Tratamientos Termicos De Los Aceros-sturla Libro 184m5p

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U,¡::,k ...... U"........

263 ., 263 266 .. 267 273 275 282 284

9.

10. 11.

12.

284 291 292 293 295

Dureza secundaria Doble y revenido Revenido a elevadas "(_""'''''l.L~IJi'",·rr.i-,.... ",,~ Colores del revenido

Capítulo X TRATAMIENTO SUBCERO O CON 1.

2. 3.

4. 5.

Consideraciones Influencia del tratamiento térmico sobre las características del acero con tratamiento cero ...... en la construcción de máquinas herramientas de Medios de enfriamiento utilizados Duración del tratamiento "

297 304 30-6 310 312

Capítulo XI ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL POR CEMENTACIÓN 1. 2.

3.

Generalidades Mecanismo de la Carburación 3.1. Definición 3.2. de la carburación 3.3. Factores de la carburación a. del acero b. de grano c. Cementantes d. de carburación de carburación f. térmicos de

;

313 318 322 322 322 323 323 .. 333 334 352 353

de la carburación. lementos y otros factores.

"""'!:ll"T.ll"3

353

Capítulo XII CARBONITRURACIÓN .LJ C.I.U.lJL..,"

7.

u.

.

387

. 387 .. 388

Objetos de la carbonitruración Factores de la carbonitruracíón Referencias conceptuales Fundamentos de la carbonitruración Contralor de la carbonitruración Factores de la carbonitruracíón

389 . 393

397 .. 399

Capítulo XIII CIANURACIÓN 1. 2. 3.

Definición Objetos de la cíanuración Factores de la cianuración

,.................................... 415 415 415

Capítulo XIV NITRURACIÓN 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Definición Objetos de la nitruración de la nitruración Principio de la nitruración gaseosa . Estructura del acero nitrurado Análisis de los factores de la nitruración Preparación de las para nitrurar Protecciones para evitar la nitruración de parte de las piezas Ventajas de la nitruración .. , 9. 10. Nitruración en baños de sales 1L Nitruración iónica a. Definición........................................................................... b. Técnica del proceso c. Recipientes................ d. Aplicaciones o

, •••••••••• ,

••••••• •••• •••••••••••

423 423 424 424 427 436 440 440 441 442 443 443 444 445 447

XI

íNDICE

Capítulo XV

l. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

449 449

Defmición del surnnllZa(lo Factores del sulfinuzado del Práctica del sulfmuzado

450 453 453 454

455 457

Sulfinuzado a Práctica del tratamiento Recomendaciones

CALORIZADO

2. 3.

Definición del calorizado Factores del calorizado

459 459 459

CROMIZADO O ALFATIZACIÓN l.

2. 3.

Defirlicián del cromízado Factores del cromízado

460

460 461

SHERARDIZACIÓN l. 2. 3.

Definición Objetos del Factores de la sherardización

461 462 462

Referencias Bibliografía

'-'a.~.Jj."u.J.v VI Capítulo XI

463 :

464

465 471

2Q

ANTONIO E. STURLA

TÉRMICOS DE LOS ACEROS

de las deformaciones por y difusión cnoc,--.rc'(;! de capa en inductivo por alta frecuencia de ~.L¡:;. elementos de con conductos de lubricación inductivo por frecuencia .. selectivo con llama oxiacetílénica nN',,","'"

..477 ..478

'~·~.h." ......... n'n..n

..482

UC;.L.LU.LC;.::l

Industria automotriz. \.pJlIc:aCl.OI1LeS vanas. Inform.ación adicional de términos técnicos.

..483 487 .... .490 .. ..491 ....... 491 ....... .493

Prólogo

fusión de la teoría y la como Henry Chatelier, debe ser hoy la preocupación dominante de todos aquellos que se tanto en el progreso de la ciencia como de la La falta de esta interrelación, el privar a la . . "C,,6 rel="nofollow">'"''''U, del control de la práctica, da lugar a vanas y la preClsa, inmovilizándose desprovista de una ou,I'''<Ñ'~f resultado o fin. en el volumen Introducción, se reafirman en esta cuyo objetivo es aportar un flujo de conocimientos cos ampliados en armonia con la práctica del taller; este aporte refleja la del autor basada en su prolongada labor, ya sea en la cátedra universitaria o en su laboratorio de tratamientos térmicos. ha considerado necesario y conveniente tratar las fundamentales transformaciones del acero, de la cinética y productos resultantes de los procesos térmicos aplicados influyendo los distintos de la práctica de y así utilidad a capataces y que este tratapublicaciones teóricas, sin desmerecer su valor e imdesarrollan los fundamentos teóricos, suelen desdeñar de práctica industrial de los tratamientos térmicos, con lo cual se reduce la importancia y grado de responsabilidad de está al frente de un laboratorio tanto sea en la gran como en un modesto emprendimiento familiar o en un pequeño taller. La lograda con la práctica taller que se vuelca contribuirá con quien deba tomar en el llevar a cabo tratamientos brindándole la para solución. "C,'6>,",6>lM

ANTONIO E. STURLA TRATA.'\1IENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS

de extanto para como para resolver o dudas y también para que constituya un auxiliar del profesor que tiene la responsabilidad de conducirlo u con el propósito de en su que lo conduzca a una de los fenómenos. uu" .. u., ....."'.

En las distintas

de fabricación de una se cometen errores, nr,,,,nl''''''''t'1 tanto en la cementación como en el El autor ha considerado necesario y conveniente analizar las citadas anormalidades en otro volumen, a editar a la brevedad y remedios para su corrección o eliminación totaL aCI~ldenltes

y

Dureza RockweU Dureza Vickers escala

escala A

70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24

86,5

e

20

85,5 85,0 81,5 84,0 83,5 83,0 81,0 80,5 80,0 79,5 79,0 78,5 78,0 77,5 77,0 76,5 76,0 74,5 74,0 73,5 73,0 71,5

1076 1004 942 894 854 820 789 763 739 715 695 675 655 636 617 598 580 562 545 528 513 498 485 471 458 446 435 413 393 372 353 334 317 301 285 271 257 246 236

Dureza Brinell

448 437 425 415 393 372 352 332 313 297 283 270 260 250 240 230

Dureza Rockwell escala B

Dureza Brinell HB

100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 79 78 77 76 75 74 72 ·70 68 66 64 62 60

240 234 228 222 216 210 205 200 195 190 185 180 176 172 169 165 162 159 156 153 150 147 144 141 139 137 135 130 125 121 117 114 110 107

3200

900

1700

3100 3000

1600

2900

2800

700

2700 1400

2600 2500

2400 2300 400 700

1200

2200 2100

1100

400 300

1900

fOOO 900

100

O

2000

1800

'fl00

TEMPLE

Definición El temple es un tratamiento térmico que consiste en calentar un produrante cierto a una generalducto mente por del critico y luego bruscamente en un medio líquido o gaseoso y a veces por o con un sólido.

2. Objetos del temple se distintos entre los que se encuentra la estructura martensítica que modifica las distintas propiedades del producto siderúrgico de las siguientes formas:

a) Propiedades físicas al) Densidad: los aceros e hierros fundidos aumentan de volumen por acción de dicho tratamiento. la resistencia eléctrica del acero aumenta. intensidad del acero disminuye. la sonoridad del acero Uo1C'o1Ul""U

b)

mecánicas

b1 ) Aumentan: la tensión de rotura por tracClon, el límite elástico y la r I " .... nn"..

el alargélmllenw la estricción

la

ANTONIO

SruRLA TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS

En el producto tente y duro, pero más frágil. Este el descenso de la ductilidad.

se hace más resismás notable en el acero por

c) Propiedades qutmicas

Aumenta la al ataque aUlmlCO de ciertos pecto al que poseen en estado recocido.

con res-

d) El temple ...,v..,.."'" ".... obtención de .. u ,.... ral~terí~lti(:as mecánicas.

un tratamiento T\,..'nr..",.. ... 1""'-.n estructuras y en cm[lSt~ct:leIllCl¡:l,

OLUOL'"

e) Tratamiento

helter()g~¿nfm

El tener entre otros por .... u.a.J.... uau máxima dureza en el acero e hierro fundido, prlopl.eaaa nerse para afectar: Solamente a la Y"l.n·..... 1",o"...'" SU1Pel11C:laJlml:mt:e o localizado zona.

determi-

la masa metálica.

