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• Edson Zurita Campos

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TEMA: NORMALIZADO Y EL RECOCIDO

MATERIA: FUNDICIÓN Y TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS MATERIALES - TTF200

NOMBRE DEL GRUPO: SIN NOMBRE

INTEGRANTES:

EDSON ZURITA CAMPOS SERGIO RUBEN CALDERON PADILLA

SANTA CRUZ - BOLIVIA

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ÍNDICE

3.1 DEFINICION Y OBJETIVO. ............................................................................. 3 3.1.1 Recocido. ..................................................................................................... 3 3.1.1.1 Objetivo del Recocido. ............................................................................. 3 3.1.2 Normalizado. ................................................................................................ 3 3.1.2.1 Objetivo del Normalizado. ....................................................................... 3 3.2 CLASE DE NORMALIZADO Y RECOCIDO. ................................................... 3 3.2.1 Tipos de Recocido....................................................................................... 3 3.2.1.1 Recocido de regeneración total. ............................................................. 4 3.2.1.2 Recocido de globulización o esferoidización. ....................................... 4 3.2.1.3 Recocido sub críticos. ............................................................................. 4 3.2.1.3.1 Recocido de ablandamiento. ................................................................ 4 3.2.1.3.2 Recocido contra acritud. ...................................................................... 4 3.3 APLICACIONES. ............................................................................................. 5 3.3.1 Recocido: Beneficios. ................................................................................. 5 3.3.1.1 Aplicaciones y materiales. ....................................................................... 5 3.3.2 Normalizado: Beneficios............................................................................. 5 3.4 ETAPAS. .......................................................................................................... 5 3.4.1 CALENTAMIENTO. TEMPERATURAS SEGÚN PORCENTAJE DE CARBONO. ........................................................................................................ 5 3.4.2 PERMANENCIA. CRITERIOS DE TIEMPO DE CALENTAMIENTO. ........... 8 3.4.3 ENFRIAMIENTO. MEDIOS DE ENFRIAMIENTO. ........................................ 8 3.5 LECTURA E INTERPRETACION DE DIAGRAMAS TIEMPO DE FLUENCIA. .......................................................................................................................... 10 3.6 TRABAJOS DE APLICACIÓN PRÁCTICA. .................................................. 12

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NORMALIZADO Y EL RECOCIDO.

3.1 DEFINICION Y OBJETIVO. 3.1.1 Recocido. El recocido es un proceso de tratamiento térmico utilizado para reducir la dureza, aumentar la ductilidad y ayudar a eliminar las tensiones internas. Consiste en calentar el material hasta una temperatura determinada durante un tiempo previsto y dejarlo enfriar lentamente. Tiene por finalidad suprimir los defectos del temple. Aquí se maneja temperatura y tiempo. En acero es el tratamiento térmico que en general, tiene como finalidad principal ablandar el acero, regenerar la estructura de aceros sobre calentados o simplemente eliminar las tensiones internas que siguen a un trabajo en frio. 3.1.1.1 Objetivo del Recocido. - Eliminar tensiones del temple - Aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad - Conseguir una microestructura especifica 3.1.2 Normalizado. La normalización tiene como objetivo proporcionar una estructura uniforme y de grano fino al acero. El proceso se utiliza para obtener una microestructura predecible y una garantía de las propiedades mecánicas del acero. El normalizado consiste en un calentamiento a temperatura ligeramente superior a la temperatura crítica superior seguido de un enfriamiento a temperatura ambiente. 3.1.2.1 Objetivo del Normalizado. -

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La normalización se utiliza generalmente para las piezas de acero que requieren la máxima cantidad de fuerza y resistencia al impacto. Para la preparación de la pieza para el temple. Se emplea casi exclusivamente para los aceros de construcción al carbono o de baja aleación.

