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INSTITUTO TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE LA REGION CARBONIFERA

ENSAYO: TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO ALUMNA: DANIELA ITZEL GONZALEZ ORTA

NUMERO DE CONTROL: 181D0451

MATERIA: PROCESOS DE FABRICACION.

DOCENTE: ING. EDMUNDO MONTELONGO BERNAL.

GRUPO Y CARRERA: 4.2 INGENIERIA INDUSTRIAL.

Contenido INTRODUCCION.......................................................................................................3 ACERO......................................................................................................................4 TRATAMIENTO TERMICO.......................................................................................6 TIPOS DE TRATAMIENTOS TERMICOS.................................................................7 Temple................................................................................................................7 Revenido............................................................................................................9 Recocido............................................................................................................9 Normalizado.....................................................................................................11 TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO...............................................................12 El acero y su temperatura.................................................................................13 Solubilidad del carbono en hierro.................................................................14 Compuestos del hierro y el carbono............................................................14 El enfriamiento o calentamiento del acero...................................................15 Temple y revenido..............................................................................................17 Recocido..............................................................................................................19 Normalización.....................................................................................................21 Aluminio...................................................................................................................22 Fundición del aluminio.............................................................................................23 Medidas y normas de seguridad.............................................................................34 Conclusión...............................................................................................................39 Referencias..............................................................................................................43

INTRODUCCION 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. En la actualidad existen muchas clases de aceros aleados y aceros para herramienta, cada uno de los cuales requiere a menudo tratamientos térmicos especiales en su proceso de manufactura para darles las cualidades necesarias. Además, muchos metales no ferrosos como el aluminio y el titanio se someten a tratamientos térmicos para incrementar su resistencia mecánica y su durabilidad. 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 reblandecimiento incluye, por ejemplo, liberar esfuerzos, recocido, normalización y esferoidización. El endurecimiento abarca procesos como templado en martensita, templado en austenita y endurecimiento entre sí.

ACERO “Acero” es la denominación que reciben las aleaciones de hierro (Fe) y carbono (C) en las que el contenido de carbono en disolución sólida en el hierro está por debajo del 2,1%. Por tanto, no hay un solo tipo de acero sino muchos aceros diferentes. Tanto el hierro como el carbono se encuentran en altas proporciones en la corteza terrestre, lo que hace que el acero sea un material de alta disponibilidad. Sin embargo, la alta tecnología empleada en su proceso de fabricación hace que el acero sea un material estratégico y que numerosos países no sean capaces de lograr producir determinadas calidades. Por tanto, las propiedades del acero que observamos a escala macroscópica, son el resultado de su estructura invisible al ojo humano, su escala microscópica e incluso manométrica. Así la investigación siderúrgica en el acero, y en la metalúrgica en general han sido la base para el desarrollo de gran parte de la tecnología usada para la nanotecnología. No nos son ajenos conceptos como la microscopia óptica o de efecto túnel, interferometría óptica, espectrografía, etc. Esto convierte al acero en el primer y desde luego más ampliamente usado nanomaterial a escala global. En general el acero, dada la flexibilidad por: 

Dispone de excelentes propiedades mecánicas y estructurales;



Es fácil de atornillar, soldar, mecanizar, conformar en frío y en caliente;



Es más barato de producir que otros materiales y con menos consumo de energía; por ejemplo, consume casi 7 veces menos energía en su producción que el aluminio;



Es sostenible, ya que es 100% recuperable, debido a sus propiedades magnéticas, y 100% reciclable; y, de hecho, prácticamente el 100% del acero al final de su vida útil es realmente reciclado.



Parte de un mineral que tiene alta disponibilidad, ya que el hierro representa el 5,6% de la corteza terrestre y sus minas se encuentran distribuidas por todo el mundo.

Prácticamente la totalidad de los utensilios que usamos a diario o en la tecnología que nos hacen la vida más fácil., están hechos de acero, o ha sido el acero un material fundamental para su realización. Desde los rodillos que se utilizan para producir el papel que utilizamos o las maquinas rotativas que producen los periódicos y revistas que leemos, pasando por los cubiertos de acero inoxidable que nos metemos a diario en la boca decenas de veces, los refuerzos de las vigas de hormigón armado, o los perfiles de acero de las estructuras de nuestros edificios, hasta una gran parte de los aerogeneradores que nos permiten producir electricidad sin generar CO2, o la mayor  parte de la instalación tecnológica más avanzada que ha creado el hombre, el gran colisionador de hadrones (LHC) , cuyos más de 70.000 toneladas de acero, constituyen la base de la misma.

DUREZA MAXIMA DEL ACERO La dureza máxima que se obtiene en una pieza dada de acero depende del contenido de carbono. Aunque algunas aleaciones tales como las de cromo y vanadio incrementan la velocidad y la capacidad para temple profundo de las aleaciones de acero, su máxima dureza no excederá la de un acero al carbono que tenga el mismo contenido de carbono. Para obtener la máxima dureza, el carbono debe estar completamente en solución con la austenita durante el temple. Deberá utilizarse la velocidad crítica de templado, la cual es la mínima velocidad de enfriamiento que da por resultado un 100% de martensita. Finalmente, la austenita no deberá estar presente en ningún porcentaje apreciable, ya que suaviza la estructura

