• Author / Uploaded
• isaac

• Categories
• Tratamiento a base de calor
• Recocido (Metalurgia)
• Acero
• Sustancias químicas
• Rieles

Citation preview

RECOCIDO Y NORMALIZADO DE LOS ACEROS

1. OBJETIVO - Diferenciar las propiedades mecánicas de dureza y resiliencia. - Diferenciar el tipo de grano de los aceros en el proceso de normalizado y recocido. 2. MARCO TEÓRICO Todos los procedimientos de tratamientos térmicos de aceros, incluyen la transformación o descomposición de la austenita, por lo que el primer paso en cualquier proceso de tratamiento del acero, será el calentar el material a alguna temperatura , que como mínimo sea la del intervalo critico que lleva a la formación de la austenita. Los factores fundamentales que influyen en el tratamiento térmico, son la temperatura y el tiempo ,tanto es así que el proceso del tratamiento se caracteriza por la temperatura de calentamiento máxima tmax , que es la temperatura hasta la cual se calienta el material durante el tratamiento , el tiempo que se mantiene a la temperatura de calentamiento, por las velocidades de calentamiento Vcal , y de enfriamiento Venfr , las cuales se toman en su valor medio ponderado en todo el proceso, y este valor se hace extensivo a todo el intervalo de temperaturas deseado. Según sea esta velocidad de enfriamiento, dará una estructura cristalina diferente, y unas propiedades físicas y químicas diferentes, para cada acabado. El tratamiento puede ser simple, complejo (varios calentamientos y enfriamientos), escalonado, intermitente, etc., pero todos ellos se pueden representar mediante una gráfica de la Temperatura frente al Tiempo. Durante los tratamientos térmicos, los aceros sufren deformaciones importantes, debidas al desigual y rápido enfriamiento de las diferentes partes de las piezas, asimismo experimentan cambios de volumen , debidos a dilataciones térmicas ( al calentarse el acero, este se dilata aumentando su volumen , a medida que se eleva su temperatura, según su coeficiente de dilatación térmica, que esta del orden de 14 x 10-6 ) y a modificaciones en la microestructura del acero ( al calentar un acero, la zona critica se contrae , y luego al enfriarse cuando llega aproximadamente sobre los 710º - 680º, se vuelve a dilatar, esto se produce por los cambios de estructura, es decir, a la transformación de perlita en austenita en el calentamiento, y al contrario en el enfriamiento), debido a estos cambios de volumen, hay que tener cuidado con los tratamientos elegidos, ya que cuando el enfriamiento es lento (recocido), estos cambios ocurren a alta temperatura y los cambios no son importantes, ya que el acero caliente es plástico y admite ciertas deformaciones, pero cuando se templa un acero , la transformación ocurre a baja temperatura y aparecen en la estructura cristalina , cristales de martensita en vez de perlita, entonces es más peligroso porque el acero frió no

