sólo de austenita, y lo enfriamos lentamente, la austenita se transforma en otras estructuras como la perlita y cementita o ferrita dependiendo de su porcentaje de carbono. Pero si calentamos una barra de acero de pequeño espesor a la temperatura de austenización, asegurándonos su completa austenización y lo enfriamos rápidamente en agua, los cristales de austenita no tienen tiempo de transformarse en perlita, ni cementita, ni ferrita; obteniendo una nueva estructura en forma de agujas denominada martensita, y en algunos casos con cristales de austenita retenida que no le ha dado tiempo a transformarse.

6.1. La martensita es el constituyente típico de los aceros templados. Es el constituyente típico de los aceros templados. Se podría decir que es una solución sólida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en el HIERRO ALFA, y se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde alta temperatura. Después de los carburos (de los aceros aleados) y el carburo de hierro o CEMENTITA, es el constituyente más duro de los aceros. Presenta un aspecto acicular en forma de agujas en zigzag con ángulos de 60º

Si la barra es de mayor espesor, la austenizamos y la enfriamos igualmente rápidamente, aparecerán de la periferia al centro los constituyentes típicos de los aceros templados como son: la martensita y la austenita, pero al enfriarse más lentamente el núcleo aparecen también otras estructuras más blandas similares a la perlita.

Teóricamente, en el temple, debemos austenizar completamente el acero en el momento de comenzar el enfriamiento (antiguamente los herreros antiguos lo denominaban temple suave, normalmente para aceros de hasta 0,77% de carbono). Si enfriamos todo el acero con rapidez (según su composición o el tamaño de la pieza), en un medio conveniente, agua, aceite, aire o sales. conseguiremos modificar sus propiedades mecánicas aumentando su dureza, pero también su fragilidad.

PONER COMO PIE DE IMAGENRepresentación gráfica del proceso de TEMPLE. 1° Calentamiento lento hasta la temperatura de temple. 2° Permanencia a temperatura de temple. 3° Enfriamiento rápido en función del acero. En herramientas, podemos realizar un temple duro con aceros de más de 0.77% de carbono (aceros hipereutectoides), obteniendo aún mayor dureza, Cuando en el temple se consigue una matriz de martensita con cierta cantidad de carburos embebidos la microestructura que corresponde a un calentamiento de austenización incompleta. De esta manera austenizamos casi todo el acero, pero mantenemos la cementita que es lo último que se transforma en austenita. tras el enfriamiento tendríamos una estructura muy dura de martensita, con una parte de cementita, que como ya

hemos comentado es el componente más duro de los aceros. en el caso de los aceros de herramientas aleados; tampoco suelen ser calentados casi nunca a austenización completa ni en el temple, ni en el recocido. Teóricamente como preparación de la microestructura para el temple, a estos aceros tampoco se les suele hacer un normalizado, obteniendo mejores propiedades mecánicas. Si conseguimos pequeños granos de cementita redondeada (cementita globular) antes de realizar el templado. para ello, podemos realizar un recocido globulización, pero para hacerlo correctamente es necesario un horno, por lo que en muchos casos se realiza un simple normalizado.

