• Author / Uploaded
• KELLY EPIA

Citation preview

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

PRESENTADO POR: Angie Vanessa Silva Manjarres Daniela Charry Perdomo Juan Diego Puentes

CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DEL HUILA “CORHUILA” INGENIERÍA INDUSTRIAL FACULTAD DE INGENIERÍA NEIVA-HUILA 2018 1

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

PRESENTADO POR: Angie Vanessa Silva Manjarres Daniela Charry Perdomo Juan Diego Puentes

ASIGNATURA: Procesos Industriales I

PRESENTADO A: Jorge Iván Perdomo Montealegre

CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DEL HUILA “CORHUILA” INGENIERÍA INDUSTRIAL FACULTAD DE INGENIERÍA NEIVA-HUILA 2018

2

INTRODUCCIÓN

En el proceso de formación de un Ingeniero Industrial, es muy importante el conocimiento de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales, ya que ésta proporciona las herramientas necesarias para comprender el comportamiento general de cualquier material, lo cual es necesario a la hora de desarrollar adecuadamente diseños de componentes, sistemas y procesos industriales que sean confiables y económicos. Los Tratamientos Térmicos son una herramienta muy utilizada para la obtención de propiedades mecánicas necesarias en determinados procesos de producción, se usan principalmente para mejorar las propiedades de un metal y a través de la historia ha sido de gran ayuda este tratamiento para la creación de herramientas que ayuden a mejorar la calidad de vida del hombre. Es por eso que, a través del presente trabajo, los procesos industriales de tratamientos térmicos, como temple, revenido, recocido entre otros, se estudiaran y detallaran desde sus inicios hasta la actualidad, y así llegar a tener un conocimiento básico en cuanto a estos procesos fundamentales en la ingeniería industrial, y que el hombre ha utilizado desde tiempos antiguos para la obtención de herramientas y materiales que ayuden a su vida cotidiana.

3

TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 3 1.

OBJETIVOS ............................................................................................................................ 8

2.

RESEÑA HISTÓRICA DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS ....................................... 9

3.

¿QUÉ SON TRATAMIENTOS TÉRMICOS? ..................................................................... 10

4.

ETAPAS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO ...................................................................... 11

5.

HORNOS: .............................................................................................................................. 14

6.

TIPOS DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS: ....................................................................... 17 6.1 EL TEMPLE ....................................................................................................................... 17 6.1.1 MEDIOS DE ENFRIAMIENTO: .................................................................................... 18 6.1.1 TIPOS DE TEMPLE ........................................................................................................ 20 6.1.1.1 TEMPLE ESTRUCTURAL O MARTENSÍTICO: ................................................... 20 6.1.1.1.1 BENEFICIOS ............................................................................................................. 20 6.1.1.1.2 APLICACIONES ....................................................................................................... 21 DETALLES DEL PROCESO ................................................................................................... 22 6.1.1.2 TEMPLE POR PRECIPITACIÓN................................................................................ 23 Este se denomina así porque el endurecimiento se produce por la precipitación de un compuesto.................................................................................................................................. 23 6.1.2.1.1 BENEFICIOS ............................................................................................................. 23 6.1.2.1.2 APLICACIONES ....................................................................................................... 23 6.1.1.3 TEMPLE BAINITICO: ................................................................................................. 25 6.1.1.3.1 BENEFICIOS ............................................................................................................. 26 6.1.1.3.2 APLICACIONES ....................................................................................................... 26 6.1.1.3.3 DETALLES DEL PROCESO .................................................................................... 26 6.1.1.3 TEMPLE CONTINUO COMPLETO: .......................................................................... 27 6.1.1.4 TEMPLE CONTINUO INCOMPLETO:...................................................................... 27 6.1.1.5 TEMPLE SUPERFICIAL O POR INDUCCIÓN: ........................................................ 27 6.1.1.5.1 BENEFICIOS ............................................................................................................. 27 6.1.1.5.2 APLICACIONES Y MATERIALES ......................................................................... 28 6.1.1.5.3 DETALLES DEL PROCESO .................................................................................... 28 6.1.1.5.4 MATERIALES PARA TEMPLE .............................................................................. 29 6.2. EL REVENIDO.................................................................................................................. 30 6.2.1 BENEFICIOS ................................................................................................................... 31 4

6.2.2 LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN EL REVENIDO SON LOS SIGUIENTES ... 32 6.2.3 DETALLES DEL PROCESO .......................................................................................... 32 6.2.4 TIPOS DE REVENIDO ................................................................................................... 33 6.3 EL RECOCIDO................................................................................................................... 34 6.3.1 APLICACIONES Y MATERIALES ............................................................................... 35 6.3.2 DIVISIÓN DEL RECOCIDO .......................................................................................... 35 6.3.3 CLASES DE RECOCIDO ............................................................................................... 36 6.3.4 BENEFICIOS ................................................................................................................... 37 6.4 NORMALIZADO ............................................................................................................... 37 6.4.1 BENEFICIOS ................................................................................................................... 38 6.4.2 APLICACIONES ............................................................................................................. 38 7. TRATAMIENTOS TERMOQUIMICOS. ................................................................................ 39 7.1 ETAPAS PARA LOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS ....................................... 39 7.2 7.2.1

TIPOS Y CARATERISTICAS ...................................................................................... 40 CEMENTACION: ...................................................................................................... 40

7.2.1.1 CEMENTACIÓN EN CARBURANTE SOLIDO ..................................................... 41 7.2.1.2 CEMENTACIÓN LIQUIDA ........................................................................................ 41 7.2.1.3 CEMENTACIÓN GASEOSA .................................................................................... 42 7.2.2 NITRURIZACION........................................................................................................... 42 7.2.2.1 NITRURACION LIQUIDA:......................................................................................... 43 7.2.2.2 NITRURACIÓN IÓNICA: ........................................................................................... 43 7.2.2.3 NITRURACION GASEOSA: ....................................................................................... 43 7.2.2.4 ACEROS PARA NITRURACIÓN ............................................................................... 44 7.2.3 CIANURACION .............................................................................................................. 44 7.2.4 CARBONITRURACION................................................................................................. 46 8. LIMPIEZA Y TRATAMIENTOS SUPERFICIALES: ............................................................ 49 9. LIMPIEZA Y TRATAMIENTOS SUPERFICIALES QUIMICOS. ....................................... 50 9.1 LIMPIEZA QUIMICA CON SOLVENTES. ..................................................................... 51 9.2 LIMPIEZA ALCALINA. .................................................................................................... 51 9.3 LIMPIEZA QUIMICA ELECTROLÍTICA........................................................................ 53 9.4 LIMPIEZA Y TRATAMIENTOS SUPERFICILAES MECANICOS. .............................. 54 9.4.1 ACABADO ...................................................................................................................... 54 5

9.4.2 ACABADO POR CHORRO DE ARENA (SANDBLASTING). ................................... 55 9.4.3 ACABADO POR CHORRO DE GRANALLA .............................................................. 57 10. ELEMENTOS DE PROTECCION PERSONAL................................................................... 58 11. CONCLUSIONES .................................................................................................................. 64 12. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 65

6

TABLA DE ÍNDICE Ilustración 1/DIAGRAMA HIERRO-CARBONO....................................................................... 11 Ilustración 2/ETAPAS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO ........................................................ 12 Ilustración 3/DIAGRAMAS DE CAMBIOS DE FASE .............................................................. 13 Ilustración 4/HORNO INTERMITENTE ..................................................................................... 15 Ilustración 5/HORNO INDUSTRIAL .......................................................................................... 16 Ilustración 6/HORNO CONTINUO ............................................................................................. 16 Ilustración 7/PROCESO DE REVENIDO.................................................................................... 31 Ilustración 8/PROCESO DE REVENIDO.................................................................................... 35 Ilustración 9/GUANTES DE CARNAZA .................................................................................... 59 Ilustración 10/DELANTAL DE CUERO TERMO PROTECTOR .............................................. 59 Ilustración 11/CARETA PARA GASES Y VAPORES ............................................................... 60 Ilustración 12/PINZAS PARA INGRESAR Y RETIRAR LA PIEZA ........................................ 60

7

1.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL 

Estudiar a profundidad, entender y saber diferenciar de los distintos tratamientos térmicos que son utilizados actualmente en las industrias manufactureras, como se realizan los procesos, sus características y funcionalidades.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Estudiar la historia e inicios de lo que actualmente conocemos como tratamientos térmicos.



Entender y profundizar acerca de los diferentes procesos como el temple, revenido, recocido y normalizado.



Conocer las características y los diferentes tipos de tratamientos termoquímicos.



Identificar el proceso de un tratamiento térmico y las principales herramientas necesarias para dicho proceso, como herramientas y EPP.

8

2.

RESEÑA HISTÓRICA DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Los griegos descubrieron hacia el 1000 AC una técnica para endurecer las armas de hierro mediante un tratamiento térmico. Todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV después de Cristo, se clasifican en la actualidad como hierro forjado. Para obtener estas aleaciones, se calentaba en un horno una masa de mineral de hierro y carbón vegetal. Mediante este tratamiento se reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro llena de escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta masa esponjosa se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para eliminar la escoria y darle una determinada forma. El hierro que se producía en estas condiciones solía tener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En algunas ocasiones, y por error, solían producir autentico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro acabaron por aprender a fabricar acero, calentando hierro forjado y carbón vegetal en un recipiente de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero. Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos empleados para fundir. En estos hornos, el mineral de hierro de la parte superior se convertía en hierro metálico y a continuación absorbía más carbono debido a los gases que lo atravesaban. Como resultado daba arrabio, un metal que funde a temperatura menor que el hierro y el acero. Posteriormente se refinaba el arrabio para obtener acero. En la producción moderna de acero se emplean altos hornos que son modelos perfeccionados de los que se usaban antiguamente. El arrabio se refina mediante chorros de aire. Este invento de debe a un británico llamado Henry Bessemer, que en 1855 desarrollo este inventó. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los sólidos cerámicos.

9

3.

¿QUÉ SON TRATAMIENTOS TÉRMICOS?

Los tratamientos térmicos involucran varios procesos de calentamiento y enfriamiento para efectuar cambios estructurales en un material, los cuales modifican sus propiedades mecánicas. El objetivo de los tratamientos térmicos es proporcionar a los materiales unas propiedades específicas adecuadas para su conformación o uso final. No modifican la composición química de los materiales, pero si otros factores tales como los constituyentes estructurales y la granulometría, y como consecuencia las propiedades mecánicas. Se pueden realizar Tratamientos Térmicos sobre una parte o la totalidad de la pieza en uno o varios pasos de la secuencia de manufactura. En algunos casos, el tratamiento se aplica antes del proceso de formado (recocido para ablandar el metal y ayudar a formarlo más fácilmente mientras se encuentra caliente). Finalmente, se puede realizar al final de la secuencia de manufactura para lograr resistencia y fuerza. El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas - mecánicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecidos. Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el diagrama hierro carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. 10

Ilustración 1/DIAGRAMA HIERRO-CARBONO

4.

ETAPAS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO

Un tratamiento térmico consta de tres etapas: 1. CALENTAMIENTO: La elevación de la temperatura debe ser uniforme al tamaño de la pieza, por lo que cuando se calienta una pieza o se hace subir la temperatura muy lentamente o se va mantener un tiempo a las temperaturas intermedias, antes del paso por los puntos críticos, este es el último calentamiento escalonado. 2. PERMANENCIA A LA TEMPERATURA FIJADA: El tiempo de permanencia a alta temperatura debe ser suficiente no solo para conseguir igualar la temperatura en toda la pieza si no para lograr sus máximas uniformidades. 3. ENFRIAMIENTO: La etapa del enfriamiento es una de las más cruciales siendo la que diferencia los tratamientos térmicos habituales y debe ser estrictamente necesaria para El tratamiento térmico se hace por lo general en aceros, fundiciones y cerámicos. 11

Ilustración 2/ETAPAS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO

Principalmente se aplica en los aceros, pero en si al realizar un tratamiento térmico al material lo que se busca es: 

Una estructura de mejor dureza y maquinabilidad.