3.2 CLASE DE NORMALIZADO Y RECOCIDO. 3.2.1 Tipos de Recocido. MECÁNICA INDUSTRIAL 3

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3.2.1.1 Recocido de regeneración total. Se trata de un tipo de recocido, consistente en calentar al material hasta conseguir la austenización completa, o sea, calentar a temperatura ligeramente superior a la crítica superior, mantener el tiempo suficiente para conseguir una total homogeneización térmica, y enfriar a una velocidad muy lenta. La finalidad es la de ablandar al acero y regenerar su estructura, nombre que da a este tipo de recocido. 3.2.1.2 Recocido de globulización o esferoidización. Cuando se calientan aceros que tienen más de 0,5% de carbono hasta llegar justamente por debajo de la temperatura crítica inferior, la cementita en los cristales tiende a hacerse esferas. Este proceso se denomina esferoidizacion de la cementita perlitica. Este proceso se usa en aceros hipoeutectoides (contenido de carbono de 0,77%) para ablandarlos después de un anterior trabajo en frio. Los valores más altos de ductilidad por lo general están asociados con la microestructura globulizada 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 se desea obtener globulizacion en piezas como placas delgadas que deben tener alta ductibilidad y baja dureza. 3.2.1.3 Recocido sub críticos. 3.2.1.3.1 Recocido de ablandamiento. Se utiliza para poder trabajar adecuadamente con materiales templados o ricos en carbono (sobre 0,9 %), los cuales no serían tan manejables si no existe un ablandamiento del mismo. 3.2.1.3.2 Recocido contra acritud. Este tiene por objetivo destruir el endurecimiento producido por la deformación en frió de los metales y hacer una estructura cristalina para así darle buen brillo y conductividad eléctrica. Aplica a todos los metales que se endurecen por deformación en frío. Este tratamiento se da cuando no se enfría adecuadamente y no se logran las MECÁNICA INDUSTRIAL 4

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propiedades a las que se quería llegar y busca la cristalinidad, que tenga buen brillo, mejor conductor. Controla el enfriamiento. 3.3 APLICACIONES. 3.3.1 Recocido: Beneficios. - Dependiendo de las propiedades deseadas, los beneficios varían e incluyen: - Mecanizado más fácil. - Estabilidad dimensional. - Mejora de las propiedades mecánicas y eléctricas. 3.3.1.1 Aplicaciones y materiales. Principalmente, los productos semi acabados, como piezas forjadas, láminas y alambres trabajados en frío, piezas de fundición, etc. Las variaciones de recocido se pueden aplicar a todos los metales. 3.3.2 Normalizado: Beneficios. Tras el forjado, la laminación en caliente o la fundición, la microestructura de un acero es a menudo poco homogénea y formada por granos de gran tamaño y componentes estructurales indeseables, como bainita y carburos. Dicha microestructura tiene un impacto negativo en las propiedades mecánicas del acero, así como en la maquinabilidad. La normalización permite que el acero obtenga una estructura homogénea de grano más fino con propiedades predecibles y maquinabilidad. 3.3.2.1 Aplicaciones y materiales. 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 (aproximadamente, 100-250 HB). 3.4 ETAPAS 3.4.1 Calentamiento. Temperaturas según porcentaje de carbono. Las piezas de poco espesor y de formas sencillas se pueden introducir directamente en los hornos calientes a una temperatura entre 750 y 850ºC. Cuando las piezas son gruesas, el calentamiento debe ser progresivo y uniforme. MECÁNICA INDUSTRIAL 5

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Los calentamientos rápidos son muy peligrosos en piezas gruesas y este efecto negativo se agrava cuando aumenta el contenido de carbono del acero, en los cuales el porcentaje de perlita es alto. Si representamos en un gráfico temperatura- composición los puntos en los que se producen estas transformaciones, obtendremos unas líneas que se corresponden con las condiciones de las transformaciones. Las líneas más importantes que se obtienen reciben los siguientes nombres: A1 (Ac1 ó Ar1): Temperatura del eutectoide. A3 (Ac3 o Ar3): Línea de transformación alotrópica de austenita en ferrita. Am (Acm o Arm): Curva de pérdida de solubilidad de carbono en la austenita.

