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• Diego Asenjo Carrasco

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Mantenimiento Industrial

TRATAMIENTOS TERMICOS RECOCIDO

NOMBRE: Diego Asenjo, Daniel Ovalle, Eric Solís CARRERA: IMMI ASIGNATURA: Ing. Mecánica en Mantenimiento Industrial PROFESOR: Marco Bustos B. FECHA:

Introducción 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). La utilización de tratamientos térmicos permite lograr las más diversas características del acero y sus aleaciones, así como de otros muchos metales. En consecuencia dichos tratamientos tienen una importancia primordial en las distintas fases de fabricación de la industria moderna. En este artículo se pretende dar una somera información sobre los diferentes tratamientos térmicos, sus procedimientos y resultados.

Objetivos

General Definir, clasificar el tratamiento térmico de recocido en los metales y sus aplicaciones Secundarios Describir la función de los tratamientos térmicos de los materiales, según tiempo de calentamiento y enfriamiento. Asociar los tratamientos térmicos con las propiedades mecánicas de los materiales de acuerdo a su aplicación.

Desarrollo del tema Desde la antigüedad, el inmenso valor de los metales para el progreso de la civilización se pudo atribuir a la facilidad con que se podían conformar plásticamente a una temperatura ambiente y con mayor facilidad aun a temperaturas elevadas. En segundo lugar, solo a su comportamiento elástico y plástico se debe la capacidad del hierro que contiene carbono, llamado acero para volverse muy duro al ser calentado y luego rápidamente enfriado en un medio como el agua. Otros métodos de tratamiento térmico como el temple, el recocido y el alivio de esfuerzos tienen también un gran efecto en los metales.

Tratamientos térmicos El cambio o modificación de las propiedades de un material con calentamiento y enfriamiento controlados se denomina tratamiento térmico y es un término genérico que incluye los procesos de reblandecimiento, endurecimiento y tratamiento de superficies. El tratamiento térmico, incluye calentar y enfriar la pieza de trabajo para alterar su estructura. Para evitar o minimizar los efectos indeseables de la configuración de la pieza de trabajo, en el acabado de la superficie y en las tolerancias dimensionales, la preparación del trabajo y el tipo de pieza de trabajo antes del tratamiento, son factores que deben considerarse. Se ha encontrado que la forma física o el diseño de una pieza se refleja en el tratamiento térmico. Por tanto, se deben tener en cuenta factores básicos a considerar, como el equilibrio de las áreas de masa, evitar esquinas agudas y cortes internos como cuñeros y mantener el mismo espesor de los cubos de engranes, poleas y herramientas de corte. https://books.google.cl/books?id=4W5-vnDlvgC&printsec=frontcover&dq=tratamientos+termicos&hl=es419&sa=X&ved=0ahUKEwjupL748rTiAhWQJ7kGHT_aDJwQ6AEIKDAA#v=onepage&q= tratamientos%20termicos&f=false (pagina,11) Los tratamientos térmicos en los aceros se clasifican en cinco grupos principales: a) Los recocidos b) El normalizado c) El temple o templado d) El revenido e) Tratamientos térmicos especiales.

Recocido

Definición: El recocido es un tratamiento térmico cuya finalidad es el ablandamiento, la recuperación de la estructura o la eliminación de tensiones internas generalmente en metales. Este proceso consiste en calentar el acero a la temperatura adecuada y luego enfriar lentamente a lo largo del intervalo de transformación, preferentemente en el horno o en cualquier material que sea buen aislante al calor. El propósito del recocido suele ser refinar el grano, proporcionar suavidad, mejorar las propiedades eléctricas y magnéticas y, en algunos casos, mejorar el maquinado. Como la masa total del horno debe enfriarse junto con el material, el recocido es un proceso de enfriamiento muy lento y, por tanto, llega a estar muy próximo al diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro. Las operaciones del recocido se ejecutan algunas veces con el único propósito de aliviar los esfuerzos residuales en las piezas 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 la variación dimensionales que puedan resultar de una u otra manera las partes que fueron sometidas a esfuerzos. Cuando se aplica a aleaciones ferrosas, el termino recocido implica un recocido total o completo del material. Se define como el recocido de una aleación ferrosa, austenitizada y luego enfriada lentamente dentro del horno (cerrado y apagado) a través del rango total de transformación.

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.



Eliminar las tensiones del temple.

Propiedades que aporta el recocido en los metales



Aumenta la elasticidad, mientras que disminuye la dureza.



Facilitar el mecanizado de las piezas al homogenizar la estructura y afinar el grano.



Eliminar la Acritud que produce el trabajo en frio y las tensiones internas.



Aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad del material.