Eliminar tensiones internas y evitar deformaciones después del mecanizado.



Estructura más homogénea.



Máxima dureza y resistencia posible.



Variar algunas de las propiedades físicas. Ya que este tipo de procesos como se dijo anteriormente consiste en el calentamiento y

enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecidos.

12

Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro – carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. El tiempo y la temperatura son los factores principales y hay que fijarlos siempre de antemano, de acuerdo con la composición del acero, la forma y el tamaño de las piezas y las características que se desean obtener. (Barreiro, 2000).

Ilustración 3/DIAGRAMAS DE CAMBIOS DE FASE

Los procedimientos en los tratamientos térmicos son muy numerosos y variados según el fin que se pretende conseguir. La gran cantidad de tratamientos térmicos, las distintas aleaciones y sus reacciones y las diferentes exigencias técnicas requieren soluciones y conocimientos profundos de la materia. El tratamiento térmico pretende endurecer o ablandar, eliminar las consecuencias de un mecanizado, modificar la estructura cristalina o modificar total o parcialmente las características mecánicas del material. Podemos distinguir dos razones principales para efectuar tratamientos térmicos en los cuales se pretende conseguir un endurecimiento (temple) o un ablandamiento (recocido). (Bautermic, S.A, 2002)

13

5.

HORNOS:

Los tratamientos térmicos se aplican en las diferentes industrias con el objetivo de cambiar o agregar propiedades a ciertas piezas; cuando hablamos de estos tratamientos aplicados a los metales, se involucran varios procesos de calentamiento alternados con otros de enfriamiento, con lo que se puede modificar la resistencia, dureza o ductilidad, entre otras características de los metales, por lo que se aplican estos tratamientos antes del proceso de formado para ablandarlos y darles forma con mayor facilidad antes de meterlos en un horno industrial para los diferentes fines que la industria puede tener. En ocasiones estos tratamientos térmicos se utilizan para aliviar los efectos del endurecimiento por deformación, los cuales ocurren durante el formado de los metales, y que se pueden destinar para una deformación posterior; del mismo modo, se pueden aplicar estos tratamientos para brindar al metal la resistencia y la dureza necesarias para el producto. Para atender las distintas necesidades de calor que plantean los diferentes tipos de tratamiento térmico se han desarrollado una gran variedad de máquinas generadoras de calor Una clasificación básica de los hornos es dividirlos en hornos intermitentes y hornos continuos. TIPOS DE HORNOS: A. HORNOS INTERMITENTES: Los hornos intermitentes son soluciones versátiles con una gama que incluye desde pequeños hornos de capacidad hasta 140m³ - dentro de nuestro portfolio. Las distintas áreas de uso de hornos de este tipo incluyen: arcilla roja, porcelana, loza sanitaria, loza de barro o de gres, cerámicas técnicas y refractarios utilizando temperaturas de hasta 1800°C. Gracias al aislamiento utilizado, especialmente de fibra de cerámica, son equipos con gran flexibilidad, permitiendo ciclos más cortos o más largos, en función de los productos a cocer. El alto nivel tecnológico alcanzado en el diseño y el aislamiento y el uso de sistemas de combustión y un control más preciso, nos permiten construir hornos de cualquier capacidad. En función de su capacidad y aplicación, diversos tipos de puertas pueden ser instaladas, con apertura automática o manual, de acuerdo a las necesidades de cada cliente. 14

También existe la posibilidad de aplicar a los sistemas de hornos más grandes, sistemas semiautomáticos o completamente automáticos de circulación de vagonetas.

Ilustración 4/HORNO INTERMITENTE B. HORNOS CONTINUOS: Se llama horno continuo al horno que tiene la forma de un tronco de cono cuya boca o apertura superior es de unos cuatro metros de diámetro y de profundidad. El horno se enciende por la parte inferior en donde hay una cavidad cilíndrica del mismo diámetro que la base menor del tronco del cono cuya parte cilíndrica tiene tres aberturas laterales. La carga se compone de capas alternas de hulla seca y piedra quebrantada. Con preferencia se emplean hornos continuos en que el combustible no está mezclado con la piedra. El interior de estos hornos está formado por dos cavidades troncocónicas unidas por su base mayor cuya altura total es de ocho a diez metros. En la parte más baja hay dos o tres hogares laterales donde puede quemarse leña, hulla o turba. Los gases que proceden de la combustión van por unos conductos que desembocan dentro del horno a 1,5 metros sobre el suelo del mismo. Además, hay otra abertura comunicando con la parte más baja del horno que sirve para descargar la cal haciéndola resbalar sobre un plano inclinado cuyo punto más bajo está a nivel del suelo.

15

Ilustración 6/HORNO CONTINUO C. HORNO INDUSTRIAL: Los hornos industriales se utilizan para el calentamiento de piezas colocadas en su interior, muy por encima de su temperatura ambiente, con el objetivo de fundir o ablandar los metales para una operación posterior, pero también para añadirle ciertas propiedades y recubrir piezas con otros elementos, procesos que requieren temperaturas elevadas, que pueden alcanzar los 500° C. A través de un horno industrial se puede proporcionar el calor de diferentes formas, como el proceso de combustión por medio del uso de gases calientes, combustibles sólidos o líquidos, que producen una llama y que calientan a las piezas por contacto directo o indirecto a través de paredes o intercambiadores. También se pueden encontrar hornos eléctricos que forman por un arco voltaico de corriente alterna o continua, por inducción electromagnética, por microondas o por alta frecuencia; en estos hornos se colocan resistencias eléctricas que se calientan por efecto Joule y que ceden calor a la carga a través de las distintas formas para transmitir calor. Por su parte, los hornos que se utilizan para fundir los metales y dar origen a las diferentes aleaciones pueden ser desde pequeños hornos de crisol en los que se pueden fundir unos cuantos kilos de acero hasta hornos de gran tamaño y magnitud, en los que pueden fundirse hasta 200 toneladas de metal.

Ilustración 5/HORNO INDUSTRIAL

16

6.

TIPOS DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS:

6.1 EL TEMPLE El templado es una técnica antigua. El ejemplo más antiguo conocido de martensita revenida es una piqueta que se encontró en Galilea, que data de alrededor de 1200 a 1100 antes de Cristo. El proceso se utilizó en todo el mundo antiguo, desde Asia hasta Europa y África. Se han probado muchos métodos de revenido y enfriado, desde el empleo de orina o sangre y metales como mercurio y plomo, pero el proceso de templado se ha mantenido relativamente sin cambios a través del tiempo. EL templado se confunde a menudo con revenido, a menudo, el término se utiliza para describir las dos técnicas. En 1889, Sir William Chandler Roberts-Austen escribió: "Todavía hay mucha confusión entre las palabras "temple","templado", y el "endurecido" incluso en los escritos de las eminentes autoridades, por lo que es bueno mantener estas viejas definiciones muy en cuenta. Por eso el temple actualmente consiste en calentar el acero a una temperatura determinada por encima de su punto de transformación para lograr una estructura cristalina determinada (estructura austenítico), luego se procede al mantenimiento de la temperatura conforme al tipo de acero y al tamaño de la pieza de trabajo.(1/4 o 1/5 del tiempo de calentamiento), seguido de un enfriamiento rápido con una velocidad superior a la crítica, que depende de la composición del acero, para lograr una estructura austenítico, martensítica o bainítica, que proporcionan a los aceros una dureza elevada. Para conseguir un enfriamiento rápido se introduce el acero en agua, aceite, sales o bien se efectúa el enfriamiento con aire o gases. La velocidad de enfriamiento depende de las características de los aceros y de los resultados que se pretenden obtener. En casos determinados se interrumpe el enfriamiento en campos de temperatura comprendidos entre 180-500 ºC., alcanzándose de esta manera un temple con el mínimo de variación en las dimensiones de las piezas, un mínimo riesgo de deformación y consiguiéndose durezas y resistencias determinadas, de acuerdo con las estructuras cristalinas en lo que se refiere a austenita, martensita o bainita.

17

Los procedimientos de temple descritos se refieren a un temple total del material, otros tratamientos permiten una más amplia variación de las características añadiendo carbono o nitrógeno a la superficie de las piezas. En el temple, es muy importante la fase de enfriamiento y la velocidad alta del mismo, además, la temperatura para el calentamiento óptimo debe ser siempre superior a la crítica para poder obtener de esta forma la Martensita. Existen varios tipos de Temple, clasificados en función del resultado que se quiera obtener y en función de la propiedad que presentan casi todos los aceros, llamada Templabilidad (capacidad a la penetración del temple), que a su vez depende, fundamentalmente, del diámetro o espesor de la pieza y de la calidad del acero. Los factores que influyen en la práctica del temple son: 

El tamaño de la pieza: cuanto más espesor tenga la pieza más hay que aumentar el ciclo de duración del proceso de calentamiento y de enfriamiento.



La composición química del acero: en general los elementos de aleación facilitan el temple.



El tamaño del grano: influye principalmente en la velocidad crítica del temple, tiene mayor templabilidad el de grano grueso.

6.1.1 MEDIOS DE ENFRIAMIENTO:

El más adecuado para templar un acero es aquel que consiga una velocidad de temple ligeramente superior a la crítica. Los medios más utilizados son: 

AGUA: En el temple en agua cuando la zona exterior de la pieza se ha transformado en martensita, en la zona interna no se ha iniciado todavía la transformación. El retraso es notable y así surgen tensiones internas fuertes con peligro de deformación o rotura. Generalmente es utilizado en aceros al carbono. Enfría con alta velocidad crítica de temple siendo inconveniente en la zona de transformación martensítica.



ACEITES: En el temple en aceite cuando en el exterior se completa la formación de martensita, en el interior se ha iniciado ya dicha transformación. El retraso es menor en el caso anterior y por lo tanto las tensiones internas también lo serán con menos peligro de

18

deformaciones. Este medio tiene la ventaja de que es casi insensible al cambio de temperatura por lo que el temple se realiza del mismo modo a cualquier temperatura. 

SALES Y METALES FUNDIDOS: Durante el temple en sales la temperatura se distribuye uniformemente en la pieza con lo que tanto la parte exterior como la interior pasan por el intervalo martensítico casi al mismo tiempo. De este modo las tensiones internas se reducen al mínimo.



AIRE: Cuando el temple es al aire, la velocidad de enfriamiento es muy pequeña y la temperatura interior y exterior tienden a equilibrarse.