6.2. Proceso de temple: El proceso de calentamiento hasta la temperatura de TEMPLE es muy importante. El calentamiento debe ser lento hasta los 450-500ºC, a partir de esta temperatura podemos aumentar la velocidad de calentamiento hasta la temperatura de temple. Si la pieza es grande, el calentamiento debe ser lo más homogéneo posible en el exterior y en el núcleo de la pieza. Un gradiente alto de temperatura entre el exterior y el interior de la pieza provocaría grietas (que aparecerán durante o después del templado) debido a las dilataciones térmicas y los cambios de volumen que sufre el acero con las transformaciones de microestructuras. Una vez alcanzada la temperatura de temple, nos debemos asegurar la homogeneidad de la estructura en toda nuestra pieza todo austenita en el caso de aceros de menos de 0.77% de carbono (aceros hipoeutectoides) o austenita + cementita para los aceros de más de 0.77% de carbono (aceros hipereutectoides). debemos dar tiempo a que los átomos de carbono se distribuyan por toda la red cristalina que forma la austenita. como regla general, debemos sobrepasar 40ºc el punto de transformación a la austenita en los aceros hipoeutectoides (menos de 0.77% de carbono), y el tiempo de permanencia dependerá del tamaño de nuestra pieza y del tipo de acero. los aceros aleados son más refractarios, les cuesta más transmitir el calor y que sus átomos se desplacen, por lo que requieren tiempos de permanencia mayores. no debemos sobrepasar la temperatura de austenización o la estructura será más gruesa, evitando un exceso de temperatura que hace que el tamaño de grano aumente. sí sobrecalentamos el acero, puede que nuestra herramienta tenga dureza suficiente, pero la herramienta rompe con el uso por ser quebradiza, o incluso puede romper durante el temple. además, una estructura austenítica gruesa produce más deformaciones en el temple, mayores tensiones residuales y mayor peligro de agrietamiento. una herramienta con grano grueso tiene mas baja dureza y menor resistencia mecánica. El medio de enfriamiento junto con el tamaño y forma de las piezas, son factores que deciden la velocidad de enfriamiento en los tratamientos térmicos. Enfriando en agua salada muy agitada, se consiguen las mayores velocidades de enfriamiento, y enfriando las piezas en un horno, se obtienen las menores. Con enfriamientos en agua, aceite, al aire, en sale, se consiguen velocidades intermedias. Podemos elegir el medio que mejor cumpla las condiciones de enfriamiento que necesitemos dependiendo del tipo de acero. En el caso de piezas de gran volumen podemos realizar un temple interrumpido. una vez alcanzada la temperatura de temple, introducimos la pieza en agua hasta que deje de brillar (efecto de la capa de vapor que envuelve la pieza), o hasta que la pieza deja de “cantar”, es decir mientras produce un ruido especial característico, como un silbido. Inmediatamente que cesa el ruido se deben pasar las piezas, para terminar su enfriamiento a un baño de aceite a la temperatura ambiente donde terminará de enfriarse. La transformación de la austenita en martensita ocurre generalmente por debajo de los 350ºc.

Cuando la velocidad de enfriamiento es muy pequeña aparece perlita gruesa, luego perlita laminar fina y cuando la velocidad de enfriamiento es mayor, aparece otro denominado sorbita; al continuar aumentando la velocidad, aparece otro también duro, llamado trostita. Independientemente de los nombres de estas microestructuras, lo más importante es que la dureza ha ido aumentando paralelamente con los cambios de microestructura con los enfriamientos más rápidos, siendo máxima cuando el enfriamiento supera la velocidad crítica de temple y conseguimos una estructura martensítica. No en todos los casos nos interesa austenizar completamente el acero, pero para los aceros hipereutécticos (aceros con más de 0.77% de carbono) que están compuestos por perlita y cementita, nos podrá interesar calentar a temperatura por debajo de la austenización completa, de esta manera tendríamos austenita más parte de la cementita que todavía no se ha transformado en austenita. De tal modo que al enfriar rápidamente conseguimos una estructura martensítica con nódulos de cementita que nos aportan aún más dureza, pero menos tenacidad. Debido a la fragilidad del acero templado y a las tensiones internas producidas por los cambios de volumen de la estructura martensítica se debe realizar inmediatamente después del temple un tratamiento térmico de revenido. El acero templado es muy frágil y tiene muchas tensiones internas que hay que reducir mediante un calentamiento a más baja temperatura.

6.3. Carta de temperaturas para forjado y temple. Representa los diferentes colores del acero a diferentes temperaturas para determinar de forma visual si el acero esta dentro del rango de mínima y máxima temperatura de forja para templar y evitar quemar el acero, o no caldear el acero a la temperatura mínima para forjar..

7. Revenido El acero después del temple queda generalmente demasiado frágil. La fragilidad del acero templado se corrige por medio del revenido, que es un tratamiento que se realiza siempre después del temple y consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la temperatura de austenización, mantenerlo un tiempo determinado y enfriarlo al aire. El objetivo no es eliminar los efectos del temple, sino modificarlos. Sacrificamos dureza y resistencia mecánica tras el revenido, pero aumentamos la tenacidad. De esta manera aumentamos la energía de deformación antes de romperse nuestra herramienta (resistencia al impacto), disminuyendo su fragilidad. Eliminando también las tensiones internas que tienen los aceros templados tras el enfriamiento brusco.