es plástico, y el aumento de volumen suele ser bastante mayor , además algunas veces este cambio de volumen solo lo sufren ciertas partes de las piezas, y otras no, con lo que existe un riesgo de rotura mucho mayor. Las variaciones de las propiedades del material, que se producen como consecuencia de los tratamientos térmicos, deben de ser permanentes, para poder beneficiarnos constructivamente de estos cambios, ya que si no tendría ningún sentido. Los tratamientos térmicos se pueden clasificar en tres tipos, los cuales tienen ciertas semejanzas, en los tres se calienta el acero a una temperatura ligeramente superior a la crítica, y luego, después de un periodo de permanencia en esta temperatura, suficiente para conseguir el estado austenitico, se enfrían las piezas. La diferencia fundamental entre los tres tratamientos es la velocidad de enfriamiento, que es lo que caracteriza a cada tratamiento, siendo así que las dos primeras partes (calentamiento y permanencia), se pueden estudiar en común para los tres tipos, que son: - Recocido (de primer y segundo genero) - Temple - Revenido En estos tratamientos hay que alcanzar una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior ( excepto el recocido subcritico ), para conseguir que todo el acero pase al estado austenitico, este exceso de temperatura es de 50 a 70 grados por encima para el normalizado, 40 a 60 grados para el temple, y de 20 a 40 grados para el recocido. Para conseguir que toda la masa del acero este formada por cristales de austenita. Hace falta que el acero este a la temperatura de tratamiento cierto tiempo, que dependerá de la masa de las piezas, de la temperatura, de la velocidad de calentamiento, de la clase de acero, y del estado inicial y final del material , el tiempo de mantenimiento empieza cuando toda la pieza ( incluyendo la parte del interior ), ha alcanzado la misma temperatura, ya que al rebasar las temperaturas críticas, todo el carbono forma solución con la austenita, en las cuales unas partes pueden tener más concentración de carbono que otras, y este porcentaje tiende a igualarse en toda la masa, proceso este que se puede ver retardado por las fronteras de grano, por impurezas de fósforo y oxigeno etc. Cuando se alcanza la temperatura de austenizacion en los aceros hipoeutectoides tiene que transcurrir un tiempo para que el carbono se difunda en las zonas que antes fueron ferriticas. El tiempo necesario para tener una estructura de austenita homogénea, también varía con la máxima temperatura alcanzada y con la forma de la microestructura inicial,

cuanta más alta sea la temperatura, menos tiempo será necesario para homogeneizar la microestructura. La duración del calentamiento depende también de la clase tratamiento que vayamos a realizar, en los normalizados se usaran permanencias más cortas. En los recocidos las permanencias serán más largas, ya que no solo hay que conseguir la formación del estado austenitico, sino también la difusión y homogeneización de los constituyentes. En este tiempo de mantenimiento del acero a temperatura elevada , los cristales de austenita se desarrollan y aumentan de tamaño , y a mas temperatura y más duración, más se desarrollan y más gruesos se hacen , y como el tamaño de los cristales del acero final dependen del tamaño de los cristales de austenita , tendremos un producto final de cristales gruesos , por eso para afinar un acero de granos gruesos , basta con calentarlo a una temperatura lo más justo por encima de la crítica y luego enfriarlo al aire, siendo esto el recocido.

RECOCIDO En los trabajos de forja, doblado, enderezado, torneado, etc., en los aceros se desarrolla tensiones tensiones internas que deben eliminarse antes de templar la pieza, pues en otro caso darían origen a la formación de grietas. Para eliminar estas tensiones internas se procedo al recocido de las piezas, que consiste en calentarlas y enfriarlas lentamente. El recocido antes del temple se recomienda no solo para herramientas que acaban de ser preparadas, sino también siempre que hayan de templarse las que, hallándose en uso, están siendo sometidas a choque. Cuando se rebasa la temperatura indicada para el recocido se dice que el acero esta recalentado; si se exagera más la temperatura, el acero esta quemado. El primero puede regenerarse calentándolo de nuevo en presencia de carbono; el quemado no puede regenerarse. Al calentar los aceros para su temple es preciso, si se utiliza la fragua emplear carbón de madera o coque. La temperatura del temple depende de la clase del acero por lo que se debe consultar a la casa suministradora. Para los aceros corrientes suele ser: -

Hasta el rojo cereza oscura (700ºC) para aceros duros.

-

Hasta cereza (800ºC) para aceros de dureza media.

-

Hasta cereza claro (900ºC) para aceros dulces.

Los aceros rápidos se calientan lentamente hasta el color rojo y luego rápidamente hasta el color blanco (1200ºC). Para enfriar, el baño más empleado es el de agua a 15 o 20ºC, teniendo cuidado de que haya tal cantidad que su temperatura no varié sensiblemente al templar. Para obtener temples más duros se adiciona al agua un 10% de sal de cocina (cloruro sodico) o ácido sulfúrico. Para temples suaves sirven el agua de cal o los aceites. Los aceros rápidos se enfrían en una corriente de aire, aunque también pueden emplearse sebo o aceite. Al introducir las piezas en el baño, debe de hacerse que no haya una separación brusca entre la parte mojada y la seca. Así, un útil de torno se entra verticalmente y se le da un movimiento de vaivén en sentido vertical; de lo contrario, se corre el riesgo que la pieza se rompa por la sección que separa la parte mojada y la sumergida.

