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• Pablo Eguía

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1.- ¿QUE ES UN TRATAMIENTO TERMICO?

Se conoce como tratamiento térmico el proceso al que se someten los metales u otros tipos de materiales sólidos como polímeros con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. 2.- ¿EN QUE CONSISTE EL TRATAMIENTO TERMICO?

El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecidos. Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro-carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. Los principales tratamientos térmicos son:  

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Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. Recocido: 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. 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.

3.- ¿CUALES SON LAS PRINCIPALES VARIABLES OPERATIVAS EN UN TRATAMIENTO TERMICO?

La temperatura, el tiempo y la velocidad de enfriamiento.

4.- ¿CUAL ES EL USO O EMPLEO DE UN DIAGRAMA TTT?

Los diagramas TTT (Temperatura, Tiempo y Transformación) son diagramas donde se describen los procesos de transformaciones de fase en función de dos variables, la temperatura y el tiempo. Permite predecir la estructura, propiedades mecánicas y el tratamiento térmico requerido en los aceros. En el caso particular de los aceros se trata de determinar las transformaciones de fase de la austenita en función de la temperatura y el tiempo. Las transformaciones pueden ser isotérmicas o por enfriamiento continuo. Generalmente se trabaja con los diagramas de transformación isotérmica.

Diagrama TTT 5.- ¿EN QUE CONSISTE EL ENSAYO DE TEMPLABILIDAD PARA LOS ACEROS AL CARBONO (JOMYNI)?

Se trata de templar una probeta estandarizada del acero estudiado. Primero se calienta a la temperatura de austenización, enfriándola posteriormente mediante un chorro de agua con una velocidad de flujo y a una temperatura especificada, el cual sólo enfría su cara inferior. Dicha cara actúa como superficie templante y enfría la probeta de forma longitudinal hacia su extremo superior sólo por conducción, apareciendo un gradiente de velocidades de enfriamiento desde la máxima velocidad en el extremo templado (inferior), a la mínima en el extremo superior. Una vez que la probeta se ha enfriado a temperatura ambiente, se desbasta una tira de 0,4 milímetros de espesor y se determina la dureza a lo largo de los 50 mm primeros de la probeta. En los primeros 12,5 mm las lecturas de dureza se toman a intervalos de 1,6 mm y en los 37,5 mm siguientes cada 3,2 mm. Después se traza una curva de

templabilidad representando los valores de dureza en función de la distancia al extremo templado.

DETERMINACION Y CONSTRUCCION DE LOS DIAGRAMAS TTT

Los diagramas TTT (Temperatura, Tiempo y Transformación) son diagramas donde se describen los procesos de transformaciones de fase en función de dos variables, la temperatura y el tiempo. Es importante destacar que en los diagramas TTT aparecen fases metaestables que no aparecen en los diagramas de equilibrio. Por ejemplo, en el sistema SiO2, hay varias fases polimórficas (cuarzo, tridimita y cristobalita) Además, al enfriar rápidamente la tridimita no cambia a cuarzo sino a la fase tridimita de baja temperatura. Esta fase es metaestable y no aparece en el diagrama de fases (la estable en esas condiciones es el cuarzo de baja temperatura) pero si se enfría rápidamente es metaestable por mucho tiempo. Se pueden determinar dos tipos de transformaciones de gran importancia: a).- Transformaciones con difusión atómica (caracterizadas por cinéticas lentas) b).- Transformaciones sin difusión (martensíticas) solo hay distorsiones. En los diagramas TTT aparecen los dos tipos de transformaciones aunque solo una resulte en la fase estable a temperatura ambiente. Para obtener los diagramas TTT se opera de la forma siguiente: 1.- El conjunto de probetas de la aleación de la misma composición, bajo estudio, se calientan y se mantienen a temperatura constante (en el caso de los aceros hasta austenización total). 2.- A continuación se enfrían bruscamente hasta la temperatura determinada sumergiendo la probeta en un baño de sales fundidas de tal forma que la temperatura se mantenga constante. 3.- A intervalos de tiempo controlados se sacan las probetas para seguir las transformaciones de fases, y microestructuras presentes, principalmente con la ayuda del microscopio metalográfico y DRX. 4.- Se representan los resultados de las transformaciones de fase (en condiciones de no equilibrio) en los diagramas TTT (figura 2.7). Para ello, de cada experimento a una temperatura constante conocida se extraen tres puntos (tiempos) que corresponden al inicio de la transformación (> 1 %) al punto intermedio (50 %) y al punto final (> 99 %). Puede haber varios tipos de transformaciones (no solo un eutéctico) con lo que los diagramas TTT se pueden complicar mucho. Aunque depende de las composiciones, la transformación de la austenita a las diferentes fases o microestructuras tienen lugar en rangos de temperatura determinados. La transformación de la austenita depende

principalmente de la velocidad de enfriamiento. T > 725 °C, austenita; 725 > T > 500, perlita fina; 500 > T > 225, bainita; 225 > T, martensita. Ms es la temperatura a la que comienza a formarse la martensita y Mf es la temperatura a la que termina de formarse la martensita. Estas temperaturas cambian dependiendo de la composición del acero. Si % C aumenta Ms disminuye. % C = 0.7 → Ms = 300 °C. % C = 1.1 → Ms = 200 °C. % C = 1.6 → Ms = 100 °C. ENSAYO DE TEMPLABILIDAD La templabilidad es una medida de la velocidad con que la dureza disminuye en función de la distancia al extremo templado. Facilidad de formarse martensita. Se toma una barra de metal y se templa uno de sus extremos. La pieza posteriormente se enfriará, presentando el extremo templado un máximo de dureza. A medida que nos vamos alejando del extremo la dureza decrece. La velocidad de enfriamiento es más lenta y el carbono dispone de más tiempo para su difusión y formación de perlita (más blanda que la martensita) para conocer el grado de templabilidad se conoce como ensayo Jominy. El temple tiene por fin dar a un metal aquel punto de resistencia y de dureza que requiere para ciertos usos. Los constituyentes más duros y resistentes son las martensita y la cementita. Para lograr estos constituyentes, se sigue este proceso: Fase 1ª El calentamiento se hace hasta alcanzar la austenización completa en los aceros de menos de 0.9% de C; y entre la A1 Acm para los que pasan de 0.9% de C. En la figura aparece la zona adecuada de calentamiento, en función del C. Fase 2ª El mantenimiento debe ser suficiente para alcanzar la homogeneización entre el núcleo y la periferia. Las piezas gruesas necesitarán más tiempo que las delgadas. Si la velocidad en la fase 1ª fue grande, hay que alargar el tiempo de permanencia de la fase2ª Fase3ª La velocidad de enfriamiento debe ser tal, que no penetre la curva de enfriamiento en la S, hasta llegar a la temperatura Ms de la martensita. El éxito del temple estriba en el conocimiento exacto de los puntos de transformación y del empleo del medio adecuado para lograr la velocidad suficiente de enfriamiento.