TRATAMIENTO TERMICO Tratamiento térmico es un proceso que comprende el calentamiento de los metales

o

las

aleaciones

en

estado

sólido

a

temperaturas

definidas,

manteniéndolas a esa temperatura por suficiente tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus propiedades físicas y mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Se entiende por tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento, permanencia y enfriamiento de las aleaciones de metales en estado sólido, con el fin de cambiar su estructura y conseguir propiedades físicas y mecánicas necesarias. Se tratan térmicamente no solo las piezas semiacabadas (bloques, lingotes, planchas, etc.), con el objetivo de disminuir dureza, mejorar la maquinabilidad y preparar su estructura para el tratamiento térmico definitivo posterior, sino también las piezas terminadas y herramientas para proporcionarles las propiedades definitivas exigidas. 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. Así mismo se debe tener en cuenta que se requiere un conocimiento básico de los efectos de algunos procesos de tratamiento térmico sobre el acabado de superficies y tolerancias dimensionales. También se debe determinar si el material puede someterse al tratamiento térmico. Se tratan térmicamente no sólo las piezas semiacabadas (bloques, lingotes, planchas, etc.), con objeto de disminuir su

dureza, mejorar la maquinabilidad y preparar su estructura para el tratamiento térmico definitivo posterior, sino también las piezas terminadas y las herramientas, con el fin de proporcionarles las propiedades definitivas y exigidas.

TIPOS DE TRATAMIENTOS TERMICOS Temple La finalidad del temple es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 700-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etcétera. Existen distintos tipos de temples, algunos de ellos son: Temple continuo completo Se aplica a los aceros hipoeutectoides (contenido de carbono inferior a 0,9%). Se calienta la pieza hasta la temperatura de temple y seguidamente se enfría en el medio adecuado (agua, aceite, sales, aire) con lo que obtendremos como elemento constituyente martensita. 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. Temple escalonado Consiste en calentar el acero a temperatura adecuada y mantenerlo hasta que se transforme en austenita, seguidamente se enfría con una temperatura uniforme en un baño de sales hasta transformarlo en bainita.

Temple superficial Se basa en un calentamiento superficial muy rápido de la pieza y un enfriamiento también muy rápido, obteniendo la austenización solo en la capa superficial, quedando el núcleo de la pieza blando y tenaz y la superficie exterior dura y resistente al rozamiento. Temple por inducción Es un proceso de endurecimiento de acero en el cual las superficies de las piezas se calientan rápidamente a temperatura de austenitización mediante inducción electromagnética, (con un diseño adecuado del inductor, se puede confinar el calor a áreas pequeñas). Una vez alcanzada la temperatura de austenitización se aplica una ducha de agua fría que produce el temple. El principio del calentamiento por inducción es el siguiente: una bobina que conduce una corriente de alta frecuencia rodea o se coloca sobre la pieza, se inducen así corrientes alternativas que generan rápidamente calor en la superficie. Las corrientes inducidas de alta frecuencia tienden a viajar por la superficie del metal, por tanto, es posible calentar una capa poco profunda del acero sin necesidad de calentar el interior del material. La profundidad del calentamiento depende de la frecuencia de la corriente, la densidad de potencia y el tiempo de aplicación de ésta. Mientras mayor es la frecuencia, menor es la profundidad calentada, de forma que: altas potencias (100 kHz a 1 Mhz), y tiempos cortos (en segundos), calientan espesores de 0,25 mm; en cambio, potencias menores (25 kHz), y tiempos más largos calientan espesores de 10 mm. Se utiliza en aceros al carbono, con contenido medio de C, en éstos produce superficies endurecidas delgadas. También se puede utilizar en aceros aleados; los aceros de baja aleación se endurecen fácil y superficialmente mediante este método; en cambio, los aceros altamente aleados son más lentos y pueden necesitar de un aumento de

temperatura para lograr la estructura deseada, sin embargo, como el calentamiento mediante este método es muy rápido, se pueden calentar sin peligro de crecimiento excesivo de grano. Entre las ventajas de este proceso podemos destacar el hecho que no necesita de personal especializado para su operación debido a que es un proceso prácticamente automático. Entre las desventajas resaltan el alto costo del equipo, el alto costo de mantenimiento y el hecho que no es económico si se desean endurecen pocas piezas.

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL TEMPLE Otro factor importante en el temple o en cualquier tratamiento térmico es la velocidad de calentamiento. En cualquier operación de tratamiento térmico, es importante la velocidad de calentamiento. El calor fluye del exterior hacia el interior del acero a una velocidad determinada. Si el acero se calienta demasiado rápido, el exterior se vuelve tan caliente como el interior y no se puede obtener una estructura uniforme. Si una pieza es irregular en su forma, lo más esencial es una velocidad lenta para eliminar alabeo o agrietamiento. Mientras mayor es la sección, mayor deberá ser el tiempo de calentamiento para lograr resultados uniformes. Aún después que se ha alcanzado la temperatura correcta, la pieza deberá mantenerse a esa temperatura por un periodo de tiempo suficientemente para permitir que su sección más gruesa obtenga una temperatura uniforme. La dureza obtenida de un tratamiento dado depende de la velocidad del temple, del contenido de carbono y del tamaño de la pieza. En los aceros aleados, la clase y cantidad del elemento de aleación influye sólo en la templabilidad del acero y no afecta la dureza excepto en aceros sin templar o parcialmente templados. |Para aceros de bajo y medio carbono, el temple en un baño de agua es un método de enfriamiento rápido que comúnmente se usa.