3.. Factores del temple Los factores que tienen relación directa con el son: \.,;omlJOEIIC]lOn química y estado del producto siderúrgide temple. c) de calentamiento. d) Velocidad de enfriamiento. A y con el el estudio tratamiento se deja para más el ................A,"' ..'" comentarios acerca de la influencia de cada uno de los factores del """.. u ..... b)

'J.'C.

4,.

del temple El proceso realización del "..... '.A ..,"'-' ClornLDI'en.de a) Calentamiento del T\,..r,rln.-.9"n ' ' ' .... ,0"...'',........ Enfriamiento ........

,u'V ............ v'V

..........,...... J ... "...,

en un medio

a) Calentamiento

El calentamiento de los productos para obtener el necesario e imprescindible para practicar el temple, constituye, del primer paso, un proceso de vital importancia. Los mientos y prescripciones iniciales secundarios del mismo son en un todo según el tipo de acero a del recocido y normalizado. En la calentamiento la de los que van a formar la solución sólida es en el supuesto de un acero eutecla disolución de la perlita se realiza en dos etapas: inicialmente se produce la transformación de la ferrita (hierro a) en hierro gamma (Fe y) (con lo cual se crea la condición que permita la disolución del carbono) y luego entra en solución el carburo de hierro En un calentamiento continuo la y puesta en solución de los distintos comienza a temperaturas cada vez más elea medida que aumenta la velocidad de calentamiento. Calentamientos más como los que tienen lugar en el ternpJ.e selectivo (por eléctrica o llama oXl~aceUle"UCI2, laser o otros medios de calentamiento) una moderable elevaClon la a la que se los distintos componentes estructurales, y en consecuencia provocan temperaturas de temple más altas. Estas temperaturas, no siempre son susceptibles de lograr, por lo es frecuente, del enfriamiento encontrar estructuras o a las distintas de austenización progresiva. La velocidad de como el tiempo de a temperatura, dependen de una serie de factores entre los cuales se citan: composición del acero, estado estructural, características dimensionales (forma, tamaño o tensiones etcétera. Los aceros de mayor contenido de carbono y una velocidad de calentamiento menor (por ser de menor conductividad térmica), a fin de reducir las tensiones que se originan por gradientes dos de temperaturas, entre la periferia el núcleo o entre dos puntos que .... u.c.Uc.u. producir o dar en las tensiones generadas, a deIlHiClUIle:s, fisuras o roturas, etcétera. Este mismo es válido y debe tenerse muy en cuenta cuando se trata de de secciones etcétera. El calentamiento debe ser en la <>"'r.... ' ..... " .... mayor rendimiento del menor consumo energía, "0/"111'''''''dación y descarburación y abreviar los tiempos del tratamiento. Las tensiones existentes de rrr,nC't:u;¡eCIQ "'·ni-l:>Y"l'''....CIC! en el caso de aceros fundidos o moldeados todo los de alto carbono) o ser incrementados si el calentamiento es rápido y provocar ac'-"''''Lv'''>'''v'''', que se traducen en delorm.aClones, +ru.... n que a afectar notoriamente al motivo de rechazo totaL UJX'L'."la\.Jlao

".rhl....

4

E.

v~C"H:;;lJ.,",(;U. el en otro horno de con lo cual se reduce notablemente el tiempo útil del mismo y se asegura la de los ...,....._........,,""'v accidentes.

y

b) Enfriamiento En el como en el recocido de de los aceros al carbono la totalidad de la masa metálica debe encontrarse formando o constituyendo el estado austenítico homogéneo y uniforme, en el momento de comenzar el al el metal en el medio de enfriamiento rápido. El de un v"vUAt--'v allOlnere dureza. La transformación de la ocurre g-eln.e]ralmE~nl;e por de 300 oC o sea a mucho más cocido. realizarse de dos formas: El estudio del Con enfriamiento continuo tomando como ratura de calentamiento friamiento la cOlrre:spondl€mt:e cesa de y .. "v ......."........Uy'''' la descomposición de la austenita fuera de equilibrio, en función del tiempo, a distintas por debajo de AlPara tal fin se enfría una probeta reducida masa) desde el estado austenítico hasta una rl''''t"'~'''·n11.n..... tl~m.pera'[;ur T' inferior a donde se mantiene a temperatura constante hasta la transformación total de la es decir se realiza la transformación en forma isotérmica. Se verifica la transformación por medios observación rnicros"'V.JA~(:>', etcétera. fue estudiado y desarrollado por Bain y y

....

.........•..r>I·'C'A

5. Fenómeno y mecanismo del temple El fenómeno ción de la veJIOCllda,a tras, se puede tal como se ha comentado, de dos formas: velocidad de enfriamiento un factor que depende de la naturaleza dad medio de temple, de la masa del etc. térmico de acuerdo con la Sl,glIleulte: dT Tm) v = K. OV"r"\1"Oclt1,n

siendo:

TEMPLE

K.

Un factor que varía con la naturaleza del miento o masa del metal. Temperatura de temple (estado .......... u .... " .......v 1'0"''''''''''''''''''1'"..-", del medio de enfriamiento.

de

J ".....

Por consiguiente base a la expresión anterior, el estuC1:lO del mecaa saber: nismo del temple se puede encarar de dos Mantener constante Tm y variar K, modificando, sea masa metal, sea el medio de enfriamiento (método de temple con enfriamiento continuo). b) Mantener constante K y realizar el enfriamiento en tres (método de temple con enfriamiento escalonado o por acuerdo con el siguiente orden: b 1) El metal desde Tt se enfría en un líquido a temperatura TI superior a Tm, pero inferior a la del punto critico inferior. (temperatura constante) durante un El metal a tiempo t, lograr la transformación de la austenita. En la última el producto siderúrgico se enfría desde hasta Tm.

6. Método de temple con enfriamiento continuo. Descomposición de la austenita en función de velocidades de enfriamiento crecientes En su oportunidad se sobre el diagrama de las aleaciones del hierro y del carbono, el proceso de tnmE¡tmrmaCllón de la austenita, de composición eutectoide en perlita; el eutectoide que corresponde a un equilibrio reversible, está constituido por ferrita y cementita. En dicha ocasión se consideró, que para una dada velocidad de enfriamiento, el pasaje al nuevo estado se producirá por germinación o el fenómeno' por la nucIeación nucleación y crecimiento, estando la ferride cementita a cuyos lados, en función del tiempo, se ta. La distancia interlaminar de este constituyente perlita está estrechamente vinculada con la ley de enfriamiento. Si se considera que la velocidad de enfriamiento va aumentando, vaque se va atravesando más rápidamente la zona de transformavariar el de descomposición la ......... 'n'v" ...... "."'. lo que Del acerca de cómo se va realizando la descomposición de la aust€~nlta. se obtendrán una constituyentes cuya pn~senCl.a dará a la de las Cal~acter1st;lc2lS ..".,."",,'..........,...,0 El análisis de cómo va avanzando o pf()~es~mClo de la así como los nuevos "'''''..,'o+ .. 1-.... ''Uy.,.1-""" olbtE:mldo:s, en función de la resistividad el€~ct]:"lCl:l, u u.... n.uV'' ¡;;..........' ' '...

ANTONIO E. STURLA - TRATp•.MJENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS

6

ción, determinación de dureza, tensión de rotura, alargamiento, análisis micrográfico, etcétera. Si se calienta el acero al carbono cOn 0,9% de carbono (eutectoide), hasta lograr el estado austenítico homogénea (temperatura superior Ac 1) S a continuación se lo enfría con velocidades de enfriamiento crecientes, dos fenómenos son detectados por cualquiera de los métodos de observación antes citados: a) La temperatura de transforlnación de la austenita desciende con el incremento de la velocidad de enfriamiento. b) Se van produciendo nuevos constituyentes estructurales. En la figura 1 se ha esquematizado el proceso de transformación de la austenita con enfriamiento continuo de UI1 acero de 0,9% de carbono, en función de velocidades de enfriamiento crecientes. Con la curva de enfriamiento V¡, se ha indicado la transformación que tiene lugar por enfriamiento lento, por· ejemplo, equivalente al que

Tiempos

Perlita

Austenita

Martensita

Martensita Troostita y Troostita

Patiita laminar

FIG. 1. Estructuras de los constituyentes obtenidos por enfriamiento continuo luego dea~t~Jlizar un acero e = 0,90 %, a distintas velocidades de enfriamiento. Posición~~!as temperaturas de transformación (según Portevin). Transf~a!ción al calentamiento Al Transformación al enfriamiento ~ VCi velocidad crítica de temple inferior VCs velocidad crítica de temple superior.