Este proceso se efectúa totalmente en estado solido y puede dividirse en las 3 fases siguientes: M.I. FELIPE DÍAZ DEL CASTILLO RODRÍGUEZ, M.I. ALBERTO REYES SOLÍS. (CUAUTITLÁN IZCALLI. 2012), nos indica que:

Recuperación o restauración.- En esta primera etapa el material recupera sus propiedades físicas, como son: conductividad térmica, conductividad eléctrica, resistividad, etc. Las propiedades mecánicas no cambian.(p.95).

Recristalización.- En esta segunda etapa, los materiales trabajados en frio sufren una recristalización, en la que aparece un nuevo juego de granos libres de deformación. Desaparece la dureza y la resistencia adquirida por el trabajo en frio y se recupera la ductilidad.(p.95).

Crecimiento del grano.- En esta tercera etapa los granos grandes crecen a expensas de los granos pequeños, teniendo como objetivo lograr un tamaño de grano homogéneo y no que en realidad se desee que crezca el grano.(p95).

El recocido depende casi totalmente de dos factores: A)La formación de austenita B)La subsecuente transformación de la austenita. Etapas del recocido : 

Calentamiento del material hasta una temperatura prefijada.



Permanencia del material durante un cierto tiempo a la temperatura anterior



Enfriamiento lento hasta la temperatura ambiente a una velocidad determinada

Calentamiento 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. 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. Permanencia Para que se forme una austenita homogénea es necesario que el porcentaje de carbono debe ser el mismo en toda la masa de la pieza. La difusión del carbono es más rápida cuando aumenta la temperatura.

Enfriamiento Cuando se mantiene el acero a una temperatura mas elevada que la temperatura critica superior, los cristales de austenita tienden a aumentar de tamaño, cuando mas alta sea la temperatura mayor duración del calentamiento. Para afinar el grano bastara con calentar la pieza a una temperatura lo mas justo por encima de la critica y luego enfriar más o menos rápidamente al aire.

Tipos de Recocido: 

Para eliminación de esfuerzos



Embastecimiento de grano



Por esferoidizacion o globular



Isotérmico



Homogenización

Recocido de embastecimiento de grano: Se practica calentaron a una temperatura muy superior a Ac3, a la que se disuelven muchos gérmenes, impurezas y bordes de grano, con el objetivo de obtener un grano basto que mejore la maquinabilidad. Para lograr este recocido se debe mantener entre 950 y 1000° C y debe tener un enfriamiento rápido hasta Ac1. Con este tratamiento se consigue una distribución mas satisfactoria de las impurezas lo que reduce la resistencia al envejecimiento y mejora las propiedades mecánicas Aplicaciones. Se aplica a los aceros blandos no aleados y especialmente a los de cementación que embotan a las herramientas en el mecanizado. La fragilización que acompaña al aumento de grano facilita los maquinados finos y finísimos.

https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/8._Tratamientos_c on_enfriamiento_lento_v2.pdf (pág. 5)

Recocido para eliminación de esfuerzos: Este Recocido se diferencia del Recocido Total ya que el acero es calentado hasta una temperatura más baja (un poco más alta que la línea de temperatura eutectoide). Consiste en calentar a una temperatura por debajo de Ac1, entre 550 y 650ºC, mantener entre 30 y 120 min y enfriar lentamente. Para los aceros hipoeutectoides el recocido incompleto, como también se llama este proceso. Este proceso solo produce la recristalización parcial del acero a cuenta de la transformación Perlita Austenita. La Ferrita en exceso solo parcialmente pasa a la solución sólida y no se somete totalmente a la recristalización.

Este proceso facilita el tratamiento mecánico en caliente de aquellos acero hipoeutectoides que no formaron un grano basto dentro de la estructura.

Aplicaciones. se utiliza para la eliminación de tensiones internas, sin producir variaciones esenciales en las propiedades existentes y mejorar la facilidad de elaboración por corte, para piezas difíciles de templar.

https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/8._Tratamientos_con_ enfriamiento_lento_v2.pdf (Pág. 6)

Recocido de Difusión o de Homogeneización. Se realiza a temperaturas muy elevadas, entre 1000 y 1100ºC y durante tiempos prolongados. Su finalidad es conseguir una distribución satisfactoria de los componentes solubles, homogenizando la composición química, con lo que se logra una completa uniformidad estructural. Como su nombre lo indica, se utiliza el fenómeno de la difusión para obtener un material homogéneo (segunda denominación). El objetivo de este tipo de recocido es el de reducir la heterogeneidad química provocada por la solidificación. Esta heterogeneidad es la consecuencia de la segregación cristalina y en bloque. Debido a que la velocidad de difusión es una función exponencial de la temperatura, se hará el recocido de difusión a la temperatura más alta posible. La influencia de este tratamiento sobre las diferentes segregaciones depende principalmente de:   