Para aceros de alto carbono y aleados se usa generalmente aceite como medio para el temple, debido a que su acción no es tan severa como la del agua. Algunos aceites comerciales, tales como el aceite mineral, tienen diferentes velocidades de enfriamiento y consecuentemente, imparten diferente dureza al acero al templarse. Para enfriamiento extremo, lo más efectivo es usar salmuera o rocío de agua. Ciertas aleaciones pueden endurecerse por enfriamiento al aire pero, para aceros ordinarios, la velocidad de enfriamiento que se obtiene es demasiado lenta para dar un efecto de endurecimiento apreciable. Las piezas grandes por lo común se templan en un baño de aceite, lo que tiene como ventaja el enfriarlas rápidamente abajo de la temperatura ambiente, siendo así no demasiado severo. Para logar resultados semejantes, la temperatura del medio para temple debe mantenerse uniforme. Cualquier baño para temple utilizado en trabajos de producción deberá tener medios para el enfriamiento. El acero con bajo contenido de carbono no reacciona apreciablemente a los tratamientos térmicos de endurecimiento. Según el contenido de carbono en el acero aumenta hasta alrededor de 0.6%, la dureza que es posible alcanzar también aumenta. Arriba de este punto, la dureza puede incrementarse sólo ligeramente, debido a que los aceros arriba del punto eutectoide están compuestos enteramente de perlita y cementita en la condición de recocido. La perlita reacciona mejor a las operaciones de tratamiento térmico; cualquier acero compuesto por perlita principalmente puede transformarse en un acero duro. Según se incrementa el tamaño de las partes por endurecer la dureza superficial se reduce un poco, aún cuando todas las demás condiciones se mantienen iguales. Hay un límite para la velocidad de flujo del calor a través del acero. No importa que tan frío esté el medio para temple, si el calor en el interior de una pieza grande no puede escapar más rápido que a una cierta velocidad crítica, hay un límite definido para la dureza interior. Sin embargo, en temple con salmuera o agua, es capaz de llevar rápidamente la superficie de la pieza templada a su propia temperatura y mantenerla a esa o a una temperatura muy cercana. Bajo esas circunstancias habría siempre una profundidad finita de la superficie

endurecida independientemente del tamaño. Esto no pasa con el temple al aceite, cuando la temperatura superficial puede ser alta durante los estados críticos del enfriamiento Revenido El revenido sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento. Recocido El recocido consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas. Recocido de homogeneización 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. Recocido de regeneración

También llamado normalizado, tiene como función regenerar la estructura del material producido por temple o forja. Se aplica generalmente a los aceros con más del 0.6% de C, mientras que a los aceros con menor porcentaje de C sólo se les aplica para finar y ordenar su estructura. Recocido de globalización Usado en aceros hipoeutectoides para ablandarlos después de un anterior trabajo en frío. Por lo general se desea obtener globulización 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 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 piezas como las placas para botas de protección deben estar globulizadas 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. Recocido subcrítico Para un acero al carbono hipoeutectoide: La microestructura obtenida en este tratamiento varía según la temperatura de recocido. Por lo general las que no excedan los 600 grados liberarán tensiones en el material y ocasionaran algún crecimiento de grano (si el material previamente no fue templado). Generalmente mostrando Ferrita-Perlita. Por encima de los 600 y bajo los 723 se habla de recocido de globulización puesto que no sobrepasa la temperatura

crítica. En este caso no hay grano de perlita, los carburos se esferoidizan y la matriz es totalmente ferrítica. Se usa para aceros de forja o de laminación, para lo cual se usa una temperatura de recocido inferior a AC1, pero muy cercana. Mediante este procedimiento se destruyen las tensiones internas producidas por su moldeo y mecanización. Comúnmente es usado para aceros aleados de gran resistencia, al Cr-Ni, Cr-Mo, etcétera. Este procedimiento es mucho más rápido y sencillo que los antes mencionados, su enfriamiento es lento. Normalizado 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 normalización del acero se lleva a cabo al calentar aproximadamente 37.77° C por encima de la línea de temperatura crítica superior (A o Acm ) seguida por un enfriamiento en aire quieto hasta la temperatura ambiente. El propósito de la normalización es producir un acero más duro y más fuerte que el obtenido por recocido total, de manera que para algunas aplicaciones la normalización pueda ser un tratamiento térmico final. Por tanto, para aceros hipereutectoides, es necesario calentar por encima de la línea Acm a fin de disolver la red de cementita. La normalización también puede utilizarse para mejorar la maquinabilidad, modificar y retinar las estructuras dendríticas de piezas de fundición, y refinar el grano y homogeneizar la micro estructura para mejorar la respuesta en las operaciones de endurecimiento.

TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO

Para cambiar las propiedades del acero se usan diferentes tipos tratamientos térmicos,

que

En

hay

general

cambian cuatro

su

tipos

básicos

micro de

estructura.

tratamiento

térmico:

1.- Temple. 2.- Revenido. 3.- Recocido. 4.- Normalización. Todos

los

tratamientos

térmicos

tienen

una

ruta

obligatoria:

1.- Calentamiento del acero hasta una temperatura determinada. 2.- Permanencia a esa temperatura cierto tiempo. 3.- Enfriamiento más o menos rápido. El hierro tiene una temperatura de

Figura 1.

fusión de 1539 oC, y en estado sólido presenta el fenómeno de la alotropía o polimorfismo. En la mayoría de los casos, el calentamiento del acero para el temple, normalización y recocido se hace unos

30-50 oC por encima de la temperatura de cambio alotrópico. Las temperaturas mayores, si no son necesarias para un uso especial, no son deseables para evitar un crecimiento excesivo del grano. En la figura 1 se muestra un gráfico esquemático de cómo se desarrolla el proceso para

cada

tipo

de

tratamiento

térmico.