TEMPLE

en el ciclo de rec~oc:lc1I::>, dentro del se o bien en el enfría al aire. centro de una muy VOjLUrmrWSa de una 1"1" ...,.,"' .... de alreEl constituyente obtenido, es dedor de 240 Brinell. velocidad V 2' practicado al Realizando un enfriamiento más aire por ejemplo, su efecto, en piezas pequeñas, es similar al que se obtiene en el centro de las medianas dimensiones enfriadas en se traduce en una muy fina que puede ser sorbita o troostita ras con durezas variables entre 350 y 400 Brinell. Tal como se indica en la figura 2, el punto crítico aesclen.ae con lentitud, según ah a z, a3' etc., en forma continua. La troostita, se colorea con los reactivos no _~r"''''''''''' por el como oscuras nódulos, en los límites de los granos de austenita que le dio el microscopio electrónico se ha determinado laminar muy fino. Las láminas son muy .... v'Lh .............'''' sUlDSl:8te el poder de germinación espontáneo, el espesor las láminas decrece hasta p. En la 3, debida a la influencia de la sobre fineza de la ""Qt'rlll'hrr!l La figura 4, original de muestra la influencia de la finura de la estructura sobre la dureza. VA A5'-"U.'

.l.V.l.'¡;;UJla.1.lVv

Austenita

~ 500

::::J

as

~400

E (]) 1- 300

200

Per a

Troostíta Martensíta

100

M+A

Martel1síta

Velocidad de enfriamiento

·C/seg

muestra el efecto de la velocidád de sobre la de:SCCimlpmHC:LOn de la austenita de un acero eutectoide (C = al: comienzo de transformación m: comienzo de formación de martensita. L<........

"~U.l'V

8 4,00

3,50

Espesor de la ferrita

3.00

2,50 Espesor de la cementita 2,00

1,50

.-..+-_-.il-_+-_.......--'

-+

.I.-_ _

970

1.050

1.010

1.130

1.090 1

727 ....... decrece

rK'

106

FIG. 3. Influencia de la temperatura de formación sobre la fineza de estructura MEHL).

0,38:0-.---::----------------

de la de estructura sobre la dureza Green). 200

220

240

260

280

300

320

Dureza Brínell

TEMPLE

9

En ciertas ocasiones es frecuente que, al obtener la estructura se ha realizado un dulce; aunque con dificultades, el acero en tal estado, es susceptible de mecanizado. Con'tinuando con el de la velocidad de enfriamiento, se observa alcanzado el valor se produce un desdoblamiento de la transformación; el punto Ar se en dicho instante Ar' y el nuevo punto situado por debajo de 300 se identifica como Ar'" define la aparición de un nuevo constituyente, muy reacio a con los reactiy de una conformación acicular, llamada cuya caractefundamental es su A la velocidad de enfriamiento que define la presencia de martensita se la denomina velocídad crítica inferior de temple. En la se puemás de objetivar este proceso como el que se obtendría templando bien pequeñas en aceite. La velocidad V4 un incremento de la proporción de martensita en detrimento de la el acero experimentará un nuevo aumento de dureza. En la fotomicrografia 5 se observan los constituyentes que se obtienen en estas condiciones de temple: troostita oscuros) y martensita. Cuando la velocidad de enfriamiento V5 es tal, que aef,arlar1ece solamente se produce la transformación martensítica, el acero ha rido su máxima dureza y entonces se dice que está templado. A esta cidad, que puede ser del orden de 200 cC/seg (para el acero en estU(11l0 se la designa velocidad crítica de temple superior. La condición que satisse enfriando, por ejemplo, el acero en agua face este a 30 oC.

5. Acero eutectoíde templado a una velocidad critica menor la critica de

10

En la fía 6 se muestra la estructura resultante de un acero temen a 30 oC. se presenta en forma de jas o acicular y el blanco austenita residuaL J.V"'JULL"'L

FIG. 6. Acero eutectoide templado en Martensita en acicular sobre un fondo blanco de austenita. con nital2

Como es dable la transformación de la austenita ha cambiado por completo, ya no existe el proceso tiene en forma instantánea desplazado hacias en un intervalo designado y fin de la transformación) que se extiende para el acero eutectoide entre +260 y -160 oC y que es insensible a la velocidad de enfriamiento (ver nota al final del capítulo). del último caso (velocidad la austenita sufre la Con transformación ya a el contenía a elevada temse ha por para lugar a la formación de en este caso (velocidad solamente ha producido la de yen a, pero alqjado el carbono en solución, inserto en el cubo de cuerpos centrados. Como se recordará el hierro alfa o ferrita disuelve a temperatura ambiente solamente 0,008% de carbono. La que interesa a la aUSLEmrta, en un breve del orden lurUléllCllJill de de los límites de 0,5 . 10-7 hasta ve'LOC:La8l0 media de crecimiento es de de 106 rnln/~~pO' Las dimensiones las de están 11l1mtao.as tamaño de los granos de austenita. Cuanto tanto más serán las de ra de martensita una dimensión COlrr€~Splon.d.llente del grano de austenita sucesivas que tada su por en nrlI'nC'1r' ~r''rn,",.r.A serán

11

TEMPLE

n ..." ....... ,'"'1f"F"" cristales tendrán una orientación entre sí que formarán un de 60 a 120 los restantes se Esta orientación está directamente austenita. La de las placas de martensita con el metalográfica, cuando se la observa en el microscopio nrlBS€mta ciones aciculares. En la Fe e Fe representado de se puede observar, en come ........ ''' ... r-lf'1n con la de la Fe ra 8, la modificación de red y distribución de los e átomos tanto de hierro como de carbono. 0

,

n'"'\Y"H't"'\Y" .....

e Fe FIG. 7. Austenita: carbono en el centro del cubo y en el

Fe

LJ-----....e-------I-:.I

e

medio de cada arista.

El nuevo estado, martensítico, está fuera de equilibrio, se trata de . una solución sobresaturada de carbono en hierro alfa (ferrita). como se indica en la figura 8, en Los átomos de carbono, se el sentido en la mitad entre dos átomos de hierro. Mediante rayos se ha podido detectar una cierta distorsión de la indicando la conformación ligeramente tetragonal o Fe cuadrática := 1,037). En :P' la 9 se ha representado variación de los paFe rámetros de la maUla tetrade la martensita con tenor de carbono.

r-

3,04

o FIG.

Martensita tOt-""H"f'ln de temple.

¡

Fe

e

e

Fe

Fe

LI---------I.J

........-

2,64~

12 A 3,66 3,64 3,62 3,60

A

~-+-_+--+_-+-_+--+_-+-...J 3,58 1,8 2,0 relación

e

3,08 • según Honda y Nishiyama + Ohman

S a 1,10

1,06 1,05 1,04 2,92

1,03

2,90

1,02 1,01 1,00 2,0

FIG. 9. Variación de los tenor de carbono y de la austenita.

de la malla

tetr~:on,al de

e la martensita con el

La elevada dureza de la martensita tiene relación directa con el grado de deformación. La relación c/a está dada por la c / a ::::: 1.000 0,005) + 0,045 x % C. Si el carbono es cero, la relación es la unidad. En este caso la celda, es la que corresponde a la ferrita. Los del lado del cubo son una función lineal del conteni· do de varían en forma directamente con el en otras el grado es tanto contenido de más intenso cuanto más es el porcentual de carbono. De esto se infiere que la no posee es no es considerada como un '""''-''"''u,.......", sistema una sola fase de COJm[)OSlCIÓn terístico de una sólida. 'AHHUUC,"",\J

13 En síntesis la velocidad crítica de velocidad necesaria mantener intacto el estado hasta la del punto Ms, es decir alrededor de 260 oC para el acero con 0,9% carbono. A este respecto, es conveniente hacer notar el papel que en este el tamaño del grano, cuanto mayor es el grano del acero, tanto menor será la velocidad critica de temple, dado que las juntas de los favorecen la nucleación En este sentido corresponde tener el del grano, es tanto mayor, cuanto más temperatura de austenización (previa al temple) y el tiempo de permanencia a dicha V"""UtJ'uL En la figura 10 se nota la influencia del ~ontenido de carbono de los aceros, sobre la de del Ar''' sobre las máximas durezas que se alcanzar.