Todos los aceros aleados, como regla, se templan en aceite o al aire y sólo en casos especiales en agua, ya que el temple de éstos en este medio conduce a la aparición de grietas y deformaciones. Entre uno de los factores que influyen en el proceso del templado de los aceros, se tiene que tener muy en cuenta la composición química del acero, especialmente el porcentaje de carbono presente en el material, puesto que el porcentaje de carbono determina si el material puede ser templado o no. A continuación tenemos una tabla la cual muestra desde los porcentajes de carbono necesarios hasta las temperaturas de acuerdo a la cantidad de carbono del material. CONTENIDO DE CARBONO EN

0,5

0,6

0,7

0,8

1,0

1,5

830

815

800

780

770

770

PORCENTAJE TEMPERATURA DE TEMPLE EN GRADOS CELSIUS Tabla N° 1 (tabla de porcentajes de carbono) Según (Aalberts Industries) cuando un acero presenta un alto contenido de carbono, se estima que sobre el 0,35 % de carbono, puede ser templable, si presenta un bajo contenido de carbono es decir por debajo de dicha cifra, el material no es apto para ser templado. CONTENIDO DE

Sobre 0,35%

CARBONO

Bajo 0,35%

-Templable -No Templable

Tabla N° 2 (tabla de condición de templable y no templable) Actualmente en la industria el temple se puede clasificar de diferentes maneras, ya sea por su tipo de enfriamiento, calentamiento, proceso, o por el resultado deseado. A continuación, 19

clasificaremos el temple en los tipos más comunes y más usados actualmente, como el temple martinsitico, por precipitación, bainitico y superficial. 6.1.1 TIPOS DE TEMPLE 6.1.1.1 TEMPLE ESTRUCTURAL O MARTENSÍTICO:

El nombre de temple martensítico, se deriva debido a que se efectúa el calentamiento del acero hasta obtener una estructura austenítica a partir de la cual mediante un enfriamiento rápido se obtiene una estructura martensítico. El proceso como tal, es de calentamiento, mantenimiento de temperatura y enfriamiento rápido. Según (Hornos industriales LTDA, s.f.) los detalles del proceso de temple martinsitico son: 1. El primer paso permite calentar en etapas hasta la temperatura de temple, que está según el tipo de acero, entre los 800 y los 1.220 °C. A una temperatura de entre 730 y 900 °C (dependiendo del tipo de acero), se produce una transformación de la microestructura en la austenita. 2. El segundo paso consiste en mantener a esta temperatura de temple y austenización, para igualar la temperatura de las piezas y transformar la microestructura en austenita. NB: esto aporta una reducción en el volumen específico. 3. El tercer paso consiste en enfriar la pieza directamente desde la temperatura de austenización, en un medio frío. Este tipo de medio de enfriamiento es normalmente agua, sal líquida, aceite o nitrógeno a alta presión, dependiendo del tipo de acero y de las dimensiones de la pieza. La velocidad de enfriamiento debe ser lo suficientemente alta para evitar que el material regrese a la estructura blanda original. 6.1.1.1.1 BENEFICIOS Agrietamiento reducido gracias a la tensión térmica. Reducción de la tensión residual en la sección enfriada de la pieza para piezas con geometría, tamaño o peso variables. Dependiendo del tipo de acero, el temple neutro aporta varias ventajas tales como:

20



Las piezas pesadas pueden obtener una combinación óptima de gran resistencia, solidez y, en su caso, resistencia a la temperatura.



Gracias a un grado superior de resistencia, es posible aligerar el peso y aumentar la rigidez de estas piezas.



Las herramientas y matrices obtienen la resistencia al desgaste y/o al calor necesario manteniendo la dureza.



Las piezas que deben rectificarse para reducir la rugosidad adquieren la capacidad de mecanización requerida.

Por todos estos motivos, si las piezas están fabricadas con aceros inoxidables martensíticos, la resistencia a la corrosión sólo se obtiene tras el tratamiento térmico 6.1.1.1.2 APLICACIONES Debido a que el temple martensítico reduce la tensión térmica residual, se utiliza para piezas con geometrías complejas, pesos distintos y cambios de sección. El temple martensítico se utiliza principalmente para minimizar la distorsión y eliminar la formación de grietas. Los aceros aleados son generalmente más adaptables al temple martensítico. En general, cualquier pieza de acero o de grado de acero que responda al enfriamiento rápido en aceite puede templarse martensíticamente para obtener propiedades físicas similares.

Los grados de acero que habitualmente se someten a temple martensítico y revenido para obtener una dureza completa son los siguientes: 

90Mn4 / 1.1273 / AISI 1090



42CrMo4 / 1.7225 / AISI 4140



100Cr6 / 1.3505 / SAE 52100



44SMn28 / 1.0762 / SAE 1144



50CrMo4 / 1.7228 / AISI 4150



34CrNiMo6 / 1.6511 / AISI 4340



43CrNiMo6 / 1.6582 / 300M, 4340M



46Cr2/ 1.7006 / AISI 4640



41Cr4/ 1.7035 / AISI5140 21



50CrV4 / 1.8159 / AISI 6150



30NiCrMo2 / 1.6545 / AISI 8630



40NiCrMo2 / 1.6546 / AISI 8740

Aceros de ingeniería: 

Las piezas con gran carga, como árboles de transmisión, barras de soporte, marcos, orquillas de carretillas elevadoras, tuercas y tornillos, argollas de izado, etc.



Piezas similares sometidas a temperaturas elevadas.



Muelles de cualquier tipo y dimensiones.



Herramientas: corte, martilleo, laminado, es decir: cualquier tipo de herramientas para trabajar tanto en frío como en caliente.



Matrices: corte, laminado, estampado y martilleo, así como fundición de plástico y aluminio y matrices de extrusión.

Piezas de acero inoxidable que requieren una gran resistencia a la corrosión (industria alimentaria y médica). DETALLES DEL PROCESO Las piezas con temple martensítico se someten a revenido del mismo modo que las piezas enfriadas convencionalmente. El acero se somete a temple martensítico y revenido mediante: 

Enfriamiento rápido en un medio fluido caliente, desde la temperatura de austenización a una temperatura superior a la del rango martensítico;



Mantenimiento en el medio de enfriamiento rápido hasta que la temperatura en todo el acero es sustancialmente uniforme.



Enfriamiento a una velocidad moderada, para evitar grandes diferencias entre el exterior y el centro de la sección.



Revenido convencional.

22

6.1.1.2 TEMPLE POR PRECIPITACIÓN

Este se denomina así porque el endurecimiento se produce por la precipitación de un compuesto químico o solución sólida. Mientras que en el temple anterior el endurecimiento era instantáneo, en el temple de precipitación la aleación va endureciéndose después del enfriamiento de forma progresiva. Muchas veces, es necesario acelerar el endurecimiento por calentamiento. Este comportamiento distinto se debe a que el constituyente obtenido al final del enfriamiento es el mismo que se había obtenido en el calentamiento, ya que no se ha tenido tiempo para que se realice la transformación debido a una velocidad de enfriamiento alta. Es después del enfriamiento cuando la aleación se va endureciendo por la precipitación progresiva del compuesto. La causa del endurecimiento por temple de precipitación estriba en que las partículas finas de precipitado constituyen obstáculos que se oponen al movimiento de dislocaciones. 6.1.2.1.1 BENEFICIOS Existe una gran multitud de aleaciones de acero inoxidable de fundición y forjado que pueden mejorar diversas características deseables mediante el tratamiento en solución o mediante el endurecimiento por envejecimiento de precipitación. Dichos tratamientos térmicos mejoran generalmente características tales como la resistencia mecánica a temperatura ambiente y/o a temperaturas elevadas y a la corrosión. Se mejoran generalmente características tales como la resistencia mecánica a temperatura ambiente y/o a temperaturas elevadas y a la corrosión. 6.1.2.1.2 APLICACIONES Las propiedades de los aceros inoxidables que pueden endurecerse por precipitación pueden mejorarse mediante la selección de los parámetros apropiados de tratamiento térmico. El uso del tratamiento en solución de tratamiento en forma aislada o el tratamiento en solución seguido por endurecimiento por envejecimiento de precipitación se utiliza comúnmente con aceros inoxidables que pueden endurecerse por precipitación. Tratamiento en solución

23



Durante el proceso de fabricación, la mayoría de materiales puede resultar endurecido, lo que limita la capacidad de procesar adicionalmente el material. El tratamiento en solución integrado en el proceso (alivio de las tensiones) puede reducir esta condición de endurecimiento, permitiendo la aplicación del tratamiento posterior.



Los procesos de fabricación como la soldadura fuerte, la soldadura o el corte mediante láser/llama pueden afectar negativamente las propiedades de los materiales, impacto que se puede invertir mediante un tratamiento en solución previo al procesamiento adicional.



Los procesos de fabricación pueden resultar en el inicio prematuro del proceso de endurecimiento por envejecimiento de precipitación, que puede invertirse mediante una nueva aplicación de tratamiento en solución antes del procesamiento adicional.



No se recomienda poner en servicio los materiales sometidos únicamente a tratamiento en solución debido a que la presencia de martensita no revenida puede producir rupturas debidas a la fragilidad y una pérdida indeseable en la resistencia a la corrosión. Ejemplos de estos son 15-5PH, 17-4PH y PH13-8Mo.

Endurecimiento por envejecimiento de precipitación 

El desarrollo de las propiedades del material final para satisfacer los criterios específicos de diseño de piezas requiere que el material (fundición/forjado) sea sometido a un ciclo de tratamiento prolongado, a una temperatura inferior, para que pueda desarrollarse una microestructura específica de la aleación; este proceso se denomina endurecimiento por envejecimiento de precipitación.



Normalmente este paso se realiza casi al final o al final del proceso de fabricación, ya que el proceso de tratamiento térmico da como resultado un aumento significativo de la dureza del material y se produce una determinada cantidad predecible de variación en el tamaño (contracción) que debe tenerse en cuenta. Los costes de mecanizado pueden aumentar drásticamente si éste debe realizarse tras el endurecimiento por envejecimiento de precipitación.



Ejemplos típicos de materiales son: 15-5PH, 17-4PH, 17-7PH y martensítico 250.



Las designaciones típicas de los tratamientos térmicos son H900 o H1075, donde H900 indica envejecimiento a 900 °F durante una hora y H1075 indica envejecimiento a 1.075 ºF durante 4 horas. En todos los casos es importante empezar con un material que haya

24

sido sometido a tratamiento en solución, lo que comúnmente se conoce como Condición A. DETALLES DEL PROCESO



El tratamiento en solución se lleva normalmente a cabo a temperaturas que varían desde los 1700 hasta los 1.065,56°C en vacío, seguido por un enfriamiento rápido mediante ventilador de gas a temperatura ambiente. Generalmente el material debe ser enfriado por debajo de los 90 °F (o una temperatura inferior, en algunos casos) antes del procesamiento adicional.



Un grupo de aleaciones de metaestable (17-7PH, por ejemplo) requiere varias etapas intermedias de procesamiento tras el tratamiento en solución para obtener las propiedades deseadas antes de realizar el endurecimiento por envejecimiento de precipitación. Estos pasos incluyen un tratamiento de acondicionamiento de la austenita y el congelamiento, para garantizar la transformación completa de la austenita en martensita.



El endurecimiento por envejecimiento de precipitación se lleva normalmente a cabo a temperaturas que varían entre los 900 y os 1.150°F en vacío, en atmósfera inerte o al aire, para tiempos de retención que van desde 1 hasta 4 horas, dependiendo del material y las características especificados.



Las especificaciones industriales aplicables incluirían SAE AMS 2759/3.

6.1.1.3 TEMPLE BAINITICO:

El temple austenítico es un proceso de tratamiento térmico de los metales de carbono con contenido de carbono medio o alto que produce una estructura metalúrgica llamada bainita. Se utiliza para incrementar la resistencia y la dureza y reducir la distorsión. Las piezas se calientan a la temperatura de temple y a continuación se enfrían suficientemente rápido a una temperatura superior a la del inicio de la martensita (Ms) y se mantiene durante el tiempo necesario para obtener la microestructura de bainita deseada.

25

6.1.1.3.1 BENEFICIOS

El temple bainítico es un proceso de endurecimiento de los metales que produce propiedades mecánicas que incluyen: 

Una mayor ductilidad, dureza y resistencia para una dureza determinada.



Resistencia al impacto.



Distorsión reducida, especialmente en las partes más finas.

6.1.1.3.2 APLICACIONES

El temple bainítico se utiliza principalmente para endurecer aceros con un contenido de carbono medio o elevado, en el rango de 35-55 HRC, cuando se requiere dureza con la ventaja añadida de una reducción de la distorsión. El proceso se utiliza ampliamente en la industria del automóvil para clips y otras piezas, donde se requiere la máxima flexibilidad y dureza. El rango de aplicaciones del temple bainítico incluye generalmente piezas fabricadas a partir de láminas o una banda de pequeña sección transversal. El temple bainítico es especialmente aplicable a las piezas de acero al carbono de sección delgada que requieren una dureza excepcional. El temple bainítico es más efectivo en aleaciones ferrosas con contenido en carbono medio o elevado y en piezas de fundición de hierro dúctil como SAE 1045 a 1095, 4130, 4140, 5160, 6150 (C45 a C100, 25CrMo4, 42CrMo4, 50CrV4), así como para los requisitos de dureza necesarios entre HRC 38-52. 6.1.1.3.3 DETALLES DEL PROCESO

El acero se templa bainíticamente con el siguiente procedimiento: 

Calentamiento a una temperatura situada dentro del intervalo de austenización, generalmente 790-915 °C (1.450-1.675 ºF).