El carácter de la transformación del acero depende de la velocidad de enfriamiento. Durante un enfriamiento lento en el horno se verifica el recocido; si el enfriamiento se realiza al aire libre, tal recocido se denomina normalización. El temple se hace utilizando un enfriamiento rápido en agua o en aceite. Después del temple, obligatoriamente, se ejecuta el revenido, cuyo objetivo es disminuir en algo la uniformidad de la estructura y, de tal modo, quitar las tensiones internas de la pieza. El revenido siempre se realiza a una temperatura menor a la de la transformación del material. El acero y su temperatura. Para comprender mejor la influencia del tratamiento térmico en el acero, primero hay que conocer los cambios estructurales de este a diferentes temperaturas. Estos cambios tienen bastante complejidad y dependen de la cantidad de carbono presente y otros factores, que en la metalurgia se establecen con precisión en el llamado

diagrama

de

equilibrio

hierro-carbono.

En este artículo vamos a describir de manera estructuras

muy

simplificada, del

acero

las a

diferentes

temperaturas.

A temperaturas menores de 910 oC y por encima de 1400 oC el hierro tiene una red espacial cubica centrada. En el primer caso se le llama hierro alfa y en el

segundo hierro gamma, entre las temperaturas de 910-1400 oC el hierro tiene la red cúbica centrada en las caras y se le llama hierro delta. Solubilidad del carbono en hierro. Los hierros alfa y gamma disuelven muy poco carbono (entre 0,025 y 0.1%), y a esas soluciones se les denomina ferrita. La ferrita es muy blanda y plástica según el tamaño de sus granos; por debajo de 768 oC tiene propiedades ferromagnéticas muy

acentuadas.

La solubilidad del carbono en el hierro delta es mucho mayor, y puede alcanzar el 2% en peso a 1130 oC. Esta solución se llama austenita y existe comúnmente por encima de 723

o

C (por métodos especiales puede obtenerse austenita a

temperaturas

menores).

La austenita es blanda y plástica, no es magnética y peor conductor del calor que la ferrita. Compuestos del hierro y el carbono. El hierro forma con el carbono el carburo de hierro, Fe 3C, que se denomina cementita y contiene 6.67 % de carbono en peso. La cementita es frágil y muy dura; a temperaturas superiores a 210 oC no tiene propiedades magnéticas. La cementita pura no es estable, especialmente a altas temperaturas, y se desintegra en grafito y solución sólida: ferrita o austenita, según la temperatura. Sin embargo, en las aleaciones de bajo contenido de carbono la cementita existente es estable hasta altas temperaturas y por eso se le puede considerar como un componente autónomo dentro de la masa del acero.

La

cementita

en

el

acero

puede

tener

tres

orígenes

y

se

llaman:

1.- Primaria: Segregada a partir de la reacción del hierro y el carbono en la solución líquida. 2.- Secundaria: La que se precipita de la austenita al enfriarse. 3.- Terciaria: La que se desprende de la ferrita al enfriarse por debajo de 910 oC. La cementita puede mezclarse mecánicamente con la austenita desde la solución líquida, la mezcla eutéctica de cementita y austenita se denomina ledeburita. De la misma forma la cementita puede mezclarse desde la solución sólida con la ferrita procedente de la desintegración de la austenita a menos de 723 oC y concentración de carbono de 0.8 %. La mezcla eutectoide* de ferrita y cementita se

llama

perlita.

Con estos elementos examinemos ahora el carácter de las formaciones estructurales de los aceros en el proceso de enfriamiento, desde el estado líquido hasta las temperaturas normales. Este proceso es reversible por lo que los procesos

son

válidos

también

durante

el

calentamiento.

* Se le denomina eutectoide porque se produce en la solución sólida y no en la líquida como en el caso de una mezcla eutéctica. El enfriamiento o calentamiento del acero. En la figura 2 se muestra el sector izquierdo del diagrama Fe-C (hierro carbono). En él, se han marcado las líneas correspondientes a las soluciones de 0.6, 0.8, y 1.2 % de carbono.

Figura 2. La linea G-H corresponde a los 723 oC temperatura límite de existencia de la austenita. Observemos que para los tres casos, de la solución líquida al enfriarse comienzan a formarse cristales de austenita, los que conviven en equilibrio con la solución líquida entre las líneas A-B y C-D.

Al bajar de la temperatura de solidificación (linea C-D), toda la solución se convierte en austenita. Con el ulterior enfriamiento y en dependencia del contenido de

carbono

se

van

formando

estructuras

diferentes,

a

saber:

1.- Para el acero de 0.6 % de carbono o menos, al alcanzar la linea F-E comienza a desprenderse ferrita y hay una zona (entre F-E y G-H) donde conviven ambas formas

estructurales.

La formación de la ferrita con muy poco carbono disuelto hace que el resto de la austenita pase a ser mas rica en carbono, con lo que se alcanza el 0.8 % necesario para la formación de la cementita, con ello se puede producir la mezcla mecánica de ferrita y cementita que ya hemos visto se denomina perlita. El resultado final de esta aleación cuando llega a la temperatura normal es una mezcla

de

ferrita

y

perlita.

2.- Para el acero de 0.8 % de carbono, como tiene la composición adecuada para la reacción de formación de cementita (0.8 % de carbono) el final del proceso de enfriamiento

conduce

a

perlita

en

casi

toda

la

masa

sólida.