TEMPERATURA DE APAR1CION DE AR'"

70 60

HR e

50

40 30

MAX1MAS DUREZAS DESPUES DEL TEMPLE

L.-/'"

I I

/

20

10 O

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

%C

FIG. 10. Influencia del contenido de carbono de los aceros, sobre la temperatura de aparición del Arm y sobre las máximas durezas que pueden obtener.

La figura 11 muestra la variación de distintas físicas del por del temple. La martensita es la 12 se la variación ar~~arm€ntlD, en función del contenido de "''Jilr''hn,nCl pe
CARACTlERIZANDO EL ESTADO DEL CARBURO (libre o disuelto)

¡

Ve T Amplitud de Aa

lII---~

CARACTERIZANDO EL ESTADO DEL HIERRO (a ó y)

[ !I----t----1----:-:_-'-:

--::-'

lll-orllt-----¡----iII'-'

CONCLUSIONES

FIG. 11. Variación de las pr<)pliea

ot

300

FIG. 12. Variación de la función del tenor de l''!'lIT'hnrl'" .......r'ho!"oo

de pe(lU€~fia

at lJeSDtleS 2. at En estado rec:ocldo. 3.8 4. S

al estado recocido. del

TEMPLE

estaDJle Oresidual que no se ha transformado, por CO]USllg'Ulellte la dureza por la de la austeniobtenida, es inferior a la del caso ta residual que es relativamente blanda. En"la figura 13 se han graficado órdenes de grandores características de los distintos constituyentes. La austenita es de baja resistengran alargamiento y resiliencia elevada. Se ha considerado el caso de un acero eutectoide pero puede ocurrir que el mismo tenga ferrita libre si es hipoeutectoide y cementita libre si es hipereutectoide. Estos constituyentes pueden encontrarse no obstante haber realizado el temple en los siguientes casos: crt =250/300 az = 225/250 150

100

50

30

20

o 1 234 Ferrita

234 Perlita

1 234

123 4

Martensita

Troostita

FTG. 13. Orden de grandor de las características de los Tensión de rotura at Irnl",,",,2 Tensión de fiuencia az Ircr/'rnn'l:': (3) AJargamie:nto por<;entual, (4)

t<"..eSlUellCla

U.lO"J.U"VO

constituyentes.

16

ACEROS

Sí en el calentamiento del acero hUJoE:mt,ec'tOlde, zado entre entre y no se ha IAcn-<:>r1n cementita rel3p(~ctlV(lmente. la del acero que b) En el caso de la austenización .. ,nTliT1,'OT''''' SU:SCEmtlD1e que el enfriamiento no sea en la parte lo cuando atraviesa o Acm como para impedir la precipitación de la ferrita o de acuerdo con el acero que se trata. El estado con ferrita libre o producido lentamiento inadecuado o un enfriamiento inicial insuficiente, .rnT"\"""'" las así por la de una en un acero templado, suele reducir el límite y la resistencia a la A modo de se reconlienda tener que la VeJlOC:LCl2lCl crítica de depende de una serie de y varía con la compoSlClOn acero sobre todo por la acción del contenido de carbono. Los elementos de manganeso, cromo, níquel, molibdeno, tienen también en variada de acuerdo con el contenido a la de dos o más de

7. Dureza del acero templado. Martensita Los factores sobre los cuales la alta dureza de la martensita son: a) de de cementita de la "',.... .......,,1'"\.... sólida gamma y retención de esas partículas en forma de solución sólida sobresaturada en el retículo del hierro alfa (formada en el enfriamiento hasta donde actúan como impidiendo el escurrimiento. b) del retículo. c) internas. d) del grano [mo. AdlU(l1C~m(lO valores a los distintos factores se nitud resultante de la del acero de la SU!Ulente

Dureza natural de la ferrita Aumento por afino del grano Aumento tensiones internas Presencia carbono en la o celda elemental Total

115 Brinell 80 BrineU 200 Brinell 285 Brinell 680 Brinell

17

TEMPLE

Del de los se observa que la de la martensita veces superior al de la ferrita. La (ragilidad de la martensita, está vinculada con las tensiones internas que se originan corno consecuencia del temple. Entrando más en detalle la alta dureza de la . . . . o'"...'"n·~"',.Y"n jin (Metalografía y tratamiento térmico de los metales) dice: "se la alta dureza por la formación de una delgada heterogeneidad micro y submll~ro:scóplc:a de su distribuida regularmente por todo el volumen, es por una gran cantidad de defectos en la estructura cristalina. La heterogeneidad microscópica se fonna como resultado de que en el grano de austenita surge una gran cantidad de cristalitas finas de martensita, por "Cada de está compuesto de bloques, cuyas dimensiones son considerablemente menores que en la austenita básica. La fragmentación de los bloques, se produce por las grandes microtensiones que surgen como resultado de las variaciones de volumen durante la transformación 'Y ~ a (endurecimiento de " "Los límites de los bloques de martensita, que tienen dimensiones lineales cercanas a 200-300 A, forman heterogeneidad submicroscópica. El de martensita es de 0,001-0,1 mm. En este es[)aC]LQ espesor de las pueden ubicarse de 30 a 5.000 bloques de mosaicos de los de martensita. Las superficies de separación de las placas de martensita y sobre todo los límites de los bloques, son obstáculos dificilmente franqueables, para el movimiento de las dislocaciones." "Dentro de los bloques, el movimiento de las dislocaciones, se ve dificultado por los átomos de carbono, que se encuentran en la red cristalina de la martensita, y que crean deformaciones estáticas de la red cristalina. Todos estos hechos, determinan la alta dureza del acero con estructura La fragilidad la martensita está relacionada con 0'T"~n''If'1t:>a tensiones internas que surgen durante su formación." El volumen específico de la martensita es el máximo, mientras que el de austenita es el mínimo. El volumen de la austenita con un porcentaje de carbono variable entre 0,2 a 1,4% es de: 0,12227-0,12528 cm 3/g, mientras que el de la martensita está comprendido entre 0,12708-0,13061 cm 3/g. son: Los correspondientes para los distintos es

Volumen específico cm 3/g Conglomerado ferrita-cementita Martensita a 0,127 De la

í'lhQPJ'V~¡('lt\n

de los valores se

que, durante la formación

de la

se una modificación del volumen que una de las causas más que tensiones internas y factibles de dar a deformaciones e inclusive de ~~r,hcn ....·c>'" y fisuras. El grado de deformación de la es función del contenido de carbono, de ello se infiere, que así será el aumento de volumen, como se a continuación: %

0,83

0,7 0,85

0,6 0,46

0,4 0,4

C%

Contenido de carbono Aumento de volumen

0,9

De los valores citados se deduce que el mayor aumento de volumen con el acero eutectoide, que por esta es el acero más ;::'C:J.J.,;:)J.llJJ.c; a las deformaciones y cuando se lo IJc;J. U t-J'LC1.. En el acero con de se observa una del volumen, como consecuencia de una de austenita residual que tiene menor volumen y por ende de la martensita. En la los valores de dureza y volumen espara aceros al carbono en función del contenido pecífico, de carbono para el metal (estructura y en estado recocido. H

700

ro N

:s O

r-

600

500

/ //

400

300

200

/~ p "

0,2

/

J

,,'"

,.".'"

--

.-

0,4

-

/'

V

~

0,1290

i' V/gr

,'"

,

11

0,1286

V

oQ

... '

... .......

---

:E Q

.V/gr

(1)

Q.

ro

0,1278

e

E ::l

...

...