TIPOS DE RECOCIDO Según el fin perseguido, se practican varios tipos de recocido, que son los siguientes: Recocido de homogeneización. Se aplica a los aceros brutos de colada para destruir las heterogeneidades de tipo químico que se han generado durante la solidificación. También se utiliza en forjados y laminados para eliminar las heterogeneidades estructurales que perjudican los valores de tenacidad del acero. La temperatura ha de ser muy elevada, cercana al punto de fusión, y el tiempo de calentamiento muy largo. Recocido total o de regeneración. Este recocido regenera la estructura de grano grueso en otra de grano fino y se aplica a aceros forjados a elevadas temperaturas, piezas de acero fundido, soldaduras y piezas que han sufrido el recocido de homogenización. La nueva estructura es más tenaz y resiliente, quedando así el acero más blando. La temperatura de calentamiento debe ser ligeramente superior a la de transformación, Ac1 y el enfriamiento, lento. Recocido globular. Se aplicas a los aceros para herramientas con un elevado porcentaje de carbono, en los cuales hay gran cantidad de carburos muy difíciles de disolver y que dificultan el mecanizado. Su nombre se debe a la estructura que se observa al microscopio, y en los cuales los carburos adoptan la forma esférica o globular. Se efectúa a temperaturas ligeramente inferior a la de transformación, Ac1.

Recocido de recristalización o contra acritud. Se da a los aceros trabajados en frió para eliminar la acritud. Se basa en la recristalización del acero a cierta temperatura inferior a la crítica, que permite la recuperación de la ductilidad y la maleabilidad. Consiste en un calentamiento a 500 o 700ºC seguido de un enfriamiento al aire en el horno. Recocido de ablandamiento. Se aplica aquellos aceros que, después de la forja o laminación, han quedado con durezas tan elevadas que casi no se pueden mecanizar. Se recomienda para ablandar a los aceros aleados de gran resistencia, al Cr-Ni o Cr-Mo. La temperatura adoptada es inferior a la crítica y la duración total es pequeña. Este tratamiento se diferencia del revenido en que este solo se usa para aceros templados. Recocido de cristalización. Se da a las piezas que han sufrido un trabajo de forjado o laminado, para destruir las tensiones internas que se hayan originado, y que podrían producirse deformaciones en las piezas una vez acabadas. Se realiza a temperaturas no muy altas, aunque en un tiempo muy prolongado, seguida de un enfriamiento muy lento en el propio horno. Recocido isotérmico. Este tratamiento consiste en calentar el acero a una temperatura superior a la crítica y enfriarlo luego rápidamente hasta una temperatura ligeramente inferior a la de austenización, Ac1, manteniéndolo en esta el tiempo necesario para que se verifique toda la transformación de la austerita en perlita; por fin, se deja que siga enfriándose al aire. La estructura obtenida depende de la temperatura de austenización. Si esta es próxima a Ac1, se logran estructuras aptas para el torneado; Si es mucho más elevada, las estructuras serán aptas para el fresado y el taladrado. Por otro pedazo, este recocido tiene la ventaja de que es mucho más rápido que el enfriamiento continuo. Se aplica a piezas forjadas y aceros para herramientas. NORMALIZADO. Tratamientos térmicos que se da a los aceros al carbono de construcción. Se utiliza también en piezas fundidas, forjadas, laminadas, mecanizadas, etc.; y, en general, siempre que se trate de eliminar las tensiones producidas por cualquier método de conformación. También