Diagrama Fe-C – Fuente: http://e-ducativa.catedu.es

En el diagrama Fe-C puede verse como cuando un acero con un contenido bajo en carbono es enfriado lentamente, su estructura estará formada principalmente por ferrita. MECÁNICA INDUSTRIAL 6

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Si se trata de un acero de alto contenido en carbono se favorece la formación de cementita dura. Y para aceros de un 0.8 % de carbono la estructura obtenida es 100 % perlítica. Para el estudio de las transformaciones de fase del acero se utilizará el acero eutectoide. Este acero es el que se corresponde con una composición del 0.8%C y un estructura 100% de perlita. Para el resto de los aceros habrá que tener en cuenta la presencia de otros constituyentes estructurales, como la ferrita y la cementita.

Diagrama de Equilibrio Fe – Fe3C – Fuente: https://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/fcm13_2.html

El diagrama de equilibrio se representa hasta un contenido del 6.67% de C, correspondiente a la composición del carburo de hierro que recibe el nombre de cementita. En el diagrama de equilibrio se observan las siguientes fases sólidas: ferrita d, austenita (g), ferrita a, y cementita (Fe3C). La ferrita d es una solución sólida de carbono en hierro d que tiene una estructura c.c. y un límite de solubilidad máxima de carbono de 0.09% a 1465°C. La austenita (g), es una solución intersticial de carbono en el MECÁNICA INDUSTRIAL 7

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hierro g que tiene una estructura cristalina y presenta una solubilidad máxima del carbono mucho mayor, alrededor del 2.08% a 1148°C, que disminuye hasta el 0.8% a 723°C, temperatura eutectoide. La ferrita a es una solución sólida de carbono en el hierro a que tiene igualmente una estructura cristalina y presenta una solubilidad del carbono muy reducida, tan sólo del 0.02% a la temperatura eutectoide y que disminuye hasta 0.005% de C a temperatura ambiente. La cementita es un compuesto intermetálico formado por un átomo de carbono y tres de hierro. La cementita es un compuesto duro y frágil. De las reacciones que tienen lugar en el diagrama, la más importante es la reacción eutectoide en la que la austenita produce un desdoblamiento a ferrita y cementita, formando el nuevo constituyente denominado perlita.

3.4.2 PERMANENCIA. CRITERIOS DE TIEMPO DE CALENTAMIENTO. Para que se forme una austenita homogénea es necesario que el porcentaje de carbono sea el mismo en toda la masa de la pieza. La difusión del carbono es más rápida cuando aumenta la temperatura. El tiempo de permanencia oscila entre media hora y una hora por pulgada de espesor de pieza.

3.4.3 ENFRIAMIENTO. MEDIOS DE ENFRIAMIENTO. Cuando se mantiene el acero a una temperatura más elevada que la temperatura crítica superior, los cristales de austenita tienden a aumentar de tamaño, cuanto más alta sea la temperatura, mayor duración del calentamiento. Para afinar el grano bastará con calentar la pieza a una temperatura lo más justo por encima de la crítica y luego enfriar más o menos rápidamente al aire. Para este análisis emplearemos el diagrama T.T.T. correspondiente al acero eutectoide (0.8%C). En estos gráficos se representa en el eje de abscisas el tiempo en escala logarítmica y en el eje de ordenadas la temperatura.