100

/

--

0,1294 Ha

f.o. - . -

- ---- --1,0

>

7°

0, 12

111"

0,6

(5

0,1274

Ha

1,2

1,4

e

. 14. Dureza volumen en función del contenido de ('~n·I"'Ir\TIr. para: - - - - estado martensítico

En la tabla 1, se dan los de las propiedades mecánicas de los de martensiaceros al carbono en función de las distintas

tao

TABLA 1 PROPIEDADES MECANICAS DE LOS ACEROS AL CARBONO CON DISTINTAS PROPORCIONES DE MARTENSITA EN SU ESTRUCTURA

Contenido de carbono

0,20 0,24

OA5

Proporción de martensita enZa estructura del acero

Estricción

°t

Oz

B 1Í""IIt---

100 mm

----....: I I 1

t t I

I

A

o '100

FIG. 2. Probeta de 100 mm de diámetro endurecida paJrCl,HnleIJlte, r.ho1~<> 10 mm endurecida en T'\. .

mm,

98

estricción: ta un rtr>i.:;/{',r'Ir',...•... Para plabilidad. Todos los factores que reducen la velocidad crítica de temple, aumentan la templabilidad. ,u, ....."".'-"

rncnru-"",r

de la templabilidad En la neral tener en

r1a1I"O"'TY>.n <'lE"

"~"",1n.~·n

"

de la variables:

deben en ge-

.....0. .... , , ' ' ' ,...

"''''F.'.U.'V,U.''''''''''

con condiciones de

a)

rior Selne]alues. Variedad de velocidades de ratura de calentamiento. c)

;LL .H

,",'-",

con una misma

LeIIlOIB-

En pueaen combinar las es decir examinar una gama de VejlUCIUl:iUt~S obtenidas a partir de una serie de temperaturas escalonadas. la determinación de la templabilidad de un realizarse por medio de varios métodos:

3.1. Examen de las fracturas La de temple sobre probetas de sección circular, de diámetro de por lo menos cinco su longitud para evitar la acción de un de apreciación el más por examen de la las U"'"'U.""oo características:

b) e)

Fractura

FIG. 3. Determinación de tenlP1,atnlla<:lG por exade fractura de betas templadas. centrales de grano indican que no han sido templadas. acero A es de baja templabilidad, el B es de media y el e es de alta templabilidad.

A

B

nn'"T7I"".n,-'

e

pulidas, arenadas o sobre

a) El ataque sobre probetas pulidas se realiza con nital o solución alcohólica o acuosa de 2 a 5% de ácido nítrico o pícrico. b) Ataque macroscópico con reactivo cúprico de Stead-LeChatelier, que colorea las zonas no templadas. Aclarando lo dicho, el ataque químico se traduce sobre la sección pulida, en zonas de distinta coloración; las dos barras, de la fig. 4, de menor diámetro han quedado de un solo color como consecuencia de haber templado toda la sección, mientras que las mayores acusan dos zonas bien definidas: una banda periférica clara (parte templada) y en el centro una coloración más oscura, como consecuencia de otras estructuras sorbíticas o troostíticas. c) Ataque por oxidación, obtenida en baños de fundidas alrededor de 300 oC (55% nitrato de potasio, 45% nitrato de sodio); la coloración de las partes templadas se caracteriza por la serie de colores de revenido (amarillo, marrón, tornasolado, violeta, índigo, azul, gris). 5 a 3.3. Curvas de dureza utilizando discos de acero Mediante el uso de cilindros de acero, figura 5, bastante largos con respecto al diámetro (R ;;::: 5 diámetros) para evitar la influencia ren·HTA.,.~n1ro de las extremidades, se puede medir ....o:... ot",.. """""'... del temple.

4

3 2

n ...r' ....nh:a'" Lell.lJJ!':1UGlll::l,

seccionadas

y atacadas con reactivo ácido.

100

E E r-

o

10

0==

12 mm

250 mm

5.

alIneI1S14JnE~S

del disco de los

I ..... ,rl ..."""

están indicadas sobre la ci

",a.u,C;.L.l~a el nr""'.' .....+·'" se enfría en agua o aceite para que se está ~;:),,,Ul.¿.la.L.LU.,V En la 6 se han trazado las curvas de·variación diametral de 1 la para dos medios de distintos.

1-A-+--~---L.--__:::o".c....-___+_;.._4

350

¡---v"""------r------+~-_I

300

250

200 Distancia a la superficie en mm '--------------

-..J

FIG. 6. Variación de la dureza un diámetro un redondo de 70 mm templado. --Templado en agua Templado en aceite (acero semiduro) Acero aleado: C = 0,30 Ni= Cr=0.8 Mn . Acero semiduro: C

101 de temple sobre redondos de

diámetros.

El método consiste en tomar varias diámetros, de acero laminado de tornean hasta medidas determinadas y austenizadas a la misma temperatura se templan en agua, dado que en este caso, se trata de un acero al carbono con 0,45% C. Se cortan en forma transversal en la parte central de la barra (equidistintas de los se planea y pule; luego se ataca con nital, puataque químico, figura 4, que las probetas 1 diendo apreciarse luego y 2 tienen la misma coloración en toda su sección, lo que implica decir que han totalmente, mientras que a partir de la a medida que el diámetro aumenta se una banda clara de espesor creciente. Se la dureza en la sección transversal de cada probeta y se construyen las curvas "D" que de acuerdo con lo señalado en la figura 7 da la distribución de dureza acorde con la templabilidad. El mismo ensayo podría enfriando en los valores de penetración de temple serían menos pronunciados, como consecuencia de ser menos el medio de enfriamiento. En las 8 (1 Y se han trazado las curvas U de dureza desde en agua cuatro probeHRc HRc tasde distúrrtos diá-70 70-metros de dos aceros d 19mm con 0,32% de carbono: la 1 corresponde aun acero aleado al 60-

-60

so--

-so

40-.

. -40

deno y la 2 al acero al carbono.

FIG. 7. Curvas "U" de dos barras de diámetro 19 y 25 mm de acero C con I-I::!JI!f.J!dU<:li:) en agua.

30--

-30

20--

-20

102

K STURLA - '1'R,VrtI.MIRN'rOS

1

60 50 40

-- -- ..

1--

60 50 40 30

30 20 10

20 10 O

O

FIG. 8. Curvas "U'" de dureza del temple de dos aceros con acero (1) aleado al CrNiMo y el (2) acero al carbono.

3.5.

de Jominy

El ensayo dfJ' Jominy consiste en templar una probeta cilíndrica las dimensiones y formas indicadas en la figura 9, por medio de un ch ITa de que enfría solamente la cara de la base inferior. La probe debe de una barra de acero forjada de más de 28 mm de di metro, para que por mecanizado puedan eliminarse las zonas oxidadas descarburadas. Previo al mecanizado el material tiene que ser normal a una temperatura de AC3 + 80 oC. Si del normalizado, acero mucha dureza, se puede practicar un revenido breve aprmnnla<1mnente 55 oC por debajo de ACl' para facilitar el mecanizado. Mecanizada la probeta s la calienta para el temple, 1118 una temperatura de AC3 + 5 118.;:'=========:::::;;;;;=;.;i;===::;1... protegiendo todo el frente l!2t===::::llIIII_ _ teropIar de posibles descarb raciones u oxidaciones rode ' dala en una caja con viruta fundición o aplicando una c bierta o de grafit adaptada al extremo, tal coro se indica en la figura 10.

9. Probeta

Ir..~ ..... n

nonnal.

103

Placa de gratito

FIG. 10. Protecciones en el calentamiento de la probeta Jominy, para evitar oxidación y descarburación. Pantalla destinada a evítar las salpicaduras del agua sobre las caras laterales de la probeta

Robinete para regular la entrada o cierre del agua instantáneamente

Dispositivo de acción rápida inmovilizando la probeta durante el temple

104 del horno y el comienzo del t-~:a.U"'jL'C rrido desde el retiro de la debe ser de cinco ",r"T1~~,",ri'",D La permanece en el soporte, la acción permanente del chorro agua, como mínimo diez minutos, y mientras dure el ensayo nelces,arw mantener la condición de aire calmo en torno a la misma; luego de este tiempo la probeta se puede enfriar completamente en agua, sin temor a introducir variables en el resultado final del ensayo. Para medir la dureza, se forman a lo largo de toda la probeta dos ca ras planas de 180 y de una profundidad de aproximadament 3,0 mm. Estos dos planos deben ser paralelos; el esmerilado es necesari bajo abundante chorro de agua, para no modificar la estructu om:enlaa por el temple del extremo. así preparada se apoya sobre un block en V que tendr de 120 estará con su vértice exactamente debajo de la pu U.1<::l.1u.a,u,t-'C, de la máquina de medir la dureza. M(~dlan1te un tomillo se la probeta horizontal pr:actlca:n las medidas de pulgada cad y en las dos a criterio del experi cada 1/8". obtenidos se construyen gráficos en or
0

é1ILL.I"'LU,U

u ..... ,·,." ..,"'"

L L .......