tiene interés para producir los efectos de un sobrecalentamiento o un tratamiento térmico anterior, ya que afina la estructura. Consiste en calentar el acero a una temperatura de 30 o 50ºC superior a la crítica (Ac3) y, una vez transformado completamente, dejarlo enfriar al aire en calma. Con esto se consigue un acero más duro y resistente que el que se obtiene con un enfriamiento más lento, en un horno después de un recocido. La velocidad de enfriamiento es más lenta que en el temple y más rápida que el recocido, es un tratamiento típico de los aceros al carbono de construcción de 0.15 a 0.40 % de carbono, y las temperaturas normales del normalizado varía según el porcentaje en carbono, que va desde 840º a 935º, según la composición sea desde 0.50 a 0.10 % de carbono. Debido al incremento de velocidad de enfriamiento, hay menos tiempo para la formación de ferrita proeutectoide en los aceros hipoeutectoides y menos cementita proeutectoide en los aceros hipereutectoides en comparación de los recocidos. En los aceros hipereutectoides el normalizado reduce la continuidad de la red de cementita y en algunos casos la elimina, con lo que a más velocidad de enfriamiento más fina será la perlita resultante. Su resultado depende del espesor de la pieza, pues la velocidad de enfriamiento es distinta, siendo mayores en las piezas delgadas que en las gruesas. Influencia De Los Elementos Aleantes: El silicio, como el manganeso está presente en todos los aceros como un desoxidador barato. Cuando un acero contiene más de 0.6% de silicio, se clasifica como acero al silicio .Al igual que el níquel, el silicio no es un formador de carburos sino que disuelve en la ferrita, aumentando la resistencia y la tenacidad. Un acero que contiene 1 a 2 % de silicio ,conocido como acero naval , se utiliza para aplicaciones estructurales que requieren un alto punto de cadencia .El acero Hadfield al silicio, con menos del 0.01% de carbono y como 3% de silicio, tiene excelentes propiedades magnéticas para emplearlas en los núcleos y polos de la maquinaria eléctrica. DIAGRAMAS TTT: Los diagramas Temperatura - Tiempo - Transformación gráficamente describen las velocidades, tiempos y temperaturas a las cuales se producen las transformaciones de las aleaciones a estructuras fuera del equilibrio:

-

Diagrama de Transformación Isotérmica (TI): diagrama de transformación tiempo temperatura que indica el tiempo necesario para que una fase se descomponga en otra fase. Isotérmicamente a diferentes temperaturas. Permite predecir estructura, propiedades mecánicas y el tratamiento térmico en los aceros.

-

Diagrama de Transformación de Enfriamiento Continuo (TEC): diagrama de transformación tiempo - temperatura que indica el tiempo para que una fase se descomponga continuamente en otras fases a diferentes velocidades de enfriamiento.

3. MATERIALES Y EQUIPOS - Péndulo de Charpy

-

Una probeta de acero corrugado Una probeta de acero liso Una probeta de muelle

4. PROCEDIMIENTO - Cuantificar la dureza y resiliencia de las probetas. - Calentar las probetas a 900°C y dejar enfriar en la fragua. - Cuantificar de nuevo la dureza y resiliencia de cada una de las probetas. - Calentar las probetas a 800°C y dejar enfriar en la fragua. - Cuantificar de nuevo la dureza y resiliencia de cada una de las probetas.

5. RESULTADOS EXPERIMENTALES 5.1. Dureza de Probetas sin tratamiento

𝑩= B = dureza P = peso del martillo 34.500kg S = superficie de la huella circular

𝑺=

Probeta Muelle Acero corrugado Acero liso

𝑷 𝑺

𝝅 𝟐 𝑫 = 𝝅𝒓𝟐 𝟒

Diámetro (mm) 2.72 3.45

Superficie (mm2) 5.81 9.34

Dureza (kg/mm2) 5.94 3.69

3.64

10.41

3.31

5.2. Resiliencia de probetas sin tratamiento

𝑹=

𝒘 𝑺

R=resiliencia w= energía absorbida S= superficie de fractura

𝒘= 𝑷∗𝒉 P=peso del martillo 34.500kg H= altura de caída (10°=0.15m)