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Diagrama TTT. Fuente: http://e-ducativa.catedu.es

Las curvas rojas indican el tiempo requerido para que, fijada una temperatura constante cualquiera (proceso isotermo), la austenita se transforme en otra fase. Las estructuras que se forman también se indican sobre el diagrama. Las curvas azules se obtienen utilizando una serie de probetas de un cierto tipo de acero calentadas hasta que han alcanzado la temperatura ligeramente superior a la de temperatura de austenización y mantenidas en esa temperatura el tiempo suficiente como para que toda la probeta se haya austenizado completamente. A continuación se comienza a enfriar cada una de las probetas a distintas velocidades y se van observando los microconstituyentes que se van obteniendo. Cada enfriamiento dará lugar a una curva diferente: La línea V1: Se corresponde con un enfriamiento lento. Como producto final se obtiene como una perlita de poca dureza (láminas gruesas). La línea V2: Corresponde a un enfriamiento más rápido. La velocidad de difusión disminuye formándose productos más dispersos y más duros, pero el microconstituyente obtenido sigue siendo perlita, aunque de grano más fino, llamado también sorbita. A medida que va aumentando la velocidad de enfriamiento se obtienen diferentes líneas, y como producto final diferentes microconstituyentes. Así la línea V3 produce trostita, la V4 bainita superior y la V5 vainita inferior. Hay que tener en cuenta que para templar el acero, lo que se pretende es que toda la austenita se transforme en martensita. Es por ello que el MECÁNICA INDUSTRIAL 9

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enfriamiento ha de realizarse a una velocidad tal que no tengan tiempo de producirse los procesos difusivos de descomposición de la austenita en la región superior de temperaturas (V6). A la velocidad mínima de enfriamiento, para que se forme martensita a partir de la austenita se le denomina velocidad crítica de temple (VC). Por lo tanto para templar un acero es necesario que se enfríe con una velocidad mayor que la crítica, de lo contrario se obtendrían productos perlíticos, principalmente troostita o bainita, lo que disminuirá la dureza del material tratado. La severidad de un agente refrigerante puede valorarse no sólo cualitativamente (tiene más severidad el agua que el aceite y éste más que el aire), sino también cuantitativamente. Los medios de enfriamiento más corrientes son el agua, aceite, agua salada muy agitada, baños de sales fundidas, plomo fundido, aire en calma y a presión, etc. Las velocidades de enfriamiento más elevadas se consiguen con salmueras agitadas. 3.5 LECTURA E INTERPRETACION DE DIAGRAMAS TIEMPO DE FLUENCIA. Las curcas tensión-deformación, usualmente se obtienen mediante ensayos de laboratorio realizados mediante normas estandarizadas y utilizando probetas también estandarizadas. Se fijan la velocidad de carga y temperatura.

Diagrama básico de tensión de un material dúctil. Fuente: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/TEMAII.2.7.PROPIEDADESMECANICAS.pdf MECÁNICA INDUSTRIAL 10

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Del diagrama anterior identificamos que: P: es el límite de proporcionalidad. E: Es el límite elástico, se puede identificar dos zonas: zona de elasticidad proporcional OP donde se cumple la Ley de HOOKE, en la que los alargamientos son proporcionales a los esfuerzos. La zona PE es la no proporcional. Sobrepasando el punto E se entra en la zona elástico-plástica (E-Fi), en la cual en el caso de cesar la fuerza se observaran deformaciones permanentes, lo que imposibilita que el material vuelva a recuperar las condiciones iniciales. La zona conformada entre Fs- Fi es la zona de Fluencia donde las deformaciones crecen rápidamente sin apenas aumentar la carga. Las importantes deformaciones que tienen lugar en la zona de fluencia, producen a partir del punto Fi un aumento en la resistencia del material que se conoce como acritud. (La acritud es una propiedad mecánica que adquieren los metales como consecuencia de la deformación en frío, también conocida como proceso de endurecimiento por acritud, que aumenta su dureza, fragilidad y resistencia, aunque los hace perder, al mismo tiempo, su ductilidad o maleabilidad. De hecho, a los materiales con una elevada acritud también se les denomina agrios.) Alcanzando Fi, es necesario aumentar la carga durante el periodo de fortalecimiento y la curva es creciente hasta el punto R, este es el punto correspondiente a la máxima tensión o tensión de rotura. La rotura no se produce en el punto R sino después de un periodo en el cual la probeta se estira rápidamente reduciéndose su sección hasta que se produce la rotura con un esfuerzo menor en el punto K (tensión ultima). La zona entre Fi y K es la zona plástica, en la que también se puede distinguir dos zonas, la zona de fortalecimiento (acritud) definida por los puntos Fi y R y la zona de formación de huso y rotura (RK).