3.- Para el acero de 1.2 % de carbono o mas, una vez que se alcanza la linea E-D comienza a segregarse la cementita secundaria por la sobresaturación de la austenita con carbono, con el enfriamiento posterior y al sobrepasar la linea G-H se produce cierta cantidad de ferrita que junto a la cementita forma la perlita. Finalmente queda una mezcla de perlita y cementita secundaria. Temple y revenido. El temple y el revenido se utilizan ampliamente para mejorar las propiedades de resistencia de los aceros de construcción e importarles dureza y altas propiedades cortantes

a

los

aceros

de

herramientas.

Por temple se comprende la fijación de las estructuras, a temperatura normal, que son propias de temperaturas altas. Por eso las estructuras templadas son inestables o, como dicen los físicos metaestables.

Si el acero se enfría rápidamente desde la zona de austenita (figura 2) el carbono no puede desprenderse, y como es imposible detener la transformación de hierro

gamma a hierro alfa con capacidades de disolución de carbono muy diferentes, se produce una solución sólida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita. La estructura de la martensita es inestable, con una gran

dureza

y

fragilidad

considerable.

La dureza de la martensita es tanto mayor, cuanta más cantidad de carbono esté disuelto en esta, y se explica por el fenómeno de que su red cristalina está muy deformada por los átomos de carbono. Esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita nos sea cúbico sino tetragonal. Lo que a su vez dificulta su

deformación

plástica.

El acero tiene la capacidad de ser templado si contiene más del 0.3% de carbono. El enfriamiento para el proceso de templado puede efectuarse a diferentes velocidades de acuerdo a los fines perseguidos y del tipo de acero (cantidad de carbono

y

otros

elementos

aleantes)

los

más

usados

son:

1.- Agua. 2.- Aceite. 3.-

Sales

fundidas.

4.- Soluciones salinas. 5.- Y hasta el aire para ciertos aceros aleados. Si tomamos la capacidad refrigerante del agua a temperatura de 20 oC como la unidad, entonces, la capacidad refrigerante relativa de la solución acuosa de cloruro de sodio al 10% será de 1.23; del aceite mineral 0.20 y del aire ambiente 0,03. Después del temple se efectúa el revenido, cuyo fin es el aumento de la

plasticidad (disminución de la fragilidad) del acero con una disminución mínima de la

resistencia

o

la

dureza

adquiridas

durante

el

temple.

La temperatura del revenido se escoge de acuerdo a la posterior utilización de la pieza, pero nunca llegará a la temperatura de transformación (linea G-H de la figura Se

2). distinguen

tres

tipos

de

revenido:

1.- Revenido de bajas temperaturas (entre 180 y 220 oC); Con él se reducen las tensiones internas pero se conserva la estructura martesítica. Se usa en el revenido de herramientas de corte, en las que debe mantenerse la dureza y resistencia al desgaste. 2.- Revenido a medias temperaturas (entre 300-400 oC); A estas temperaturas la martensita se modifica y se transforma en lo que se conoce como troostita y se aplica en los muelles o matrices. 3.- Revenido de altas temperaturas (500-550 oC); A estas temperaturas la troostita se convierte en otra forma llamada sorbita, se aplica fundamentalmente para el acero

de

construcción.

La troostita y la sorbita obtenidas durante el revenido de la martensita sobrepasan por su tenacidad, a las estructuras análogas que se obtienen durante el enfriamiento directamente a partir de la austenita. Recocido. El recocido tiene diferentes objetivos en el tratamiento térmico del acero y generalmente suele ser de dos clases: Recocido de primera clase o subcrítico

Se aplica para eliminar tensiones residuales, acritud, y cambiar forma de la cementita a cementita esferoidal en los aceros de alto carbono para poder trabajarlos mejor. Por lo común mientras más alta es la temperatura, tanto más corto puede ser el tiempo de permanencia, pero, de todos modos, para la esferoidización se requiere un permanencia larga.  El recocido para eliminar la acritud se efectúa después de la deformación plástica en frío; con ello no solo se reducen las tensiones, sino también la recristalización de la estructura, por eso se le denomina recocido de recristalización. Recocido de segunda clase o supercrítico Tiene

como

objeto

diferentes

finalidades,

y

exactamente:

1.- Disminución del tamaño del grano:  El recocido de los aceros de bajo y medio carbono se efectúa por calentamiento s unos 20-50 oC por encima de la temperatura de transformación, es decir por encima de la línea F-E (figura 2). Bajo estas temperaturas se verifica la transformación del hierro alfa a hierro gamma y la formación

de

una

gran

cantidad

de

granos

pequeños

de

austenita,

independientemente del tamaño original de los granos de ferrita o perlita. El enfriamiento ulterior de piezas con grano pequeño de austenita conduce a la formación de granos pequeños de ferrita y perlita. Un calentamiento considerable por encima de la línea F-E, produce no disminución, sino aumento del tamaño del grano. 2.- Obtención de una estructura equilibrada y más blanda. 3.- Modificación de la estructura en piezas fundidas:  Las estructuras fundidas, muy a menudo suelen ser de grano grueso y la fase sobrante, por ejemplo, la ferrita en el acero de bajo carbono y la cementita secundaria en los de alto carbono, se distribuyen en granos, formando la armazón alrededor de la cual se solidifica la masa restante. Tal estructura se denomina de Widmastatten y tiene una tenacidad menor en comparación con la estructura normal. Durante el

recocido no solo se efectúa la disminución del grano, sino también la liquidación de la estructura de Widmastatten. 4.- Eliminación de las segregaciones dendríticas: El recocido para eliminar la segregación dendrítica que surge durante la solidificación de los lingotes, se denomina recocido de homogenización. Generalmente este recocido se logra durante el calentamiento de los lingotes para su tratamiento por presión en la fabricación de piezas en caliente. La homogenización exige una temperatura muy alta (unos 1000-1100 oC) y una permanencia larga (15 o mas horas). Durante este recocido es inevitable el crecimiento del grano, la disminución de este se realiza después por medio de un recocido de recristalización. Normalización. Figura 3 La estructura que surge después del calentamiento hasta las temperaturas que corresponden a la zona de austenita y enfriamiento en el aire, se considera como normal en el acero. Por eso la normalización corresponde a un recocido supercrítico con enfriamiento al aire. La cantidad de ferrita o cementita sobrante, después del normalizado, es menor que después del recocido y la perlita está más dispersa. Por eso el acero normalizado tiene resistencia y tenacidad un poco más altas y una maquinabilidad más

baja

que

el

acero

recocido.