Las diferencias en concentración Las distancias de difusión La velocidad de difusión de los diferentes elementos

A una escala cristalina, la segregación de los elementos solubles desaparece rápidamente, ya que las diferencias de concentración y las distancias de difusión son pequeñas. Sin embargo, la segregación en bloque de los elementos solubles será más difícil de eliminar debido a las mayores distancias de difusión. Las heterogeneidades debidas a precipitaciones de fases no solubles en el estado sólido no pueden ser eliminadas por este tratamiento térmico. El recocido de difusión se aplica por ejemplo en los lingotes de acero, durante el calentamiento como preparación al forjado y laminado, aunque también puede utilizarse para reducir simultáneamente la heterogeneidad química y mecánica de un material trabajado en caliente. Es conveniente tener presente que a nivel industrial el propósito principal de este recocido, solo es el de calentar el lingote hasta la temperatura de laminado en caliente y no el de llevar a cabo el proceso de homogeneización.

https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/8._Tratamientos_con_ enfriamiento_lento_v2.pdf (Pág. 6)

Recocido de ablandamiento (Esferoidización). El propósito de este tratamiento térmico es el de obtener una estructura de acero que corresponda a la dureza mínima. Esa estructura es la de carburos globulares en una matriz ferrítica en aceros hipereutectoides. La dureza mínima corresponde a la óptima deformabilidad en procesos de conformado no cortante como el doblado, el laminado en frio, embutido, etc. Para conformado cortante como aserrar, tornear, taladrar, fresar y cepillar, también es válido lo anterior para aceros con más de 0.5% de carbono. En el caso de aceros suaves con contenido de carbono entre 0.1 % a 0.25 % de carbono, el estado suavizado es desfavorable para el conformado cortante, ya que las virutas pegan y provocan una superficie rugosa. Para estos aceros, la estructura normalizada corresponde a la mejor maquinabilidad. En los aceros con alto contenido de carbono las temperaturas del recocido se aumentan levemente :

  

730ºC para 0,9 % de carbono 740ºC para 1,1 % de carbono 750ºC para 1,2 % de carbono

Aplicaciones. Este tipo de proceso se emplea para obtener una mínima dureza, una máxima ductilidad o una máxima maquinabilidad en los aceros de alto carbono.

https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/8._Tratamientos_con_ enfriamiento_lento_v2.pdf (Pág. 4)

Recocido Isotérmico.

Este tratamiento térmico tiene como objetivo principal obtener perlita gruesa, esto se puede lograr por medio de una transformación isotérmica del material, lo cual se logra enfriándolo hasta la temperatura de transformación apropiada para obtener perlita, y manteniéndolo a esta temperatura hasta que la transformación se complete. Este ciclo de recocido puede hacer posible una reducción importante en el tiempo de uso del horno para recocido. Ni el tiempo desde la temperatura de austenización a la temperatura de transformación, ni el tiempo desde la temperatura de transformación a temperatura ambiente son críticos, por lo tanto pueden disminuirse tanto como se desee o como sea posible en la práctica. Además, si no es necesario obtener una perlita sumamente blanda, la transformación se puede llevar a cabo en la raíz de la curva donde la transformación se completa más rápidamente y por tanto, la operación requerirá menos tiempo; sin embargo, hay que tener presente que en este caso la perlita es mucho más fina y de una dureza mayor.

El recocido isotérmico es más practico para aquellas aplicaciones en las cuales se puede sacar ventaja por lograr un rápido enfriamiento a la temperatura de transformación y desde esta hasta temperatura ambiente. Así, para pequeñas partes las cuales pueden manejarse en forma conveniente en baños de sal o plomo, el recocido isotérmico requiere de tiempos mucho menores comparados con el tiempo requerido para el recocido completo.

Aplicaciones. Se utiliza para generar estructuras perlíticas y particularmente de piezas forjadas.

https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/8._Tratamientos_con_ enfriamiento_lento_v2.pdf (Pág. 2)

Hornos para recocido. El horno es el elemento principal de los tratamientos térmicos. Es un instrumento constituido por una caja susceptible de calentamiento y que permite el control y la regulación del tiempo, de la temperatura, de la atmosfera y de las velocidades de calentamiento y enfriamiento. https://books.google.cl/books?id=4W5-vnDlvgC&printsec=frontcover&dq=tratamientos+termicos&hl=es419&sa=X&ved=0ahUKEwjupL748rTiAhWQJ7kGHT_aDJwQ6AEIKDAA#v=onepage&q& f=false (pagina,34) Son hornos diseñados para alcanzar temperaturas de trabajo de 1100 – 1400ºC máx. capaces de provocar el cambio necesario en la estructura del material a tratar.