3.6 TRABAJOS DE APLICACIÓN PRÁCTICA. Los tratamientos térmicos son un modo importante de cambiar la resistencia, dureza, ductilidad y otras propiedades de los metales. Los tratamientos térmicos involucran varios procesos de calentamiento y enfriamiento para efectuar cambios estructurales en un material. Los objetivos que se persiguen mediante estos procesos son variados, pero entre ellos podemos destacar: MECÁNICA INDUSTRIAL 11

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- Mejorar la dureza superficial de las piezas, sin disminuir la tenacidad del núcleo. - Aumentar la resistencia al desgaste aumentando el poder lubrificante. - Aumentar la resistencia a la fatiga y/o la corrosión, sin modificar otras propiedades esenciales tales como ductilidad. Se aplican sobre herramientas de arranque de viruta, camisas de pistones. La industria ha mejorado y progresado a pasos acelerados durante los últimos años, por tal motivo el ser humano ha tenido la necesidad de buscar métodos que permitan a la industria, lograr procesos para asegurarse de que sus productos cumplan con los requisitos mínimos de calidad, establecidos por la propia empresa, así como cumplir los requerimientos del cliente para lograr una mayor competitividad. De tal manera, a lo largo de la historia, se ha tenido la necesidad de darle mejores propiedades a los materiales, ya que las que presentan con normalidad los materiales, no cumplen con los requerimientos necesarios para ciertas aplicaciones, para esto se han implementado diferentes tratamientos térmicos que permiten lograr las más diversas características del acero y sus aleaciones, así como de otros muchos metales. Es importante comprender que cada proceso tiene su campo de aplicación específico y sólo en pocos casos se puede sustituir uno por otro. Por ello es conveniente consultar antes de elegir el material a usar, acerca del proceso más apropiado y hacer los ensayos de puesta a punto correspondientes. También es prudente remitir muestras del material elegido para verificar sus cualidades con respecto al tratamiento elegido.

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FUENTES Y BIBLIOGRAFÍA - http://www.tornillosorquidea.com.ve/tratamientostermicos.html, recuperado 10/03/2018. - http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Tema1.TratamientosAceros.pdf, recuperado 10/03/2018. - http://www.bodycote.com/es-ES/services/heat-treatment/annealingnormalising/annealing.aspx, recuperado 10/03/2018. - https://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/fcm13_2.html, recuperado 10/03/2018. - http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/TEMAII.2.7.PROPIEDADESMECANICAS.pdf, recuperado 10/03/2018. https://es.slideshare.net/alvalo/tratamiento-trmico-diagramas-fec-ttt-estadosalotropicos-del-hierro-37705169, recuperado 10/03/2018. https://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/pfcm13_2_1.html, recuperado 10/03/2018. http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4911/html/index.html, recuperado 10/03/2018. https://es.slideshare.net/albertojeca/recocido?next_slideshow=1, recuperado 10/03/2018. https://es.slideshare.net/giselle08/tratamiento-trmiconormalizado?next_slideshow=1, recuperado 10/03/2018. https://prezi.com/ggmvp7k4gbnn/aplicaciones-de-tratamientos-termicos/, recuperado 10/03/2018. https://es.scribd.com/document/148191159/El-Enfriamiento-o-Calentamiento-DelAcero, recuperado 10/03/2018. https://es.wikipedia.org/wiki/Tratamiento_t%C3%A9rmico, recuperado 10/03/2018. http://www.monografias.com/trabajos95/sistema-control-calidad-del-procesotratamiento-termico-del-acero-30xc/sistema-control-calidad-del-procesotratamiento-termico-del-acero-30xc.shtml, recuperado 10/03/2018. https://www.escuelaing.edu.co/uploads/laboratorios/1537_tratamientostermicosr2. pdf, recuperado 10/03/2018.