En la figura 3 se muestra un gráfico en el que se destacan las zonas de temperatura utilizadas más comúnmente para la realización de los diferentes tratamientos térmicos.

Aluminio. El aluminio es un elemento químico, su símbolo es Al y su número atómico 13. Se trata de un metal no ferromagnético. En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis. Entre las características físicas del aluminio, destacan las siguientes: 

Es un metal ligero, cuya densidad es de 2.700 kg/m 3 (2,7 veces la densidad del agua), un tercio de la del acero.



Tiene un punto de fusión bajo: 660 °C (933 K).



El peso atómico del aluminio es de 26,9815 u.



Es de color blanco brillante, con buenas propiedades ópticas y un alto poder de reflexión de radiaciones luminosas y térmicas.



Tiene una elevada conductividad eléctrica comprendida entre 34 y 38 m/(Ω mm2) y una elevada conductividad térmica (80 a 230 W/(m•K)).



Resistente a la corrosión, a los productos químicos, a la intemperie y al agua de mar, gracias a la capa de Al2O3 formada.

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Abundante en la naturaleza. Es el tercer elemento más común en la corteza terrestre, tras el oxígeno y el silicio.

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Su producción metalúrgica a partir de minerales es muy costosa y requiere gran cantidad de energía eléctrica.

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De fácil mecanizado debido a su baja dureza.

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Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.

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Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos.

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El duraluminio fue la primera aleación de aluminio endurecida que se conoció, lo que permitió su uso en aplicaciones estructurales.

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Para su uso como material estructural se necesita alearlo con otros metales para mejorar las propiedades mecánicas, así como aplicarle tratamientos térmicos.

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Permite la fabricación de piezas por fundición, forja y extrusión.

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Material soldable.

Fundición del aluminio. El día lunes 2 de marzo del 2020 algunos compañeros y yo fuimos a la empresa con nombre Fundidores de Sabinas, mejor conocida como FEROSA, para que nos explicaran el proceso que ellos hacen del tratamiento térmico a uno de los materiales que ellos funden, en este caso se trató de aluminio como demostración de cómo ocurre la fundición y todo el proceso que lleva a cabo el fundir este material. Primero se escoge el molde a utilizar en este caso fue hecho para una pieza que habían desarrollado con antigüedad.

El molde de arena se construye mediante el vertimiento y compactado de arena en cada mitad del molde. La arena se compacta alrededor del modelo, que es una réplica de la forma externa de la pieza de fundición. Cuando se retira el modelo, la cavidad donde ser formará la pieza de fundición permanece. Una vez que el molde se ha creado, este se debe preparar para el vertimiento del metal fundido. La superficie de la cavidad del molde se lubrica en primer lugar para facilitar la extracción de la pieza de fundición, (en esta ocasión se usó cal). El metal fundido se mantiene en un

horno

a

una

temperatura

establecida. El señor que nos estaba haciendo la demostración nos explicó los grados que se usaron para fundir algunas latas de aluminio para hacer la pieza que tenían prevista. A su vez es demasiado interesante el saber cómo funden un material tan común para hacerlo lucir de otra manera, proceso de fundición o más bien el tiempo depende del horno en este caso se tardó entre 30 min a 45 min ya que los grados que alcanzo este mini horno fue de 600 grados C aproximadamente.

Después de sujetar el molde, se vacía en el molde el metal fundido mediante un cucharón desde su recipiente de contención en el horno. El vaciado se puede efectuar manualmente o mediante un mecanismo automático. Se debe vaciar suficiente metal fundido hasta llenar la cavidad completa y todas las canaletas del molde. El tiempo de llenado es muy corto a fin de prevenir la solidificación prematura de alguna parte del metal.

El metal fundido que se ha vaciado en el molde empezará a enfriarse y a solidificarse cuando penetre en la cavidad. Una vez que se llene la cavidad y se solidifique el metal fundido, se tendrá la forma final de la pieza de fundición. No se puede abrir el molde hasta que haya terminado el periodo de enfriamiento. El periodo de enfriamiento ideal se puede calcular con base en el espesor de la pared de la pieza de fundición y la temperatura del metal. Muchos de los posibles defectos pueden ser consecuencia del proceso de solidificación. Si parte del metal fundido se enfría demasiado rápido, la pieza puede presentar encogimiento, grietas o secciones incompletas. Se deben tomar medidas preventivas en el diseño de la pieza y del molde.

Después de transcurrido el tiempo predeterminado de solidificación, el molde de arena puede simplemente romperse y extraer la pieza de fundición. Esta etapa a veces conocida como sacudida o desmolde, se realiza generalmente con una máquina vibradora que agita la arena y rompe el molde, pero como en este caso fue una sola pieza, con solo sacudirla un poco es más que suficiente. Después de su extracción, la pieza de fundición posiblemente tendrá algo de arena y capas de óxido adheridas a la superficie.