PONER DE PIE DE PAGINAInfluencia de la temperatura de revenido de un acero de 0.4%C templado al agua a 810ºC con una dureza después del temple de 58 HRC. Observamos como vamos perdiendo dureza según aumentamos la temperatura de revenido

7.1. Proceso de revenido: Una vez templado el acero y enfriado, conviene realizar el revenido cuanto antes. Dependiendo de la aleación, del método de enfriamiento, de la geometría y del tamaño de la herramienta, nos pueden aparecer grietas durante el temple, o incluso muchas horas después. Por lo que trataremos de revenir nuestra herramienta después del temple, calentando la pieza que debe estar limpia y pulida para poder ver bien los colores del revenido. Es conveniente mantener la pieza a la temperatura de revenido para asegurarnos que la temperatura es homogénea en todo su volumen. No nos interesa que el núcleo quede frágil, por lo que debemos asegurar que la temperatura del revenido llega al núcleo de nuestra herramienta. Existe cierta relación entre las propiedades mecánicas obtenidas en un revenido a más alta temperatura y menos tiempo, que con más tiempo de revenido a más baja temperatura. Los herreros antiguos realizaban el revenido en la fragua, ahora si lo deseamos también podemos realizarlo en un horno. Personalmente me gusta más el revenido en la fragua, aunque está claro que con el horno podemos conseguir mayor precisión en los tratamientos térmicos, pero perdemos el conocimiento práctico que nos han dejado nuestros maestros.

7.2. ¿A que temperatura debo revenir mi herramienta? La temperatura de revenido ya sea para herramientas para trabajar el metal, la madera o la piedra, o cualquier tipo de herramienta de corte, depende de las propiedades mecánicas que deseemos obtener, del tipo de herramienta y uso, de su geometría y por supuesto del acero escogido. Los factores que rigen la cualidad del revenido son la temperatura y el tiempo. La velocidad de enfriamiento no influye para nada. 7.2.1.

Podemos englobar las herramientas y su temperatura de revenido en tres grupos:

1.- Herramientas de corte fino y duro que no actúen por choque. Las temperaturas están comprendidas entre los 220 y los 255ºC, que corresponden a los colores amarillo claro (220-230ºC), paja oscuro (240ºC) y marrón amarillento (255ºC). Este revenido disminuye muy poco la dureza y fragilidad. 2.- Herramientas cortantes que deban trabajar al choque o estén sometidas a impacto, recibir golpes o torsiones. Sus temperaturas están comprendidas entre los 265 y los 285ºC. Corresponde a los colores marrón rojizo (265ºC), purpura (275ºC) y violeta (285ºC). 3.- Herramientas de filo menos duro que deban ser muy tenaces. Las temperaturas están comprendidas entre los 295ºC correspondiente al azul oscuro o aciano, el azul claro a 315ºC y el gris azul grisáceo a los 330ºC.

7.3. Los colores del revenido Si la pieza está llena de oxido después del forjado y del templado, no podremos ver los colores del revenido. Una vez templada, es necesario realizar un limpiado mediante piedra de esmeril, lija o lima, cuanto más pulida la superficie mejor veremos los colores del revenido. Los colores que apreciamos durante el revenido son debidos al espesor de la capa de oxidación del material pulido. Si enfriamos, los colores del revenido se mantienen hasta que se vuelva a calentar la pieza.

7.4. Modificación de los constituyentes durante el revenido: Las variaciones en las propiedades mecánicas de los aceros que experimentan durante el revenido son debidas a cambios en la microestructura que consisten, principalmente, en la descomposición más o menos completa de la martensita en otros constituyentes más estables, por medio de la difusión del carbono a las temperaturas de revenido. Sin entrar en más detalle podemos decir que en revenidos a temperaturas inferiores a 300ºC, el porcentaje de carbono de la martensita baja hasta el 0.25%, bajando su dureza, pero que se compensa con la aparición de un carburo denominado épsilon. A más temperatura también van produciéndose otros microconstituyentes durante el revenido, pero lo que debemos tener en cuenta es que vamos perdiendo dureza cuanto más alta sea la temperatura de revenido.

Tipos de tratamientos térmicos con fraguas Los tratamiento térmicos mas usados en la producción de piezas por forja son: el templado y el revenido