0:11I11I 40

30

NE 9440

FIG. 12. Curva Jominyde un acero NE 9440; indicación de la forma de réalizar las determinaciones de dureza.

105

HRC

60

50 40 30 20 - 1 . . . _......._ - - . - _ - . . . . . _ - . . . . . . . . - _ . . -. . 20 40 100 60 80

~.

FIG. 13. Curva Jominy y durezas correspondientes a distintas velocidades de enfriamiento sobre la probeta y su ubicación con relación a la curva de enfriamiento continuo.

beta sólo se nota cada 2 a 3 mm. Por otra parte, el cientemente significativo ni fiel para aplicar, ya que los den con los que se podrían obtener templando por das del mismo acero. A este respecto se han ensayado diversos tipos de probetas, una de las más usuales es la tipo L ideada por Jominy, figura 14, con la cual se aumenta sensiblemente las a templar y por ende las VejLOCla(laf~S de enfriamiento. en función de su muy delicado mecanizado posibilidad de fisuras no tiene mucha aplicación. En la 1 se dan de las de enfriamiento en el ensayo Jominy a distintas distancias del extremo de la ....... ,(\h,,,"<:> normal. Jominy se interpretan de la manera: Los diferentes 001'-"'=11'"<:1o'1In

J

38 25

expresa que a 25 mm del extremo de 38 Re.

"c;lj'ltJ j,UU.V

la dureza es

J

J

45 ,..¡ . .

14-20 42-50

entre 14 Y 20 mm del extremo ternplaclo es de 45 Re.

_~_.~

expresa templado

a la flurf'?~::¡

de 20 mm del extrem está comprendida entre 42 y 50 Re.

20

3.6. Ensayo El o de consiste en examen de fractura de una probeta telnpla(la, tel·mJ!ll2ldo acero. La escala patrón consta de 10 nrl[)O(~tas. das de 1 a 10 y que "'""n....un,in'" sentaciones de de grano A.S.T.M. Este ensayo que en realidad define dos cmrac:tel["ÍS1tic:as, y la templabilidad, se aplica en particular por eH'!mlDlO carbono para herramientas una línea bien definida entre la zona y el núcleo de la El ensayo consiste en a varias una probeta e tJ.emIJIO definido, de templada se rompe, la zona de r tura por una realizada y se observa el tamañ de y la penetración de temple. la templabilidad es total sólo se determina el tamaño de grano. Es importante conocer con precisión la historia térmica del acer eSl)eC:ItH~arldo si ha sido forjado, laminado o tomado directamente del lingote. la tiene las dimensiones: QUlmHt]~O Wfl211;ud = mm y una en el centro de mm en forro

.....-

2"

9/16"

2 1/8"

31" 123

14. Probeta .. n ..... ' ...""

L, para aceros de

107 Si se trata por ejemplo de aceros se cinco probeque se calentarán respectivamente de 30 en 30 o sea: 760, 790, 850, 880. El calentamiento se realiza en 30 minutos y se mantienen 8 probetas a temperatura durante 30 minutos. El temple se en una cuba de no menos de 200 litros de agua n 10% de cloruro de sodio, cuya estará entre O ± 5 oC. Se rompe la y se observa el del grano de una de las caras se lo compara con las muestras patrones. La otra cara se pule y ataca durante 3 minutos con una solución acuosa al 50% de ácido clorhídrico calentádo entre 80 Y85 oC. Se lava con agua y seca con alcohol la parte atacada, observa la profundidad de temple que se presenta con nitidez. El resultado del ensayo Shepherd se por una fracción, cuyo umerador indica la penetración del y el denominador el índice Se suele agregar la temperatura del tratamiento, así del grosor de por ejemplo / 8 (810) que seinterpreta diciendo que el acero sido con 10% de cloruro de sodio a 810°C a una profundiemplado en mm con un tamaño de grano 8. dad de temple TABLA

1

VELOCIDADES DE ENFRIAMIENTO EN EL ENSAYO JOMINY A DISTINTAS DISTANCIAS DEL EXTREMO TEMPLADO DE LA PROBETA NORMAL

Distancia al extremo templado (pulgadas)

111 118 3/16

114 5/16 3/8 7/16 112 9116 5/8

Velocidad de enfriamiento (OC / seg a 704 OC)

Distancia al extremo templado (pulgadas)

Velocidad de enfriamiento (OC 1seg a 704 OC)

11116

10,8 9,0 8,0 6,9

3/4 13/16 7/8 15/16

170,6 108,3 68,8 42,9 31,3 23,3 17,9

1 1114 1112

6,4 5,6

1314

2

4. Bandas de templabilidad La of Automotive ....... J'F. ..,...... y la "American 1ron and Steel Institute" (A.I.S.I.) han eSl:,aO.leClQO para la gran de los curvas de máxima mínima con aceros de ,J.L

los límites extremos dentro de los cuales ~""c;U<:U.J. las curvas de Jominy de cada acero. Esta caracterización en conocimiento que los aceros cumplen con un determinada banda de templabilidad hardenability), se los identific adicionando a la nomenclatura A.I.S.I. o la H con lo cual especifica que el acero ha sido producido para satisfacer una cierta tero plabilidad. Como se observa en la figura 15 las curvas de y mínim templabilidad considerablemente y este hecho se atribuye a qu las distintas coladas de un acero del mismo tipo, presentan diferencia en la composición química, una mayor o menor heterogeneidad química preSE::n(~la de normalmente imponderables u oligoelemento líneas curvas. a variaciones sensibles en la posición de Las deben ser lo más estrechas posibles, realizar la ma economía de material, menor dispersión de y variación d :.u.n• en el interior de la misma colada entre colada y en el tratamiento y el ~~AA"'Ah~."'-''''''''' de diferentes en sucesivas. v",.,a,U'J.O;;¡ ... O;;¡.LJ.

tar

"'.... J.ulJ ...

.L.L ......... u

a.\J:lVJ. .. LUA.J.ú.::L'-'A.VJ.J.

1.320 H

Bandas de t mplabilidad

o 24 28 32 4 8 12 Curva de mínima templabílidad

4

1.330 H

16

20

32

FIG. 15. Bandas de ternpJlablhelad de dos aceros.

e

e

Mn= Si

Mn Si=

4.1. Factores que

sobre la templabílídad de los aceros

p:r1mC:lp.EU€~S factores que tienen dad de los aceros son:

sobre la templabili

109 a H.' '-"-"V de grano austenítico. Efecto de masa. Hetel-O~'eneIdladde la austenita. Temperatura de austenización. insolubles ~lnClU:Sl(meS, r"" .. nn ..r"" de la superficie de las LJOV""'-'"

Composición química La curva Jominy se ve modificada notoriamente en primer término> el contenido de carbono> vale decir que la penetración temple así la dureza del extremo templado aumentan. (Esto responde al hecho que la martensita es una solución sólida de inserción, cuya distorsión la red aumenta con la cantidad de carbono inserto en la misma.) La dureza máxima obtenida en el comienzo de la curva (eje de ordenase observa en la figura 16, mientras que en la 17 se el (;Ul'UGl.JLAAA'vU."v de las curvas Jominy, por influencia del contenido de carbono.

99,9 martensíta

0,40 56±2 525±2 50±2 47±3 43±4 0,4

0,5

0,6

0,7

0,50

0,80

65 63 60 57 54

60±1 55±1,5 52±2,5 47±4 0,8

0,9

Contenido de carbono

SU]per10r

despUE~s del temple sobre los aceros al carbono y aleados. correspmlde sensiblemente a la dureza a 1 mm de la

notar en la figura 17, que el efecto del carbono se traduce Se en una templabilidad relativamente débil, si se tiene en cuenta que la disminución de la dureza es muy rápida. ele~mjell1Ws de aleación modifican COIls1C1e1ralJiemE:mt:e temple, en la disminuyen (Ni, eX(:epClon del cobalto que la aumenta.