Este es el resultado de la fundición.

Durante el enfriamiento, el material en las canaletas del molde se solidifica unido a la pieza. Este material sobrante debe recortarse de la pieza de fundición bien sea de forma manual por medio del corte o aserrado o con la ayuda de una prensa de corte, en este caso se usa una pulidora, el señor Arturo Rivera quien fue el que nos dio parte de la información nos explicó esto. Ellos juntan los residuos de la rebaba en sacos para usarlos después.

El tiempo necesario para recortar el material sobrante se puede calcular por el tamaño de la cubierta de la pieza de fundición. Una pieza de mayor tamaño necesitará un tiempo mayor de recorte. El material sobrante de este recorte se puede desechar o volver a utilizar en el proceso de fundición en arena. Como ya lo había dicho no solo usan la rebaba para volver a hacer más piezas, tienen diferentes métodos para economizar el proceso. Por ejemplo, cuando terminan de vaciar el aluminio y se queda un residuo.

Usan este residuo lo vuelven a fundir y vacían de nuevo en otro tipo de molde para volver a reutilizar el aluminio.

El señor Arturo Rivera Ortegon fue demasiado amable como para explicarnos las dudas que tuvimos, por decir un ejemplo fueron los distintos hornos que ellos usan para su negocio. Los cuales son 4.

El primero se usa básicamente para el aluminio ya que es más pequeño que los demás hornos ya que su aguante es de 200 grados C.

El segundo es utilizado para el material de bronce, los grados de este horno son de 600 grados C.

El tercer horno es el segundo más potente de esta fundidora ya que funde cobre, su aguante en grados es de 900 C.

Hasta este punto los tres hornos usan de combustible el gas butano y aire, pero el último horno es un alto horno parecido a los de “altos hornos” pero en menor escala y potencia, nos dijo es señor Arturo que los hornos de altos hornos nunca paran de producir, en este caso cuando usan este horno tienen que tener preparado con anterioridad el material, y los moldes a utilizar ya que ellos usan el horno por rondas y por que al terminar las rondas tienen que preparar todo de nuevo. Algo interesante es que usan carbón de coque.

Medidas y normas de seguridad. NORMA Oficial Mexicana NOM-001-STPS-2008, Edificios, locales, instalaciones y áreas en los centros de trabajo, condiciones de seguridad. 1. Objetivo. Establecer las condiciones de seguridad de los edificios, locales, instalaciones y áreas en los centros de trabajo para su adecuado funcionamiento y conservación, con la finalidad de prevenir riesgos a los trabajadores. 2. Campo de aplicación. La presente Norma rige en todo el territorio nacional y aplica en todos los centros de trabajo. 3. Obligaciones del patrón 3.1 Conservar en condiciones seguras las instalaciones de los centros de trabajo, para que no representen riesgos. 3.2 Realizar verificaciones oculares cada doce meses al centro de trabajo, pudiendo hacerse por áreas, para identificar condiciones inseguras y reparar los daños encontrados. Los resultados de las verificaciones deben registrarse a través de bitácoras, medios magnéticos o en las actas de verificación de la comisión de seguridad e higiene, mismos que deben conservarse por un año y contener al menos las fechas en que se realizaron las verificaciones, el nombre del área del centro de trabajo que fue revisada y, en su caso, el tipo de condición insegura encontrada, así como el tipo de reparación realizada. 3.3 Efectuar verificaciones oculares posteriores a la ocurrencia de un evento que pudiera generarle daños al centro de trabajo y, en su caso, realizar las adecuaciones, modificaciones o reparaciones que garanticen la seguridad de sus ocupantes. De tales acciones registrar los resultados en bitácoras o medios magnéticos. Los registros deben conservarse por un año y contener al menos la fecha de la verificación, el tipo de evento, los resultados de las verificaciones y las acciones correctivas realizadas.

3.4 Contar con sanitarios (retretes, mingitorios, lavabos, entre otros) limpios y seguros para el servicio de los trabajadores y, en su caso, con lugares reservados para el consumo de alimentos. 3.5 Contar, en su caso, con regaderas y vestidores, de acuerdo con la actividad que se desarrolle en el centro de trabajo o cuando se requiera la descontaminación del trabajador. Es responsabilidad del patrón establecer el tipo, características y cantidad de los servicios. 3.6 Proporcionar información a todos los trabajadores para el uso y conservación de las áreas donde realicen sus actividades en el centro de trabajo, incluidas las destinadas para el servicio de los trabajadores. 4. Obligaciones de los trabajadores 4.1 Informar al patrón las condiciones inseguras que detecten en el centro de trabajo. 4.2 Recibir la información que proporcione el patrón para el uso y conservación de las áreas donde realicen sus actividades en el centro de trabajo, incluidas las destinadas al servicio de los trabajadores. 4.3 Participar en la conservación del centro de trabajo y dar a las áreas el uso para el que fueron destinadas, a menos que el patrón autorice su empleo para otros usos. 5. Requisitos de seguridad en el centro de trabajo 5.1 Disposiciones generales. 5.1.1 Contar con orden y limpieza permanentes en las áreas de trabajo, así como en pasillos exteriores a los edificios, estacionamientos y otras áreas comunes del centro de trabajo, de acuerdo al tipo de actividades que se desarrollen. 5.2 Techos. Los techos del centro de trabajo deben: a) Ser de materiales que protejan de las condiciones ambientales externas;

b) Utilizarse para soportar cargas fijas o móviles, sólo si fueron diseñados o reconstruidos para estos fines; c) Permitir la salida de líquidos, y d) Soportar las condiciones normales de operación.