Enfriamiento rápido en un baño (sales fundidas o, en ocasiones, en aceite), manteniendo una temperatura constante, generalmente en un intervalo de 260-370 °C (500-700 °F). 26



Mantenimiento de la temperatura durante un tiempo determinado para permitir la transformación en una microestructura bainítica.



Enfriamiento a temperatura ambiente.

6.1.1.3 TEMPLE CONTINUO COMPLETO:

Se aplica a los aceros hipoeutectoides (contenido de carbono inferior a 0,9%). Se calienta la pieza a 50 °C por encima de la temperatura critica superior, enfriándose en el medio adecuado para obtener martensita. 6.1.1.4 TEMPLE CONTINUO INCOMPLETO:

Se aplica a los aceros hipereutectoides (contenido de carbono superior a 0,9%). Se calienta la pieza hasta la temperatura indicada, transformándose la perlita en austenita y quedando intacta la cementita. Después de enfriar, la estructura resultante estará formada por martensita y cementita. 6.1.1.5 TEMPLE SUPERFICIAL O POR INDUCCIÓN:

Proceso de cementación en caja que aumenta la resistencia al desgaste, la dureza superficial y la resistencia a la fatiga mediante la creación una capa superficial endurecida, manteniendo inalterada, a su vez, la microestructura del núcleo. El temple por inducción se utiliza para aumentar las propiedades mecánicas de los componentes ferrosos en una zona específica. Las aplicaciones típicas son los sistemas de propulsión y suspensión, los componentes de motor y los estampados. El temple por inducción es excelente para la reparación de las reclamaciones de garantía/fallos de campo. Las principales ventajas son las mejoras en la fuerza y la resistencia al desgaste y la fatiga en un área localizada, sin necesidad de rediseñar el componente. 6.1.1.5.1 BENEFICIOS

Método preferido para los componentes sometidos a cargas pesadas. La inducción imparte una gran dureza superficial con una caja profunda, capaz de manejar cargas 27

extremadamente elevadas. La resistencia a la fatiga se incrementa gracias el desarrollo de un núcleo blando rodeado por una capa externa muy dura. Estas propiedades son deseables para aquellas piezas que sufren cargas de torsión y aquellas superficies que experimentan fuerzas de impacto. El tratamiento de inducción se realiza pieza por pieza, lo que permite que el movimiento dimensional entre piezas sea muy predecible. 6.1.1.5.2 APLICACIONES Y MATERIALES

El temple por inducción es un proceso de tratamiento térmico que se lleva a cabo para mejorar las propiedades mecánicas en un área localizada de un componente ferroso. La zona endurecida resultante mejora su resistencia al desgaste y la fatiga, además de obtener características de resistencia mecánica. Las aplicaciones típicas del temple por inducción incluyen engranajes, ejes largos, ejes, levas, estampados y husillos, piezas en su mayoría simétricas. El temple por inducción se utiliza para fortalecer un área específica de una pieza. Una sola pieza, endurecimiento de la superficie de las áreas seleccionadas. 

Aceros al carbono



Aceros aleados



Aceros inoxidables (martensíticos)



Metales en polvo



Hierro fundido



Hierro gris



Hierro dúctil



Hierro maleable

6.1.1.5.3 DETALLES DEL PROCESO

El temple por inducción es un proceso que se utiliza para endurecer superficies de acero y otros componentes de aleación. Las piezas que deben tratarse térmicamente se colocan dentro de una bobina de cobre y a continuación se calientan por encima de su temperatura de transformación mediante la aplicación de una corriente alterna a la bobina. La corriente alterna 28

en la bobina induce un campo magnético alterno dentro de la pieza, que hace que la superficie exterior de la pieza se caliente a una temperatura superior a la del rango de transformación. Los componentes se calientan mediante un campo magnético alterno, a una temperatura igual o superior a la del rango de transformación, tras lo cual se someten a un enfriamiento rápido. Se trata de un proceso electromagnético en el que se utiliza una bobina de inductor de cobre, que se alimenta de una corriente a una frecuencia y nivel de potencia específicos. En contexto los diferentes procesos de temple se utilizan para impartir determinadas propiedades mecánicas a un componente, con el fin de que resulte apto para el uso. 6.1.1.5.4 MATERIALES PARA TEMPLE

Casi todos los aceros destinados al uso industrial se pueden templar, por ejemplo, los aceros para resortes, aceros para trabajo en frío, aceros de temple y revenido, aceros para rodamientos, aceros para trabajo en caliente y aceros de herramientas, así como una gran cantidad de aceros inoxidables de alta aleación y aleaciones de hierro fundido. (Alberts Industries). En general en el tratamiento térmico de templado las propiedades mejoradas de los materiales son: 

Alta resistencia al desgaste



Dureza excelente



Ductilidad mejorada (revenido)



Resistencia a tracción

En la siguiente tabla se presentan los principales problemas y sus causas en un proceso de templado: PROBLEMA Ruptura durante el enfriamiento

CAUSA 

Enfriamiento muy drástico



Retraso en el enfriamiento



Aceite contaminado



Mala selección del acero 29

Baja dureza después del temple



Diseño Inadecuado



Temperatura de temple muy baja



Tiempo muy corto de mantenimiento



Temperatura muy alta o tiempos muy largos



Decarburación del acero



Baja velocidad de enfriamiento



Mala selección del acero (templabilidad)

Deformación durante el temple



Calentamiento disparejo



Enfriamiento en posición inadecuada



Diferencias de tamaño entre sección y continuas

Fragilidad excesiva



Calentamiento a temperatura muy alta



Calentamiento irregular

Tabla N° 3 (tabla de principales problemas del templado) 6.2. EL REVENIDO

El revenido es un tratamiento térmico a baja temperatura (por debajo de A1) que se realiza normalmente después de un proceso de temple neutro, temple doble, carburación en atmósfera, carbonitruracion o temple por inducción, con el objetivo de alcanzar la proporción de dureza y resistencia deseada. Los aceros, después del proceso de temple, suelen quedar frágiles para la mayoría de los usos al que van a ser destinados. Además, la formación de martensita da lugar a considerables tensiones en el acero. Por esta razón, las piezas después del temple son sometidas casi siempre a un revenido (al conjunto de los dos tratamientos también se le denomina "bonificado"), que es un proceso que consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la temperatura crítica seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rápido cuando se pretenden resultados altos en tenacidad, o lento, para reducir al máximo las tensiones térmicas que pueden generar deformaciones. 30

Cuando se pretenden los dos objetivos, se recurre al doble revenido, el primero con enfriamiento rápido y el segundo con enfriamiento lento hasta -300 ºC

Ilustración 7/PROCESO DE REVENIDO Este tratamiento térmico consiste en calentar el acero, (después de haberle realizado un Temple) a una temperatura inferior al punto crítico (o temperatura de recristalización), seguido de un enfriamiento contralado puede ser rápido cuando se pretende resultados altos de tenacidad, o lentos, cuando se pretende reducir al máximo las tensiones térmicas que pueden generar deformaciones. Cabe aclarar que en este proceso no se eliminan los efectos del temple, solo se modifican, ya que se consigue disminuir la dureza y tensiones internas para lograr de esta manera aumentar la tenacidad. 6.2.1 BENEFICIOS 

La dureza máxima de un grado de acero obtenida mediante temple proporciona una solidez limitada. El revenido reduce la dureza del material y aumenta la solidez. El revenido permite adaptar propiedades de los materiales (relación dureza/resistencia) para una aplicación específica.



Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un estado de mínima fragilidad.



Disminuir las tensiones internas de transformación, que se originan en el temple. 31



Modificar las características mecánicas, en las piezas templadas produciendo los siguientes efectos: o Disminuir la resistencia a la rotura por tracción, el límite elástico y la dureza. o Aumentar las características de ductilidad y las de tenacidad.

6.2.2 LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN EL REVENIDO SON LOS SIGUIENTES 

La temperatura de revenido sobre las características mecánicas.



El tiempo de revenido (a partir de un cierto tiempo límite la variación es tan lenta que se hace antieconómica su prolongación, siendo preferible un ligero aumento de temperatura de revenido).



La velocidad de enfriamiento (es prudente que el enfriamiento no se haga rápido).



Las dimensiones de la pieza (la duración de un revenido es función fundamental del tamaño de la pieza recomendándose de 1 a 2 horas por cada 25mm de espesor o diámetro).



La temperatura de revenido varía con el tipo de acero y el empleo y tipo de solicitaciones que haya de soportar la pieza.

La duración del revenido es de gran importancia para que las transformaciones deseadas puedan producirse con seguridad. Generalmente es de 1 a 3 horas. 6.2.3 DETALLES DEL PROCESO La temperatura de revenido puede variar, dependiendo de los requisitos y el grado de acero, entre 160 y 500 °C o una temperatura superior. El revenido se realiza normalmente en los hornos de revenido, que se pueden equipar con gas protector opcional. El gas protector impedirá que la superficie se oxide durante el proceso, y se utiliza principalmente para temperaturas de revenido más elevadas. Para algunos tipos de acero, el tiempo de mantenimiento a la temperatura de revenido es de gran importancia; un tiempo de mantenimiento más prolongado corresponderá a una temperatura de revenido superior. Dependiendo del grado de acero y a determinados intervalos de temperatura, puede producirse un fenómeno conocido como fragilización por revenido. Normalmente, el revenido dentro de este intervalo de temperatura debe evitarse. Estas áreas se muestran en los catálogos de

32

los proveedores de acero, así como la temperatura de revenido más adecuada en función de los requisitos de dureza.

6.2.4 TIPOS DE REVENIDO

Podemos encontrar dos clasificaciones, una por temperatura de trabajo y otra por la totalidad de la pieza a trabajar que se somete a revenido. 1. Por su temperatura de trabajo encontramos con: 

Revenido bajo: Se realiza a una temperatura entre 150°C – 250°C se usa en herramientas de alto contenido de carbono, prácticamente no disminuye la dureza, pero si las tensiones internas.



Revenido medio: Se realiza a una temperatura entre 350°C – 450°C disminuye la dureza, pero eleva la tenacidad, se pueden usar en herramientas que deban tener suficiente elasticidad. Ejemplo: en aceros para muelles o aplicaciones similares, resortes.



Revenido alto: Se realiza a una temperatura entre 500°C – 650°C garantiza una mejor combinación de resistencia y plasticidad, se utiliza en pizas sometidas a elevadas fatigas o cargas de impacto, aceros para herramientas de trabajo en caliente y acero de alta velocidad.

2. Totalidad de la pieza sometida a revenido se encuentra: 

Revenido Homogéneo: La pieza en su totalidad está a una temperatura uniforme, se realiza después del temple, con baños de aceite, sales, hornos de circulación de aire y de recocido, cuando las temperaturas son altas. Estas se usan en piezas de construcción, de fabricación en serie y herramientas.



Revenido Heterogéneo: La pieza es sometida a diferentes temperaturas de revenido en diferentes partes; para que sea esto correcto la temperatura ha de estimarse generalmente sobre la base de los colores del revenido. Se emplean 2 procedimientos: Auto revenido: Se sumerge en el medio de temple la superficie de trabajo, se la esmerila brillante, con rapidez, después de extraerla del baño. Revenido externo: Se caliente la pieza templada de manera parcial y no uniforme.