110

701--------:---------------

30

8

4

j<'IG.

12

16

20 24 28 Distancia al extremo templado mm

17. Efecto del contenido de carbono sobre las curvas de . l l l I y n r . " Acero: e::: Mn Ni::: Mo

disminuye cuando los elementos taI\,UISlIeltos en la austenita, d~ no ser así y encontrarse coro r"" en la estabilidad de la austenita no sólo n que se ve porque Íos citados carburos actúan ca fiO núcleos facilitando la descomposición de la austEmlta. En 18, 19 20 se el comportamiento de los cita el€~mlen1Ws cOlup1arándo.los con los aceros al carbono una acciones principales de los de alea será la aumentar la t~mplabilidad, que las curvas se traduen un enderezamiento hacía arriba de las curvas de Jominy. El acero e curva 18, es pr:act,lcaLIDI~nt;e aut(>temI>lajnte aS1De(~tO muy los aceros aleados: el mientras que el "' .... ' .. h"

...

En debidas a ra el acero al varían mientras que su efecto es ..".."",ñu, cétera. Jl...I.UJC'J"' ....

b)

de grano austenítico

El aumento del tamaño grano retarda la transformación que los comienzos de nucleación

estructu~

111

A

10

o

10

20 30 40 mm

O 10 20 30 40 50 mm

O 10 20

30 40 50 mm

FIG. 19. Modificación de la zona de templabilidad por adición de B = 0,01 a los aceros del tipo: C = 0,45 %; Mn =0,8 %; Cr= Mo= %. A

B

oc

7801-+--+--+--+--+--1

780

649 ....-P.........-+----+..,.......~,.....:::;;-+--1

849

538 427 1-+-.;.++--~--+-..:..r+---4

427

3161-+-~~~r---+:::o-....."r.--1

316

204 1-+--+-....,----+-,,---;=-1

204

93 1-+---+--,....-+-"-;-'<1

93

10

100 1.000 10.000

Tiempo en segundos

.: 81, .4:

O

V

0,1

10

100 1.000 10.000

Tiempo en segundes

Fw. 20. Influencia de la composición La disminución de la velocidad critica de temple que producen los elementos de aleación, se traduce en un aumento de la curva TTT de un acero al carbono. La la templabilidad. La figura A zona templada es AB. La a un acero aleado al cromo-níquel; y la zona del redondo la curva TTT se ha ahora tiene el espesor m(lIc~uto

HRc C

60

Mn

0,7

Ni

3,5

50

Calentamiento 25 minutos a 850 oC

40

30

Calentamiento 850 oC

3 seg

FIG.

20 25

25

Distancia al extremo templado (mm)

de calentamien a de un acero al

FIG. 22. Influencia del tiempo de calentamiento previo al temple un acero al cromomolibdeno.

Distancia al extremo templado (mm)

en el le los granos y como la en el límite de los granos, se comprenderá es el tamaño de grano, mayor será el tiempo que formación del grano austenítico en perlita. Cuanto mayor es la dimensión del al iniciarse las reacciones en los aceros de tienen dad de nucleación o menor, forman en una cantidad menor.

21. Influencia del

La.'l.,LLLU .... jU

L<Jl"',

~:;;. Jlu ......

113

consecuencia de lo los aceros de grano grueso tienden en el enfriamiento, estructura martensítica más fácilmente de grano fino; en otras palabras, el comienzo y el fin de la trans'l.u"~---- se produce con mayor retraso, lo que equivale a expresar que mayor es el tamaño del grano austenítico, menos elevada es la vecrítica de temple. Una consecuencia inmediata de este acerbo lo constituye el hecho con el aumento del tamaño de grano, aumenta la profundidad del mple (vale decir mayor es el espesor endurecido a partir de la superfi'e).

En consecuencia, la disminución del tamaño de grano austenítico, se "duce en una reducción del espesor endurecido, 10 que equivale a decir tie se logra una penetración de temple menor y por ende una menor emplabilidad del acero. Pero si el tamaño de grano del acero al carbono, como consecuencia de una sobreelevación de temperaturas, crece, por ejemplo de 8 a 1 ó 2, el espesor de la capa endurecida, es doble o triple; en virtud de este hecho 1 elevar la temperatura y/o aumentar el tiempo de calentamiento, favorece el incremento de la templabilidad. En las figuras 23 y 24 debidas a Bain y Davenport respectivamente, puede apreciar la aptitud al temple de un acero y la influencia ejercisobre ella, por el tamaño del grano austenítico, así como la penetración de temple de un mismo acero calmado y no calmado. e) Efecto de masa

Es indudable, tal como se ha esquematizado en su oportunidad, que la masa o dimensiones del acero influyen en la penetración del temple, En igualdad de condiciones de calentamiento y enfriamiento, un mismo acero acusará mayor banda de dureza superficial cuanto menor sea su diámetro o espesor. En efecto, la velocidad de enfriamiento disminuye desde la superficie hasta el centro de la pieza, Si VI es la velocidad del núcleo Y V2 de la periferia, se puede observar en la figura 25, que para una temperatura de temple T, con la velocidad VI el núcleo no endurece, mientras que la periferia sí. Ahora bien, si se considera una temperatura de temple T 2 , mucho más elevada; ambas zonas, superficie y centro del acero templaran totalmente, pero aquí debe contemplarse la posibilidad que la sobreelevación de la temperatura de calentamiento produzca en la periferia una hipertemple con los consiguientes riesgos que el mismo implica. A medida que el espesor o diámetro de la pieza aumenta, la velocidad disminuye, con lo cual se presenta el caso que para determinados aceros, los al carbono en particular, tengan en la práctica dificultad a partir una dimensión alrededor de 20 mm de diámetro de no endurecer totalmente, vale decir, que en toda la sección se produzca como consecuencia del temple, una estructura heterogénea y no la martensítica como correspondería.

1 70......--r-------------......-.....

~

60 I--f--+---\--\-\..lr----H-+-f--++--l

Indice del calentamientu (OC)

1 980° 925 In 855 IV 785 V 745

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0

0

0

1

n

2 3

III

IV V

45 1-+---1---+-+--\,---+-+--+---+---1-

4 5 40

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Influencia de la h:n-nT1.o.... ''''i-.u·''' de austenización sobre del grano y la telnptat)llláad.

245 mm

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20

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60

80

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"'6,3mm

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I

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Fw. 24. Penetración de en barras de mm diámetro de un mismo acero calmado y no calmado Davenpo y Barras templad a870 oc. 1 calmado con Al 0,025 o/t (grano fino). no calmado

oc

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I

25. Influencia de la masa en la templabilidad.

V1

V2 Velocidad crítica del temple

De este razonamiento se infiere que la penetración del está líitada para determinados aceros a ciertas dimensiones. Para reducir la diferencia entre VI y Vz se recurre al artificio de adicionar al acero elementos aleantes que favorecen con su presencia la templabilidad, con lo cual además de obtener una estructura homogénea, al extremo de existir aceros alease reduce la velocidad crítica de es decir sonautotemplantes. que templan al A modo de síntesis se puede que a medida que aumentan las dimensiones de las piezas, el calor disipado desde el interior hacia el exterior es tal, de producir una fuerte relajación de la velocidad de miento de los estratos provocar la formación de externa. aun en la

d) Heterogeneidad de la austenita Cuando se el acero para templar, la falta de homogeneidad de la austenita, puede estar originada por la presencia de cristales de o a ......,.. ,..r.", carburos no disueltos en el caso de aceros (aceros aleados) o también de los cristales de libre que no han entrado en en los aceros hIIJOEmt:ec1tOl,de:s. la ferrita como los .........·h"·.."'o constituyen cuyas favorecen que núcleos para las tnln::ltolrmaC:lOIlles, que disminuyen la "'lJA.UtJ_la.Il..'L~A'U.a.'U.. elementos de ros, no sólo 1"",."",+·.t-.nUl,"" h ••

UH";·U\.-'lU.U

1

de austenización teInp,er:atllra de. calentamiento para nf\~<:'nt-a e influyente en las curvas de consideraciones:

u~.,.. ~<.u.

el temple, constitula templabilidad y por A este respecto se pue-

l ......