5.3 Paredes. Las paredes en los centros de trabajo deben: a) Mantenerse con colores tales que eviten la reflexión de la luz, cuando se trate de las caras interiores, para no afectar la visión del trabajador; b) Utilizarse para soportar cargas sólo si fueron destinadas para estos fines, y c) Contar con medidas de seguridad, tales como protección y señalización de las zonas de riesgo, sobre todo cuando en ellas existan aberturas de más de dos metros de altura hacia el otro lado de la pared, por las que haya peligro de caídas para el trabajador.

5.4 Pisos. Los pisos del centro de trabajo deben: a) Mantenerse en condiciones tales que de acuerdo al tipo de actividades que se desarrollen, no generen riesgos de trabajo; b) Mantenerse de tal manera que los posibles estancamientos de líquidos no generen riesgos de caídas o resbalones; c) Ser llanos en las zonas para el tránsito de las personas; d) Contar con protecciones tales como cercas provisionales o barandales desmontables, de una altura mínima de 90 cm u otro medio que proporcione protección, cuando tengan aberturas temporales de escotillas, conductos, pozos y trampas, durante el tiempo que se requiera la abertura, y e) Contar con señalización de acuerdo con la NOM-026-STPS-1998, donde existan riesgos por cambio de nivel, o por las características de la actividad o proceso que en él se desarrolle.

NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-027-STPS-2008, ACTIVIDADES DE SOLDADURA Y CORTECONDICIONES DE SEGURIDAD E HIGIENE 1. Objetivo. Establecer condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo para prevenir riesgos de trabajo durante las actividades de soldadura y corte. 2. Campo de aplicación. Esta Norma rige en todo el territorio nacional y aplica en todos los centros de trabajo donde se realicen actividades de soldadura y corte. 3. Obligaciones del patrón 3.1 Mostrar a la autoridad del trabajo, cuando ésta así lo solicite, los documentos que la presente Norma le obligue a elaborar o poseer. 3.2 Contar con el análisis de riesgos potenciales para las actividades de soldadura y corte que se desarrollen en el centro de trabajo, de acuerdo a lo establecido en el Capítulo 7 y adoptar las condiciones de seguridad e higiene correspondientes, de conformidad con lo que establece el Capítulo 8. 3.3 Informar a los trabajadores que realicen actividades de soldadura y corte sobre los riesgos a los que se exponen, a través de carteles, folletos, guías o de forma verbal; la información debe darse por lo menos dos veces al año y llevar un registro que contenga al menos, nombre y firma de los trabajadores que recibieron la información, así como la fecha, tema y nombre de la persona que la proporcionó. 3.4 Autorizar por escrito a los trabajadores que realicen actividades de soldadura y corte en áreas de riesgo como: áreas controladas con presencia de sustancias inflamables o explosivas, espacios confinados, alturas, sótanos, subterráneos, y aquéllas no designadas específicamente para estas actividades. 3.5 Supervisar que las actividades de soldadura y corte en lugares peligrosos (alturas, espacios confinados, sótanos, subterráneos, áreas controladas con presencia de sustancias inflamables o explosivas, otros) se realicen en condiciones de seguridad e higiene. 4. Obligaciones de los trabajadores 4.1 Participar en la capacitación proporcionada por el patrón. 4.2 Desarrollar sus actividades de acuerdo a los procedimientos contenidos en el programa específico de seguridad e higiene, y a las condiciones de seguridad e higiene establecidas en esta Norma. 4.3 Utilizar el equipo de protección personal de acuerdo a las instrucciones de uso y mantenimiento proporcionadas por el patrón.

4.4 Realizar las actividades de soldadura y corte sólo si cuenta con la capacitación y, en su caso, con la autorización correspondiente. 4.5 Someterse a los exámenes médicos específicos que el patrón indique para valorar su estado de salud al menos cada doce meses.

Conclusión. Para terminar este trabajo queda solo hablar sobre lo interesante que es la fundición o en este caso los tratamientos térmicos. Si no hubiera sido por este ensayo tal vez nunca hubiera aprendido tanto sobre este tema como lo hice al ir a la fundidora. Se me olvidó mencionar que a través de internet puedes conocer más sobre esto y no me refiero tanto a la información que hay en documentos, revistas etc. Sino a las personas de verdad. Personalmente al saber el tema del ensayo se me hizo imposible conseguir alguna fundidora cerca (no sabía que había en agujita), por lo que me dirigí a Facebook, a un grupo llamado Fundidores de Metales a través del mundo.

Donde comente alguna duda y fueron amables como para responderme y ayudarme a entender el tema. Algo que me llamo mucha la atención fue que el señor Arturo nos habló mucho de lo que ya he tocado en este ensayo como el tratamiento del templado, el recocido, se notaba que sabía mucho sobre su industria lo que es muy interesante.

Otra cosa fue su habilidad con los moldes ya que por lo que nos dijo él era el que hacia la mayoría de los moldes y como referencia dejo unas fotos para terminar el ensayo.

Referencias. http://www.ferrotechniekcolombia.com.co/hierro-fundido/fundicion-en-arena/

http://asinom.stps.gob.mx:8145/upload/noms/Nom-027.pdf

http://asinom.stps.gob.mx:8145/upload/noms/Nom-001.pdf

http://www.sabelotodo.org/metalurgia/tratatermacero.html

https://www.ecured.cu/Tratamiento_t%C3%A9rmico_del_metal

https://unesid.org/siderurgia-que-es-el-acero.php

http://eprints.uanl.mx/435/1/1020115008.PDF