33

6.3 EL RECOCIDO El recocido es un tratamiento térmico propio de los productos semielaborados y acabados donde está diseñado para reducir al mínimo las tensiones internas creadas durante los procesos de fabricación. El recocido sirve también para aumentar el grado de cristalinidad de los materiales y así mejorar sus propiedades mecánicas. Esto reduce la tendencia al alabeo y deformación de las piezas después de mecanizarlas, y mejora la estabilidad dimensional. El proceso del recocido se puede realizar de muchas maneras diferentes, pero sea cual sea el método utilizado, el objetivo es el mismo. Los materiales son calentados lentamente hasta una temperatura propia de cada uno. Una vez llegado a esa temperatura, se mantiene durante horas, dependiendo del espesor, para asegurarse que el material se calienta al cien por cien. Después, las piezas son enfriadas lentamente y de forma homogénea hasta llegar a temperatura ambiente. El objetivo de este proceso es reducir las tensiones internas de las piezas y aumentar el grado de cristalinidad de los materiales. El Recocido se realiza principalmente para: 

Alterar la estructura del material para obtener las propiedades mecánicas deseadas, ablandando el metal y mejorando su maquinabilidad.



Recristalizar los metales trabajados en frío.



Para aliviar los esfuerzos residuales.

El recocido consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Las operaciones de Recocido se ejecutan algunas veces con el único propósito de aliviar los esfuerzos residuales en la pieza de trabajo causadas por los procesos de formado previo. Este tratamiento es conocido como Recocido para Alivio de Esfuerzos, el cual ayuda a reducir la distorsión y las variaciones dimensiónales que pueden resultar de otra manera en las partes que fueron sometidas a esfuerzos.

34

Se debe tener en cuenta que el Recocido no proporciona generalmente las características más adecuadas para la utilización del acero. Por lo general, al material se le realiza un tratamiento posterior con el objetivo de obtener las características óptimas deseadas.

Ilustración 8/PROCESO DE REVENIDO

6.3.1 APLICACIONES Y MATERIALES

Principalmente, los productos semiacabados, como piezas forjadas, láminas y alambres trabajados en frío, piezas de fundición, etc., Las variaciones de recocido se pueden aplicar a todos los metales. 6.3.2 DIVISIÓN DEL RECOCIDO 

RECUPERACIÓN: En esta etapa no hay cambios apreciables en las propiedades.

Parece que el principal efecto de la recuperación es el alivio de esfuerzos internos creados por el trabajado en frío. 

RECRISTALIZACIÓN: En esta etapa aparecen nuevos cristales no deformados en la microestructura, los cuales tienen la misma composición y estructura reticular que los granos originales.



CRECIMIENTO DE GRANO: Es la etapa de crecimiento de los nuevos granos no deformados. El cambio en las propiedades va a depender del tiempo de enfriamiento. 35

6.3.3 CLASES DE RECOCIDO 

RECOCIDOS DE AUSTENIZACIÓN COMPLETA O DE REGENERACIÓN: en este caso el calentamiento se hace a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior y luego el material se enfría muy lentamente. Sirve para ablandar el acero y regenerar su estructura.



RECOCIDOS DE AUSTENIZACIÓN INCOMPLETA (GLOBULARES): consisten en calentamientos prolongados a temperaturas intermedias entre la crítica superior y la inferior, seguidos siempre de un enfriamiento lento. El fin que se persigue con estos recocidos es obtener la menor dureza posible y una estructura microscópica favorable para el mecanizado dé las piezas.



RECOCIDOS SUBCRÍTICOS: el calentamiento se hace por debajo de la temperatura critica inferior, no teniendo tanta importancia la velocidad de enfriamiento, pudiendo incluso enfriarse el acero al aire sin que se endurezca. Por medio de este tratamiento se eliminan tensiones internas del material y se aumenta su ductilidad.



RECOCIDO DE GLOBALIZACIÓN: Usado en aceros hipoeutectoides para ablandarlos después de un anterior trabajo en frío. Por lo general se desea obtener globalización en piezas como placas delgadas que deben tener alta embutición y baja dureza. Los valores más altos de embutición por lo general están asociados con la microestructura globalizada que solo se obtiene en un rango entre los 650 y 700 grados centígrados. Temperaturas por encima de la crítica producen formación de austenita que durante el enfriamiento genera perlita, ocasionando un aumento en la dureza no deseado. Por lo general piezas como las placas para botas de protección deben estar globalizadas para así obtener los dobleces necesarios para su uso y evitar rompimiento o agrietamiento. Finalmente son templadas para garantizar la dureza. Es usado para los aceros hipereutectoides, es decir con un porcentaje mayor al 0,89 % de C, para conseguir la menor dureza posible que en cualquier otro tratamiento, mejorando la maquinabilidad de la pieza. La temperatura de recocido está entre AC3 y AC1, Mejora la maquinabilidad en los aceros.

36



RECOCIDO DE RECRISTALIZACIÓN: El recocido por recristalización es un proceso de recocido que se aplica a metales trabajados en frío para obtener la nucleación y el crecimiento de nuevos granos sin cambio de fase. Este tratamiento térmico elimina los resultados de la deformación de las piezas de plástico altamente perfiladas conformadas en frío. El recocido es eficaz cuando se aplica a aceros endurecidos o trabajados en frío, en los que la estructura se recristaliza para formar nuevos granos de ferrita.



RECOCIDO DE HOMOGENIZACIÓN: En el recocido de homogeneización, propio de los aceros hipoeutectoides, la temperatura de calentamiento es la correspondiente a A3+200ºC sin llegar en ningún caso a la curva de sólidos, realizándose en el propio horno el posterior enfriamiento lento, siendo su objetivo principal eliminar las heterogeneidades producidas durante la solidificación. Elimina la segregación química y cristalina. Se obtiene grano grueso. Es necesario un recocido completo posterior.



RECOCIDO ISOTÉRMICO: Economiza tiempo. Se emplea mucho en los aceros aleados. Se mantiene en baños de sales a temperaturas menores que A1 hasta que la descomposición de la austenita se produzca y después se enfría al aire.

6.3.4 BENEFICIOS 

Con el recocido se eliminan tensiones internas producto de un tratamiento térmico previo.



Se ablanda el acero para conseguir ciertas especificaciones mecánicas o facilitar el mecanizado.



Disminuye el tamaño del grano y se produce una estructura específica.

6.4 NORMALIZADO

El normalizado es un recocido que se efectúa para proporcionar una buena y fácil mecanización de las piezas, lo cual depende de su estructura cristalina. El normalizado se efectúa antes del temple, ya que el resultado de éste depende del estado inicial de la estructura de las mismas. También se realizan recocidos para la eliminación de tensiones a temperaturas inferiores al punto de transformación. 37

Muchas veces se efectúan recocidos en piezas que previamente fueron templadas y revenidas. Para ello debe elegirse una temperatura que logre la disminución de la dureza y la resistencia. La temperatura baja exigida puede ser compensada por la duración del recocido, la velocidad de enfriamiento después del recocido tiene una gran importancia, ya que un enfriamiento rápido puede provocar nuevas tensiones y si es demasiado lento existe el peligro de fragilidad. Consiste en calentar rápidamente el material hasta una temperatura crítica de 30-50 °C por encima de la temperatura critica superior, mantener esa temperatura el tiempo suficiente para conseguir la transformación completa en austenita. A continuación, se deja enfriar en aire tranquilo, obteniéndose una estructura uniforme. El normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido. 

La velocidad de enfriamiento es más lenta que en el temple y más rápida que en recocido.



Con este tratamiento se consigue afinar y homogeneizar la estructura.



Este tratamiento es típico de los aceros al carbono de construcción de 0.15% a 0.60% de carbono.



A medida que aumenta el diámetro de la barra, el enfriamiento será más lento y por tanto la resistencia y el límite elástico disminuirán y el alargamiento aumentará ligeramente. Esta variación será más acusada cuanto más cerca del núcleo realicemos el ensayo.

6.4.1 BENEFICIOS 

Subsanar defectos de las operaciones anteriores de la elaboración en caliente (colada, forja, etc.).



Preparar la estructura para las operaciones tecnológicas siguientes (por ejemplo, mecanizado o temple).



Puede ser un tratamiento térmico final.

6.4.2 APLICACIONES

38

La normalización se utiliza principalmente en aceros al carbono y aceros de baja aleación, para normalizar la estructura tras el forjado, la laminación en caliente o la fundición. La dureza obtenida tras la normalización depende del análisis dimensional del acero y la velocidad de enfriamiento utilizada. 7. TRATAMIENTOS TERMOQUIMICOS.

Los tratamientos termoquímicos hacen parte de los tratamientos térmicos, ya que la pieza o el material es sometido a un calentamiento y posteriormente un enfriamiento adecuado, con la diferencia que la pieza se ha recubierto de una sustancia química que modifica su estructura superficial. Las sustancias químicas utilizadas normalmente son: carbono, nitrógeno y sulfato, pudiendo estar en estado gaseoso, líquido o sólido. Para el caso del acero, cuando se somete a un tratamiento termoquímico además de los cambios en la estructura de este, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales. Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos está aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión. (Federación de enseñanza de Andalucia, 2011). 7.1 ETAPAS PARA LOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS 

DISOCIACIÓN: descomposición de las moléculas y la formación de átomos activos del elemento que difunde.



ABSORCIÓN: átomos del elemento que difunde se ponen en contacto con la superficie de la pieza de acero formando enlaces químicos en los átomos del metal.



LA DIFUSIÓN: Penetración del elemento de saturación hacia la zona interior del metal, al penetrar los que se difunden, en la red del disolvente la velocidad de difusión será más alta, siempre y cuando en la reacción se formen disoluciones solidas de sustitución. 39

7.2 TIPOS Y CARATERISTICAS

7.2.1 CEMENTACION: La cementación es un tratamiento termoquímico que consiste en carburar una capa superficial de una pieza de acero, rodeándola de un producto carburante y calentándola a una temperatura adecuada mediante difusión, modificando su composición, impregnando la superficie y sometiéndola a continuación a un tratamiento térmico, un temple y un revenido, quedando la pieza con buena tenacidad en el núcleo y con mucha dureza superficial. El objetivo de la cementación es que en el templado del acero proporciona dureza a la pieza, pero también fragilidad. Por el contrario, si no se templa el material no tendrá la dureza suficiente y se desgastará. Para conservar las mejores cualidades de los dos casos se utiliza la cementación, que endurece la superficie de la pieza sin modificación del núcleo, dando lugar así a una pieza formada por dos materiales, la del núcleo de acero con bajo índice de carbono, tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de la superficie, de acero con mayor concentración de carbono, más dura, resistente al desgaste y a las deformaciones, siendo todo ello una única pieza compacta. Consiste en recubrir las partes a cementar de una materia rica en carbono, llamada cementante, y someterla durante varias horas a altas temperatura de 900 °C. En estas condiciones es cuando tiene mayor capacidad de disolución el carbono, que irá penetrando en la superficie que recubre a razón de 0,1 a 0,2 milímetros por hora de tratamiento. Una vez absorbido por la capa periférica del acero, comienza el proceso de difusión del carbono hacia el interior de la pieza (el espesor de la capa cementada depende de la temperatura y del tiempo que dure la operación). La pieza así obtenida se le da el tratamiento térmico 3 correspondiente, de temple y revenido, y cada una de las dos zonas de la pieza, adquirirá las cualidades que corresponden a su porcentaje de carbono. En ocasiones se dan dos temples, uno homogéneo a toda la pieza y un segundo temple que endurece la parte exterior. La cementación encuentra aplicación en todas aquellas piezas que tengan que poseer gran resistencia al choque y tenacidad junto con una gran resistencia al desgaste, como es el caso de los piñones, levas, ejes, etc. 40