Probeta

Dimensiones Superficie (mm) (cm2)

Ángulo Altura absorbido de caída (m)

Resiliencia (kgm/cm2)

Muelle Acero corrugado Acero liso

3.19x55.53 8.32

1.77 0.54

6° 14°

0.09 0.21

1.75 13.42

10.81

0.92

31°

0.47

17.63

5.3. Dureza de probetas con tratamiento de recocido

𝑩= B = dureza

𝑷 𝑺

P = peso del martillo 34.500kg S = superficie de la huella circular

𝑺= Probeta Muelle Acero corrugado Acero liso

𝝅 𝟐 𝑫 = 𝝅𝒓𝟐 𝟒

Diámetro (mm) 3.91 3.97

Superficie (mm2) 12.01 12.38

Dureza (kg/mm2) 2.87 2.79

4.21

13.92

2.48

5.4. Resiliencia de probetas con tratamiento de recocido

𝑹=

𝒘 𝑺

R=resiliencia w= energía absorbida S= superficie de fractura

𝒘= 𝑷∗𝒉 P=peso del martillo 34.500kg H= altura de caída (10°=0.15m)

Probeta

Dimensiones Superficie (mm) (cm2)

Ángulo Altura absorbido de caída (m)

Resiliencia (kgm/cm2)

Muelle Acero corrugado Acero liso

2.78x53.81 8.36

4° 18°

1.38 16.94

1.50 0.55

0.06 0.27

No se quebró

5.5. Dureza de probetas con tratamiento de normalizado

𝑩= B = dureza P = peso del martillo 34.500kg S = superficie de la huella circular

𝑺=

𝑷 𝑺

𝝅 𝟐 𝑫 = 𝝅𝒓𝟐 𝟒

Probeta Muelle Acero corrugado Acero liso

Diámetro (mm) 3.40 3.42

Superficie (mm2) 9.08 9.18

Dureza (kg/mm2) 3.08 3.76

4.00

12.57

2.74

5.6. Resiliencia de probetas con tratamiento de normalizado

𝑹=

𝒘 𝑺

R=resiliencia w= energía absorbida S= superficie de fractura

𝒘= 𝑷∗𝒉 P=peso del martillo 34.500kg H= altura de caída (10°=0.15m)

Probeta

Dimensiones Superficie (mm) (cm2)

Ángulo Altura absorbido de caída (m)

Resiliencia (kgm/cm2)

Muelle Acero corrugado Acero liso

2.62x55.02 7.77

15° 18°

5.51 19.82

1.44 0.47

0.23 0.27

No se quebró

6. ANALISIS DE RESULTADOS - Como se muestra en la siguiente figura el tamaño de grano tubo una reducción con el tratamiento que se le dio. Fig. A probeta sin tratamiento. Fig. B con tratamiento

Fig. A

Fig. B

7. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUCION Mejoramos las propiedades mecánicas de los aceros, así como refinamos su grano y homogeneizamos su microestructura mediante el tratamiento térmico de normalizado. RECOMENDACIONES Se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones para obtener un buen recocido: -

Calentar la pieza de manera uniforme.

-

Mantener la temperatura adecuada durante el tiempo necesario para eliminar las tensiones internas, regenerar el grano y uniformizar la estructura.

8.

Enfriar muy lentamente, para permitir la formación de estructuras estables. BIBLIOGRAFIA -

ASDRUBAL VALENCIA. “tecnología del tratamiento Térmico de los Metales”. Editorial Universal de Antioquia: 2da edición. 1992.

-

AVNER SYDNEY. “Introducción a la Metalurgia Física” 2da Ed. Editorial Mc.GRAW Hill. 1987

-

Seminario, Paúl. “Informe de Prácticas Pre-Profesionales”. “Tratamientos Térmicos de los aceros”