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CUESTIONARIO 1. ¿Qué son los tratamientos térmicos? R. El tratamiento térmico se define como una combinación de operaciones de calentamiento y enfriamiento aplicadas a metales y aleaciones en estado sólido para obtener las condiciones o propiedades deseadas. Los tratamientos térmicos pueden utilizarse para homogeneizar el fundido de las aleaciones metálicas, para mejorar su ductilidad en caliente, para ablandar los metales antes o durante su procesamiento en frío o en caliente, o para modificar su microestructura con el fin de obtener las propiedades mecánicas deseadas. 2. ¿Qué es recocido? R. El recocido es un proceso de tratamiento térmico utilizado para reducir la dureza, aumentar la ductilidad y ayudar a eliminar las tensiones internas. Consiste en calentar el material hasta una temperatura determinada durante un tiempo previsto y dejarlo enfriar lentamente. Tiene por finalidad suprimir los defectos del temple. Aquí se maneja temperatura y tiempo. 3. ¿Qué es normalizado? R. La normalización tiene como objetivo proporcionar una estructura uniforme y de grano fino al acero. El proceso se utiliza para obtener una microestructura predecible y una garantía de las propiedades mecánicas del acero. El normalizado consiste en un calentamiento a temperatura ligeramente superior a la temperatura crítica superior seguido de un enfriamiento a temperatura ambiente.

4. ¿Cuál es la importancia del control de temperatura de calentamiento en los tratamientos térmicos? R. El control de la temperatura radica en función de la estructura del acero que se desea alcanzar para poder dar al producto obtenido las características necesarias para su uso final. Esto se realiza mediante la aplicación del Diagrama de Equilibrio Fe – Fe3C.

5. ¿Cuáles son los beneficios de la aplicación de los tratamientos térmicos en los materiales de uso común?

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R. Esencialmente lo que se persigue aplicando tratamiento térmico a los materiales comunes es: - Mejorar la dureza superficial de las piezas, sin disminuir la tenacidad del núcleo. - Aumentar la resistencia al desgaste aumentando el poder lubrificante. - Aumentar la resistencia a la fatiga y/o la corrosión, sin modificar otras propiedades esenciales tales como ductilidad. 6. ¿Cuáles el objetivo del normalizado? R. La normalización se utiliza generalmente para las piezas de acero que requieren la máxima cantidad de fuerza y resistencia al impacto. Para la preparación de la pieza para el temple. Se emplea casi exclusivamente para los aceros de construcción al carbono o de baja aleación. 7. ¿Cuál es el objetivo del recocido? R. Eliminar tensiones del temple, aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad, conseguir una microestructura especifica. 8. ¿A qué materiales se aplica el normalizado? R. 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 (aproximadamente, 100-250 HB). 9. ¿A qué materiales se aplica el recocido? R. Principalmente a 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. 10. Mencione brevemente los tipos de recocido. R. Recocido de regeneración total: Se trata de un tipo de recocido, consistente en calentar al material hasta conseguir la austenización completa, o sea, calentar a temperatura ligeramente superior a la crítica superior. Recocido de globulización o esferoidización: Cuando se calientan aceros que tienen más de 0,5% de carbono hasta llegar justamente por debajo de la temperatura crítica inferior, la cementita en los cristales tiende a hacerse

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esferas. Este proceso se denomina también esferoidizacion de la cementita perlitica. Recocido sub críticos: Recocido de ablandamiento: Se utiliza para poder trabajar adecuadamente con materiales templados o ricos en carbono (sobre 0,9 %), los cuales no serían tan manejables si no existe un ablandamiento del mismo. Recocido contra acritud: Este tiene por objetivo destruir el endurecimiento producido por la deformación en frió de los metales y hacer una estructura cristalina para así darle buen brillo y conductividad eléctrica.

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