Podemos diferenciar tres tipos de materiales cementantes: 7.2.1.1 CEMENTACIÓN EN CARBURANTE SOLIDO Para la cementación en medio sólido, las piezas limpias y libres de óxidos se colocan en la mezcla de cementación, dentro de cajas de chapas de acero soldadas y selladas. Estas cajas se cargan luego al horno de cementación, y se mantienen ahí durante varias horas a una temperatura entre 900 ºC y 950 ºC aproximadamente, hasta obtener la profundidad de la capa de difusión deseada. Como mezcla de cementación se puede utilizar la de 70 % a 80 % de carbón vegetal finalmente pulverizado, con un 20 % a 30 % de alguno de los siguientes carbonatos: carbonato de bario (BaCO3), carbonato de sodio (Na2CO3) o carbonato de potasio (K2CO3) que actúan como catalizador y que contribuyen al desprendimiento del carbono en estado elemental, necesario para la cementación. Para el sellaje de la tapa de la caja de cementación puede utilizarse una masilla hecha con arena de fundición mezclada con silicato de sodio (vidrio soluble). Los equipos utilizados para la cementación sólida son cajas donde se cementa con mezcla cementante que rodea a la pieza en un recipiente cerrado, el cual se calienta a la temperatura adecuada durante el tiempo requerido y luego se enfría con lentitud. Este equipo no se presta para alta producción, siendo sus principales ventajas su economía, eficiencia y la no necesidad de una atmósfera preparada. En realidad, el agente cementante son los gases, que ésta pasta rodea al material que desprende cuando se calienta en el horno. 7.2.1.2 CEMENTACIÓN LIQUIDA Para la cementación en medio líquido, las piezas se introducen en un baño de sales fundidas a 950 °C aproximadamente, constituidas por una sal base generalmente cloruro o carbonato de sodio, con adición de una sal aportadora de carbono, cianuro de sodio o de potasio y de una sal activante, cloruro de bario, mezclados en porcentajes adecuados, según los resultados que se deseen obtener. La presencia de nitrógeno en los cianuros provoca también la formación de

41

productos de reacción (nitruros) de elevada dureza, pero limitados a una finísima capa exterior. 4 Diferenciamos el baño o la cuba 1 y 5, la pieza 2, el cementante 3 y bases de sales 4. 7.2.1.3 CEMENTACIÓN GASEOSA La cementación gaseosa necesita de un equipo especial más complicado y se aplica a la producción en masa de piezas cementadas. Esta cementación tiene ventajas considerables con respecto a la cementación en medio sólido y líquido, el proceso es dos o tres veces más rápido, la tecnología es menos perjudicial a la salud, y las propiedades del núcleo sin cementar resultan mejores debido al menor crecimiento del grano. El proceso se realiza en hornos especiales, en cuyo interior se inyecta como gas cementante algún hidrocarburo saturado tales como metano, butano, propano y otros. Al calentar a unos 900 ºC y 1000 ºC aproximadamente, se desprende el carbono elemental que cementa el acero. Por ejemplo, al calentar metano. (Alberti, 2011). En resumen, la cementación, aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo. 7.2.2 NITRURIZACION La nitruración es un tratamiento termoquímico, en el que se modifica la composición del acero incorporado nitrógeno durante el proceso de tratamiento térmico en una atmosfera rica en nitrógeno. Al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 ºC y 525 °C aproximadamente, dentro de una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno. OBJETIVOS El objetivo de la nitruración es el de: 42



Elevar la dureza



Resistencia al desgaste



Resistencia a la corrosión

7.2.2.1 NITRURACION LIQUIDA:

Se coloca la pieza dentro del horno, dentro del cual se hace circular amoniaco y posteriormente se calienta a temperaturas de aproximadamente 500°C, lo que provoca que el amoníaco se descomponga en nitrógeno e hidrogeno; el hidrógeno, se separa del nitrógeno por diferencia de densidad, y el nitrógeno, al entrar en contacto con la superficie de la pieza, forma un recubrimiento de nitruro de hierro. 7.2.2.2 NITRURACIÓN IÓNICA:

Las moléculas de amoníaco se rompen mediante la aplicación de un campo eléctrico. Esto se logra sometiendo al amoníaco a una diferencia de potencial de entre 300 y 1000 V. Los iones de nitrógeno se dirigen hacia el cátodo (que consiste en la pieza a tratar) y reaccionan para formar el nitruro de hierro (Fe2N). 7.2.2.3 NITRURACION GASEOSA:

En este proceso el acero se calienta a una temperatura de entre 495 ºC y 565ºC y se mantiene así por un periodo de tiempo en contacto con gas de amoniaco. El nitrógeno de gas se introduce en el acero formando nitruros muy duros los que se dispersan finalmente por toda la superficie del metal. APLICACIONES 

La nitruración se aplica principalmente a piezas que son sometidas regularmente a grandes fuerzas de rozamiento y de carga, tales como pistas de rodamientos, camisas de cilindros, etc.

43



Estas aplicaciones requieren que las piezas tengan un núcleo con cierta plasticidad, que absorba golpes y vibraciones, y una superficie de gran dureza que resista la fricción y el desgaste.

7.2.2.4 ACEROS PARA NITRURACIÓN 

Para este proceso resulta conveniente que en la composición de la aleación haya una cierta cantidad de aluminio (1% aproximadamente).



Este tratamiento también es aplicable a algunos aceros inoxidables, aceros al cromoníquel y ciertas fundiciones al aluminio o al cromo.

7.2.3 CIANURACION

Es un Tratamiento intermedio entre la cementación y la nitruración ya que el endurecimiento se consigue por la acción combinada del carbono y el nitrógeno a una temperatura determinada. Cuando se quiere obtener una superficie dura y resistente al desgaste, esto se logra empleando un baño de cianuro fundido, endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican entre 750 ºC y 950 °C aproximadamente. PROCESO 

Se efectúa a una temperatura justamente por encima de la crítica del corazón de la pieza, se introduce la pieza en una solución que generalmente consta de cianuro de sodio con cloruro de sodio y carbonato de sodio.



El enfriamiento se da directamente por inmersión al salir del baño de cianuro con esto se obtiene una profundidad de superficie templada uniforme de unos 0.25 mm en un tiempo de una hora.



La cianuración liquida de las piezas se realizan a 820°-870°C con permanencia hasta 1 hora en un baño de cianuro que contiene una mezcla de sales, aproximadamente de la siguiente composición: 45% de Cianuro de Sodio (NaCN), 35% de Carbonato de Sodio (Na2CO3), 20% de Cloruro de Sodio (NaCl).

44

Después de la cianuración las piezas se enfrían hasta la temperatura óptima del temple y se templan en agua o aceite según el tipo de acero. Después del temple se efectúa el revenido a 160°-180°C. DESVENTAJA DE CIANURACIÓN Lavado de las piezas posterior al tratamiento para prevenir la herrumbre, revisión de la composición del baño en forma periódica y alta peligrosidad de las sales de cianuro, dado que éstas son venenosas. Realización de la nitruración Si en un recinto, un horno de tratamiento térmico, se somete al amoníaco (NH3) a temperaturas de500° C, se descompone en nitrógeno e hidrógeno. El hidrógeno, más ligero, se separa del nitrógeno por diferencia de densidad. El nitrógeno liberado por la descomposición del amoníaco forma la atmósfera en el interior del horno que, en contacto con la superficie de hierro y a esa temperatura, forma nitruro de hierro, un compuesto de gran dureza, pero frágil. Si bien este tratamiento da gran dureza superficial a la pieza, la velocidad de penetración es muy lenta, aproximadamente 1 mm en 100 horas de tratamiento, pero no necesita de temple posterior. La nitruración se da a piezas sometidas a grandes fuerzas de rozamiento y de carga como, por ejemplo, pistas de rodamientos, camisas de cilindros o piezas similares, que necesitan un núcleo concierta plasticidad, que absorba golpes y vibraciones, y una superficie de gran dureza contra desgaste y deformaciones. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA NITRURACIÓN: 

Endurece la superficie de la pieza



Aumenta el volumen de la pieza



Se emplean vapores de amoniaco



Es un tratamiento muy lento



Las piezas no requieren ningún otro tratamiento

No todos los aceros son aptos para nitrurar. Resulta conveniente que en la composición de la aleación haya una cierta cantidad de aluminio 1%. También es aplicable a los aceros inoxidables, aceros al cromo níquel y ciertas fundiciones al aluminio o al cromo. No es aconsejable en aceros 45

al carbono no aleados, el nitrógeno penetra rápidamente en la superficie de la pieza y la capa nitrurada puede desprenderse. Práctica de la nitruración Las piezas a nitrurar se mecanizan, y luego se templan y revienen, con objeto de que el núcleo adquiera una resistencia adecuada. Finalmente, una vez mecanizadas a las cotas definitivas, se procede a efectuar la nitruración. Las piezas a nitrurar se colocan dentro de un horno eléctrico, con circulación de gas amoníaco por el interior, manteniendo la temperatura y la concentración de nitrógeno durante todo el tiempo que dure el proceso hasta su finalización. A aquellas partes de la pieza que no se deban nitrurar se les da un baño de estaño y plomo al 50%, que cubre la superficie de la pieza aislándola del nitrógeno. (Hornos industriales LTDA, s.f.) 7.2.4 CARBONITRURACION

Al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano, amoníaco (NH3) y monóxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C aproximadamente, y es necesario realizar un temple y un revenido posterior. La carbonitruracion puede considerarse como un caso particular de la cementación donde la adición de nitrógeno: 

Acelera la difusión de carbono



Disminuye la velocidad critica de temple y así reducir las deformaciones de temple

OBJETIVOS 

Propiedades mecánicas como resistencia a la fatiga, resistencia al desgaste y resistencia a la torsión.



Superficies extremadamente duras y un núcleo tenaz

APLICACIONES Se utiliza principalmente para mejorar la resistencia al desgaste y la fatiga de aceros al carbono. Algunas de las aplicaciones más comunes son: 

Engranajes y ejes 46



Pistones



Rodillos y cojinetes



Palancas de sistema accionados hidráulica, mecánica y neumáticamente. EQUIPOS USADOS EN LOS PROCESOS TERMICOS HORNO DE ATMOSFERA CONTROLADA

Se usa en tratamientos de cementación y temple

Tiene capacidad de 500X900 mm de profundidad

HORNO DE BAÑO DE SALES Se usa para Temple en baño de sal, e

Sus capacidades son de

igualmente es

350X500 mm, 500X800

usado para la

mm y 700X1000 mm)

cementación líquida

47

HORNO DE NITRURACIÓN Sus capacidades Se usa para

disponibles son de

nitruración de

500X800 mm y

sales

600X2600 y (2X1300) mm

HORNO DE BAÑOS ISOTÉRMICOS

Para temple isotérmico y revenido

Su capacidad disponible va desde 600X2600 mm

Su capacidad disponible va desde una medida de

HORNO DE MUFLA

1200 °C en las que las capacidades netas son: Para cementar en



1000X500X1200 mm

granulado, templar, revenir,



recocer

400X250X650 mm



350X280X800 mm



400X300X600 mm

48

HORNO DE AIRES REFORZADOS

Para revenido y distensionado

Su cámara posee una capacidad de 400X500 mm

Tabla N° 4 (tabla de equipos usados en procesos térmicos) 8. LIMPIEZA Y TRATAMIENTOS SUPERFICIALES:

El tratamiento superficial del metal es un procedimiento realizado con el fin de mejorar determinadas características de la superficie de las piezas terminadas, como la dureza, el brillo, la resistencia al desgaste o la resistencia a la corrosión y la oxidación, entre otras. Los tratamientos superficiales del acero pueden consistir en la aplicación de un recubrimiento superficial o bien en la modificación de las propiedades en una capa superficial de la propia pieza de acero. Los tratamientos de superficies incluyen procesos diversos, como fundir todo tipo de materiales, desbarbarlos, pulirlos, tratarlos térmica o químicamente, acondicionarlos con lavados, fosfatados, pasivados, etc. para ser pintados, lacados, plastificados, vulcanizados, o bien, para ser tratados termoquímicamente mediante deposiciones de carbonos, nitruros, vapores para azulados, etc. También empleando hornos de atmósfera o de vacío, para superponer capas anti desgaste o de características mecánicas especiales. Igualmente existen tratamientos superficiales electroquímicos, como son los cincados, cromados, plateados, niquelados, anodizados, etc. o de superposición térmica mediante la adición de finas capas superficiales de cerámica, tungsteno, grafito, plata e incluso diamante, etc. en estado de plasma. Como podemos comprender es muy amplio el campo de limpieza y tratamientos superficiales, para lo cual vamos a abarcar detalladamente dos tipos de limpieza y tratamientos superficiales, los cuales son los mecánicos y los químicos.

49

EL objetivo de una limpieza y tratamiento superficial ya sea químico o mecánico, es el de eliminar los siguientes tipos de suciedades: 

Residuos de los compuestos de rebabado.



Aceites de corte.



Compuestos de maquilado.



Escamas de tratamientos térmicos.



Sales de tratamientos térmicos.



Pinturas, tintas.



Recubrimientos de fosfatos, con o sin aceite.



Aceites de estampado.



Productos de corrosión, óxidos.



Aceites protectores de la corrosión.



Manchas.



Impresión de dedos. 9. LIMPIEZA Y TRATAMIENTOS SUPERFICIALES QUIMICOS.

La limpieza consiste en la eliminación del polvo y suciedad mediante productos químicos. Es necesaria debido a que muchos metales son protegidos contra la corrosión, oxidación o manchas provocadas por la exposición a la intemperie con aceites u otros recubrimientos protectivos. El estampado de metales y el pulido de superficies metálicas requieren frecuentemente el uso de lubricantes a compuestos químicos que asisten en la operación. Además, siempre están presentes en el metal a procesar residuos de soldadura, manchas de dedos y polvo del taller. Medios de limpieza de superficies químicos más usados actualmente:

50

9.1 LIMPIEZA QUIMICA CON SOLVENTES.

Es llamada limpieza con solvente. Sin embargo, está basado en la utilización de productos tales como: vapor de agua, soluciones alcalinas, emulsiones jabonosas, detergentes y solventes orgánicos. Mediante este método son removidos la mayoría de los contaminantes como: grasa, aceite, polvo y sales solubles en el agente limpiador. La solución limpiadora es aplicada suavemente o mediante equipo de presión, seguido de un lavado con agua natural y secado con equipo de vacío o simplemente utilizando aire seco. Los solventes para la limpieza deben ser usados antes de aplicar la pintura y en conjunto con otros métodos especificados para preparación de superficies, (para remover la herrumbre, cascarilla de laminación o pintura). La solución limpiadora es aplicada suavemente en forma manual o mediante equipo de presión, seguido de un lavado con agua limpia. 9.2 LIMPIEZA ALCALINA.

La limpieza alcalina o el desengrase mediante productos alcalinos, es quizás el proceso más utilizado universalmente. Se aplica por inmersión, pulverización, bajo forma de vapor, circulación, bombos, etc. Estos compuestos generalmente contienen, productos alcalinos básicos, tenso activos, emulsificadores, humectantes, activadores e inhibidores de la corrosión. Los desengrasantes alcalinos combinan diversas sales alcalinas tales como hidróxido de sodio, metasilicato, ortosilicato o trisilicato de sodio, carbonato de sodio, tetraborato de sodio, fosfato trisodico, pirofosfato tetrasodico o polifosfatos de sodio, junto con productos coloidales como jabones y agentes tensoactivos. A diferencia de los solventes que disuelven los aceites, los detergentes alcalinos los desplazan y suspenden o los emulsifican en la solución; también reaccionan con los aceites formando jabones solubles. Los detergentes alcalinos son usados para eliminar aceites y el polvo que se adhiere a la superficie. (FOSFAMET) Además del desengrase pueden tener otros usos, como son la desoxidación y el decapado de pintura. En función del uso predominante que se quiera dar a estos productos, dada su gran variedad de aplicaciones, se utilizan en diferentes concentraciones, que varían desde muy pocos gramos por litro (30-40) a concentraciones importantes, como son 720 grs por litro en el caso de

51

la desoxidación, previa a la soldadura del titanio. Los desengrasantes alcalinos son usados para la limpieza electrolítica antes de la electrodeposición. En cuanto a la aplicación de este tipo de productos en los diferentes materiales tenemos que tener en cuenta que no son de aplicación universal, sino que cada tipo de material requiere y admite, en muchos casos, solo un tipo de alcalino, ya que otros pueden ser perjudiciales para los mismos, por ejemplo, no deben emplearse soluciones fuertemente alcalinas sobre aluminio o zinc; en estos casos deben emplearse desengrasantes especialmente inhibidos que eviten el ataque al metal. En su campo de aplicabilidad, a modo general se han establecido los siguientes criterios generales para los distintos materiales: 

ALUMINIO: Es muy sensible a los alcalinos de tipo medio que pueden atacarle, y a los alcalinos fuertes que francamente le atacan. Los productos para tratamiento del aluminio son pues de alcalinidad baja normalmente inhibidos con silicatos.



ZINC: Se ataca fuertemente con los alcalinos fuertes y de tipo medio. Se utilizan solo alcalinos suaves inhibidos, reduciendo además el tiempo de tratamiento con este tipo de productos al mínimo posible.



BRONCE: Se ataca y matea con los alcalinos fuertes y medios, debido a su contenido en zinc, debe tratarse con alcalinos suaves inhibidos con silicatos o con otros inhibidores específicos, reduciendo al mínimo posible los tiempos de tratamiento.



COBRE: Puede matearse con el tratamiento con alcalinos fuertes, dependiendo de concentraciones y tiempo de tratamiento, pero normalmente soporta bien el tratamiento con productos alcalinos medios y suaves.



MAGNESIO: Soporta normalmente bien el tratamiento con alcalinos fuertes. En particular los tratamientos que se recomiendan para los aceros con bajo contenido en carbono son adecuados para tratar magnesio. No debe de tratarse con alcalinos débiles, pues pueden corroerle.



ESTAÑO: Es sensible y se ataca con alcalinos fuertes, aunque menos que el aluminio y zinc.

52

Los silicatos son unos magníficos inhibidores para el estaño en las formulaciones para tratamiento de estaño. 

PLOMO: Se atacan con los alcalinos fuertes, en particular con los que contengan cloruros o secuestrantes. Los alcalinos que se utilicen para el tratamiento del plomo deben de estar inhibidos con silicatos o con otros inhibidores específicos.



TITANIO: Normalmente no se ataca con los alcalinos fuertes, pero puede ser susceptible de ataque por aquellos que contengan agentes acomplejantes.



HIERRO Y ACERO: No se atacan por soluciones alcalinas cualquiera que sea su potencia.

Debe de tenerse una cierta precaución con los tratamientos de larga duración con alcalinos de tipo medio ya que puede manifestar una tendencia a la aparición de oxidaciones en particular en los aceros y hierros no aleados. 

ACERO INOXIDABLE: Puede tratarse en alcalinos cualquiera que sea su potencia. (Alberti, 2011)

9.3 LIMPIEZA QUIMICA ELECTROLÍTICA

A veces, en particular en los procesos en que se requiere un muy alto estándar de limpieza, se emplea el desengrase electrolítico. El proceso de desengrase es efectuado por saponificación, pero el contacto de la superficie contaminada con el ión alcalino neutralizador se efectúa mediante atracción eléctrica. Para ello se hace que la pieza actúe como electrodo de una pila y este electrodo se pone en inmersión en una solución alcalina. Los cationes, normalmente iones sodio (Na+) o iones potasio (K+) son rápidamente atraídos por el cátodo o pieza donde se produce la reacción de neutralización. Debido a la atracción electroquímica que se produce en todos y cada uno de los cationes presentes, este procedimiento es muy eficaz, y dado su total aprovechamiento, las concentraciones que se precisan del producto desengrasante suelen ser pequeñas. Por contra requiere un gasto energético elevado debido a la corriente eléctrica que se precisa. Este procedimiento no es aplicable a grandes cantidades de contaminación ya que en este caso la pieza al estar totalmente recubierta de una capa de aceite o grasa, esta eléctricamente 53

aislada, por no ser los aceites o grasas conductores, por lo que el proceso no es realizable. En estos casos lo que se hace es efectuar primero un desengrase químico, por disolventes emulsionables, detergentes o por desengrase alcalino. A continuación, se completa el proceso efectuando un desengrase completo por medios electroquímicos. El desengrase electroquímico es el proceso de desengrase más perfecto existente, pero dado su costo en instalaciones y energía debe limitarse sólo a los procesos que realmente lo requieran como son los procesos galvánicos, anodizados o fosfatados, donde una preparación previa lo más perfecta posible de la superficie garantizará una transformación química o una deposición correcta de la capa metálica en cuestión. El desengrase electroquímico no puede aplicarse a superficies o piezas pintadas, o recubiertas de capas no conductoras de la corriente eléctrica. El desengrase alcalino debe efectuarse en caliente, para que la reacción de saponificación o formación de jabón tenga lugar de forma efectiva. Esto representa uno de los mayores inconvenientes del proceso ya que requiere equipos e instalaciones con calentamiento y un gasto de energía importante, lo que hace que no sea un proceso de los considerados económicos. 9.4 LIMPIEZA Y TRATAMIENTOS SUPERFICILAES MECANICOS.

Además de los diversos procedimientos de limpieza química que ya se explicaron, en la industria se utilizan muchos otros procesos mecánicos, para limpiar componentes. Los que más se utilizan son, de chorro de arena, chorro de granalla, chorro de agua, tamboreo y Barrilado. A continuación, hablaremos de los tratamientos superficiales mecánicos más usados. 9.4.1 ACABADO

Es un proceso de fabricación empleado en la manufactura cuya finalidad es obtener una superficie con características adecuadas para la aplicación particular del producto que se está manufacturando. En algunos casos el proceso de acabado puede tener la finalidad adicional de lograr que el producto entre en especificaciones dimensionales.

54

Antiguamente, el acabado se comprendía solamente como un proceso secundario en un sentido literal, ya que en la mayoría de los casos sólo tenía que ver con la apariencia del objeto u artesanía en cuestión, idea que en muchos casos persiste y se incluye en la estética y cosmética del producto. En la actualidad, los acabados se entienden como una etapa de manufactura de primera línea, considerando los requerimientos actuales de los productos. Estos requerimientos pueden ser: 

ESTÉTICA: el más obvio, que tiene un gran impacto sicológico en el usuario respecto a la calidad del producto.



LIBERACIÓN O INTRODUCCIÓN DE ESFUERZOS MECÁNICOS: las superficies manufacturadas pueden presentar esfuerzos debido a procesos de arranque de viruta, en donde la superficie se encuentra deformada y endurecida por la deformación plástica a causa de las herramientas de corte, causando esfuerzos en la zona superficial que pueden reducir la resistencia o inclusive fragilizar el material. Los acabados con remoción de material pueden eliminar estos esfuerzos.



ELIMINAR PUNTOS DE INICIACIÓN DE FRACTURAS Y AUMENTAR LA RESISTENCIA A LA FATIGA: una operación de acabado puede eliminar micro fisuras en la superficie.



NIVEL DE LIMPIEZA Y ESTERILIDAD: Una superficie sin irregularidades es poco propicia para albergar suciedad, contaminantes o colonias de bacterias.



PROPIEDADES MECÁNICAS DE SU SUPERFICIE



PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN



RUGOSIDAD



TOLERANCIAS DIMENSIONALES DE ALTA PRECISIÓN. (MAYORGA)

9.4.2 ACABADO POR CHORRO DE ARENA (SANDBLASTING).

PROCESO Un sin número de partículas abrasivas son lanzadas a alta velocidad contra el material. Inmediatamente antes del choque, las partículas están dotadas de energía cinética, que varía

55

según su cantidad y dimensiones; con una velocidad constante, a menor radio, mayor es la cantidad de partículas lanzadas y es menor su energía cinética. Las partículas sufren una violenta desaceleración en el instante del impacto, transformando parte de la energía cinética en calor, parte en energía de deformación o de fractura y parte en trabajo de limpieza, restando también una parte de energía cinética que no es transformada (partículas que rebotan). La eficiencia de la conversión de energía cinética en trabajo efectivo de limpieza depende de factores relacionados con el ángulo de incidencia del chorro, las características del abrasivo utilizado y al tipo de impureza a retirar. Por ejemplo, cuanto más perpendicular sea el chorro con relación a la superficie de trabajo, será mayor el componente de energía disponible para el rompimiento de impurezas sueltas y así el acabado superficial será más áspero. EQUIPO La disposición de un equipo para sandblasting incluye básicamente: compresor, equipo de propulsión y abrasivo. El compresor debe producir suficiente presión y volumen de aire para conducir el abrasivo desde el equipo de propulsión hasta la superficie a limpiar; el equipo de propulsión contiene el abrasivo y lo dosifica constantemente en la corriente de aire y el abrasivo es el componente más importante, ya que es el que produce el acabado de la superficie. Los tres métodos utilizados para impulsar el abrasivo son: fuerza centrífuga, presión de aire, o presión de agua. Los sistemas de fuerza centrífuga usan fuerzas inerciales y centrifugas para mecánicamente, impulsar el abrasivo. Los sistemas de aire, usan aire comprimido para impulsar el abrasivo hacia la superficie a limpiar. Finalmente, el sistema de agua usa indistintamente aire comprimido o agua a alta presión SEGURIDAD La operación con equipos de sandblasting conlleva peligros para personal no entrenado o que no tenga el equipo de seguridad apropiado. Para prevenir enfermedades y daños, es esencial que el operador, y cualquier persona que esté en el área, usen: casco con un suministro constante de aire y lentes especiales, traje, botas y guante.

56

Un equipo de sandblasting produce poderosas corrientes de partículas aguas, que además de limpiar una superficie, crean nubes de polvos potencialmente tóxicas. Entre los principales riesgos del sandblasting se puede mencionar: aire comprimido a alta presión, un abrasivo impulsado por aire desde la boquilla, impurezas en el aire, polvo tóxico del abrasivo y recubrimientos, alto ruido de la boquilla y el compresor. 9.4.3 ACABADO POR CHORRO DE GRANALLA

Este proceso es similar al de limpieza por chorro de arena excepto por el material de limpieza. En términos generales, podemos definir el proceso de granallado como aquel que se basa en el bombardeo de partículas abrasivas a alta velocidad que al impactar con la pieza tratada produce la remoción de los contaminantes de la superficie (pintura, óxido, calaminas, residuos de fundición y arena, rebabas de material de fundición, estampación, inyección, etc. El proceso centrífugo se desarrolló hace casi 50 años y es muy empleado en la actualidad; consiste en dirigir el chorro de abrasivos sobre la superficie que se desea limpiar a una velocidad de 80 m/s a 100 m/s. de acuerdo con el requerimiento el trabajo se puede limpiar en un barril, una mesa o en gabinetes especiales. A gran escala se utilizan transportadores para la aplicación de un chorro regular a los componentes. Un equipo de granallado está compuesto por: 

Cámara de granallado.



Turbinas centrífugas para el lance de abrasivo.



Sistema de filtración de polvo e impurezas.



Sistema de recirculación y limpieza del abrasivo (puede añadir separador magnético).



Sistema de carga (por ejemplo: skip de carga en granalladoras de tapiz de acero o goma).



Sistema de descarga (por ejemplo: canal o mesa vibrante Opcionales: Variador de frecuencia turbinas, Refuerzo cámara granallado con placas intercambiables de acero al manganeso, equipos de dimensiones especiales, etc.

El granallado destaca por ser un proceso automático, fiable, de altas prestaciones y mayormente aplicado en líneas de producción, ya que la intervención del operario puede

57

minimizarse tanto como se quiera, añadiendo al proceso de granallado una carga y descarga automáticas. El corazón del equipo de granallado sería la turbina centrífuga, mucho más productivo que una instalación de chorreado mediante aire comprimido, además el granallado logra una mayor uniformidad en la preparación superficial, al no intervenir un operario que deba situar la pieza y moverla y voltearla durante el chorreado, chorrearla a su criterio y sin parámetros constantes como distancia de chorreado y tiempo de exposición al abrasivo. En general, la limpieza y tratamientos superficiales buscan los siguientes beneficios en el material: 

Aumentar o controlar la dureza, obteniendo superficies más resistentes al desgaste o al rayado.



Obtener un coeficiente de fricción adecuado en el contacto entre dos superficies, ya sea disminuyéndolo como en un cojinete o aumentándolo como en un freno.



Disminuir la adhesión, como en contactos eléctricos en los que se pueda producir un arco eléctrico.



Mejorar la retención de lubricantes de la superficie.



Aumentar la resistencia a la corrosión y oxidación.



Aumentar la resistencia mecánica.



Reconstruir piezas desgastadas.



Controlar las dimensiones o la rugosidad.



Proporcionar características decorativas, como color o brillo. 10. ELEMENTOS DE PROTECCION PERSONAL

Cabe resaltar que un elemento fundamental que debe tener un operador para el trabajo en tratamientos térmicos es, una trayectoria formativa en hornos para tratamientos térmicos, dentro de la cual se capacitara en cuanto el orden, la normatividad, y detalladamente de los pasos del proceso sea térmico o termoquímico. Como norma general el trabajador encargado del proceso de temple, revenido, recocido, normalizado y de tratamientos termoquímicos, debe llevar puestos los siguientes elementos de protección personal: 58



Guantes de carnaza, termo protectores

Ilustración 9/GUANTES DE CARNAZA 

Delantal de cuero, termo protector

Ilustración 10/DELANTAL DE CUERO TERMO PROTECTOR

59



Careta, mascarilla para gases y vapores.

Ilustración 11/CARETA PARA GASES Y VAPORES 

Pinzas para ingresar y retirar la pieza a tratar en el horno.

Ilustración 12/PINZAS PARA INGRESAR Y RETIRAR LA PIEZA

En los termoquímicos se recomienda generalmente adicionar también una máscara de protección con filtros óptimos que impidan la inhalación del compuesto químico con el que se trabaja a altas temperaturas. En cuanto a los EPP para los tratamientos superficiales y la limpieza, en general se usan: -

PARA LOS QUÍMICOS: debido a que se trabaja principalmente con productos químicos fuertes, se necesitan de los siguientes elementos de protección personal: 60



Guantes



Mascarilla



Delantal



Botas

-

PARA LOS MECÁNICOS: debido a la polución elevada que produce el impacto de las moléculas de arena y granalla con el material, los trabajadores deben tener una protección alta, y muy calificada como:



Traje de cuerpo completo, traje encapsulado con suministro de aire.

61



Guantes de latexafelpados.

62

11. MARCO LEGAL EPP En Colombia los requerimientos para el uso y la implementación de Elementos de protección Personal en los lugares de trabajo, se encuentran contemplados en la Ley 9 de enero 24 de 1979 (Titulo III SALUD OCUPACIONAL, Artículos 122 a 124).

Elementos de protección personal 

ARTÍCULO 122: Todos los empleadores están obligados a proporcionar a cada trabajador, sin costo para éste, elementos de protección personal en cantidad y calidad acordes con los riesgos reales o potenciales existentes en los lugares de trabajo.



ARTÍCULO 123: Los equipos de protección personal se deberán ajustar a las normas oficiales y demás regulaciones técnicas y de seguridad aprobadas por el Gobierno.



ARTÍCULO 124: El Ministerio de Salud reglamentará la dotación, el uso y la conservación de los equipos de protección personal.

Y en la Resolución 2400 de mayo 22 de 1979 (Titulo IV, Capitulo II DE LOS EQUIPOS Y ELEMENTOS DE PROTECCIÓN, Artículos 176 a 201), dispone: 

ARTÍCULO 176: En todos los establecimientos de trabajo en donde los trabajadores estén expuestos a riesgos físicos, mecánicos, químicos, biológicos, etc, los patronos suministrarán los equipos de protección adecuados, según la naturaleza del riesgo, que reúnan condiciones de seguridad y eficiencia para el usuario.



ARTÍCULO 177: En orden a la protección personal de los trabajadores, los patronos estarán obligados a suministrar a éstos los equipos de protección personal

63

11. CONCLUSIONES

Es inminente el desarrollo tan desmesurado que ha tenido la industria a lo largo de las últimas décadas, siendo la innovación adoptada en todos los campos de estudio y los procesos industriales e ingeniería de los materiales no han sido la excepción. El hombre desde la antigüedad hasta los tiempos actuales siempre ha buscado de una u otra forma la manera para innovar, crear y mejorar cosas que ayuden a su vida diaria; lo anterior lo podemos evidenciar en los diversos estudios que se le han desarrollado a los materiales especialmente a los metales, de dichos estudios estructurales y de composición se derivan los distintos procesos para los cuales son aptos y así mejorar las propiedades u obtener las que más se necesiten en la actualidad. Los tratamientos térmicos son uno de los muchos pilares fundamentales de la producción de un país, pues con estos se hacen en su mayoría las maquinarias y herramientas para hacer producciones y trabajos en masa. Una vez se conoce el comportamiento de un material se puede llevar a mejorarlo y acondicionarlo según nuestras necesidades, ya sea con temple, revenido, recocido o normalizado, podemos darle unas propiedades como dureza, endurecer, mejorar la maquinabilidad entre otras al material sometido. Podemos distinguir dos razones principales para efectuar tratamientos térmicos en los cuales se pretende conseguir un endurecimiento (temple) o un ablandamiento (recocido). Es importante comprender que cada proceso tiene su campo de aplicación específico y sólo en pocos casos se puede sustituir uno por otro. Los tratamientos térmicos son una serie de procesos fundamentales a la hora de trabajar un material, pues se puede mejorar desde sus propiedades tanto interna como externamente, ya sea mediante los principales tratamientos térmicos o lo termoquímicos (superficiales), y para completar o terminar en la mejor condición nuestro material someterlo a una limpieza o tratamiento superficial el cual se encargará de dar un acabado óptimo.

64

12. BIBLIOGRAFÍA

http://www.bodycote.com/es-ES/services/heat-treatment/solution-and-age/stainless-steels.aspx https://www.ecured.cu/Tratamiento_t%C3%A9rmico https://www.escuelaing.edu.co/uploads/laboratorios/1537_tratamientostermicosr2.pdf https://www.google.com.co/search?q=ETAPAS+DEL+TRATAMIENTO+TERMICO&rlz=1C1 CHZL_esCO760CO760&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiqhe2hx4LaAhVS2V MKHTCVBOIQ_AUICigB&biw=1242&bih=579#imgrc=VUWjOooA1bqoxM http://www.tecnosefarad.com/wpcontent/archivos/bach_2/materiales/T3_tratamientos_termicos.pdf http://www.bodycote.com/es-ES/services/heat-treatment/harden-and-temper/austempering.aspx https://es.wikipedia.org/wiki/Horno_continuo http://www.ceramifor.com/es/Ceramics/Hornos/Hornos-Intermitentes-D15 https://www.google.com.co/search?q=HORNO+INDUSTRIAL&rlz=1C1CHZL_esCO760CO76 0&oq=HORNO+INDUSTRIAL&aqs=chrome..69i57j69i60l2j0l3.2271j0j7&sourceid=chrome&i e=UTF-8 http://powdertronic.com/tipos-de-horno-industrial-para-tratamiento-termico/ https://estudioyensayo.files.wordpress.com/2008/11/cementacion.pdf https://www.feandalucia.ccoo.es/docu/p5sd8426.pdf https://www.feandalucia.ccoo.es/docu/p5sd8426.pdf https://laboratoriodeforja2.wordpress.com/2017/06/14/recocido/

65