O.l;::,U.l'COJ.J.IL-c;O

Cuanto mayor es la diferencia entre la de austenila velocidad de enfriamiento aumenzación el medio de ta, vale que una la de calen tamiento se traduce en un incremento de la crítica d la heterogeneida de la para ha decir de poner en solución sólida lo es bien concurrente para favorecer la templabi ¡;;¡rH)rpPIt:"J~f'l('ln

Teniendo en cuenta lo al la influencia de cuanto más aumenta el grano, sea por acció telnper::lttlra o tiempo de calentamiento o por ambos fadore "' ....,"'u.• " .....u.'Vvo. tanto menos numerosos serán los centros de preci tanto más estable será la austenita. 26 se la acción de una sobreelevación d sobre la forma de curva En la 27 es bien no la influencia de la dimensión grano metal la templabili dad de un redondo de acero al cromo de veinte milímetros de diámetro. t"nl'"" ......n ... '">t"r...... "

HRc

70

e

0,7

Mn

0,8 %

1,5

60

50

40

10

20

30

40

Distancia al extremo templado

mm

FIG. 26. Influencia del tamaño de grano, incrementado sobre elevación

HRc

65

60

55

C Cr

50

45

40

35

FIG. 27. Influencia del grosor de grano sobre lapenetraci6n a temple en un redondo de 20 mm. Acero duro al cromo (Bain).

g) Estado de la superficie de la pieza

La forma de la pieza, el grado de acabado, así como el estado superfien que implica decir que el producto a tratar se su periferia, cubierto de escamas descarburado o carburado, rugoso, afectan el comportamiento de la templabilidad del

18

Jominy. Utilización Su relación con la previsión de la templabilidad en pie.. zas formas y dimensiones El por .10miny adquirió suma desde e punto de vista práctico, dada la necesidad de conocer otras cas, tales como tensión de rotura, límite elástico, estricción, al.argamie to, que están vinculados a la dureza y ésta a su vez a la mlCroestru tura, lo en general permite relacionarlos basados en su teoría, co perfiles, de distintas De la simple observación de las curvas de las La máxima dureza que contenido de carbono; en el la mínima obtenida, es que zado. b)

\"UIUI-/U"'J.lJ1.<J

de elementos de aleación en después del temple, durezas temple, aún empleándose

permite 1 y mayor penetració de.enfriamiento.

c) La sumatoria de pequeñas alguíios element de una acción más efectiva sobre la templ bilidad que la de un solo en mayor propo ción. En base a las consideraciones efectuadas y a los resultados obte nidos en el ensayo de Jominy, es necesario establecer un medio que per mita su aplicación para secciones circulares o de aceros templa dos con enfriamiento continuo. hacer esta previsión debe aCI:mt.arfse una ley de enfriamien una determinada dureza y que la U.J.J•.,,1.U.<.:4 da lugar a lo§ mis sobre la probeta y una mas A este respecto, es cuando se considera aplicable lo expuesto por Jomín en su teoría que establece si dos puntos de un mismo acero o de disf tas el austenítico a 704 la mis ma velocidad de enfriamiento, las durezas son aproximadament

J ominy cuenta la citada temperatura, porque está ubicad en la zona donde la velocidad de enfriamiento tiene una acción predomi nante sobre Por otra si se tienen los fenó menos térmicos que se desarrollan, mientras se transforma la austenita la enfriamiento no se ve afectada por los mismos, ya que lo o Arm a más En las fi re~,pE!ctllva.ml:mt;e se han llevado las de enfría ml,ent;o en a 704 oC en diferentes de la como 10 de dureza tensión de rotura COJrre:spondüimt:es.

119

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Fra. 28. Velocidades de enfriamiento a 704 "C de los ~''''O,.,~nQ puntos de la probeta Jominy.

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8

52

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4 8 12

16

24 32

48

Distancia al extremo templado (mm}

so 70

26 28 30 32 1116 de pu gada 13"4 2 pulgada Distancia al extremo de la probeta templada

a 704 oC indicando la velocidad de enfriamiento en rotura la y los valores de dureza y tensión

120

E.

En base la teoría eX1JUt~sta. tiendo que la dureza y DrC)Dled:adE~S telnplle, es de forma de pieza y del medio esto equivale a decir que si se conoce la dureza que adquiere el metal después del temple cuando el enfriamiento se ha realizado en una determinada forma, se c nacerá también de cualquier punto de otra pieza del mismo acero, qu se haya enfriado en condiciones análogas, independiente del medio d enfriamiento, de su posición en la pieza, de la forma y de su tamaño. Relacionando las velocidades de enfriamiento de la periferia al cen tro de los redondos, se han trazado una de figuras 30 y 31 que vinculan plmtos de la probeta Jominy y que se enfría con la misma velocidad de enfriamiento, y por que tiene luego del l-t:::iJlilJit:::. determinar la de templados y el e sayo de de la forma: a) Con el valor del diámetro en ml11TIllel:ros, del de las figuras 30 Ó agua o calmos y donde la desde dic punto, intercepta a la curva valor se desea conocer, se tra una vertical y sobre el eje de se obtiene la distancia a base de la probeta Jominy, cuyo punto se en con velocidad que los equivalentes redondo y que p COIlsiQUíeIlte tendrán la misma b) El valor de abscisa así obtenido, se traslada a las curvas Jomi de varios aceros y donde la vertical a las curvas, tendrá el caso, el valor de dureza que satisface el reque O ......... .l.J.l

UlLL.L ........ U..

rln".. ", ...'''''

" mm

Aceite calmo

FIG.30.

75

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50

25

-

Ot--.,--,..----r"------.----r------..--+ O 12 15 20 mm al extremo templado

la probeta Jominy

Correspon denciadeJ puntos de misma dureza lu del temple en los redondos templados en aceite calmo y sobre

121 Agua calma

0mm

100 o

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(i) "'O

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1D E '

50

-

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1 2 3

5 8 12 15 20 mm Distancia al extremo templado de la probeta Jomíny

miento solicitado; por lo tanto todos los aceros que a través de la curva de Jominy dan la dureza necesaria, se pueden utilizar como correcta del problema. El factor económico determinada luego la elección del acero más barato.

Diámetro crítico, diámetro crítico ideal Si se toma una serie de probetas de un acero, por ejemplo con 0,45% e carbono, diámetros y de una longitud igual a cinco veces diámetro y se las templa en un medio como el agua y luego se secciona por la mitad en forma se observa luego del ataquímico, ~n una superficie más clara, constituipor martensita y progresivamente hacia el centro se presentan constituyentes de transición, mientras que en otras toda la sección está endurecida. Mediante método micrográfico, dureza o cualquiera de los que se utilizan a tal objeto, se determinan las zonas circulares que tienen la misma dureza correspondiente, sea a estructura totalmente martensísea ejemplo al 50% del citado En las determ]lnalCl(mE~S se encontrará un diámetro Se .."'............"". la zona con 50% de a este diámetro Grossmann lo designado diámetro crítico mencionado acero, el citado medio de enfriamiento. En base a lo se define como diámetro crítica de un determinado acero y para un dado medio de enfriamiento, al diámetro expresado en pulgadas, del mayor redondo que en dicho medio emrrU1IDlen.to, tiene en su centro 50% de 32 se ha trazado el para el

HRc

50

40

FIG. 32. Dureza de con 50 de martensita.

0,30

OAO

0,50

0,60

0,70

0,80

ha rayado la parte no endurecida (no martensític cómo el enfriamiento en agua produce una mayor netración temple que en aceite, es decir la proporción de área no end recida crece, a medida que el diámetro del acero aumenta, con mayor ra dez en las templadas en aceite que en las en agua. Si con Du al diámetro de la no endurecida y ,~,·'~'r'r. llevando en ordenadas la relación Du / D (D diá

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I

I

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Du

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esquelnat:lca de secciones transversales atacadas Enfriamiento en agua .. : r

Du

y en de la barra 34; se que cuando Du es iguala se logró el valor máximo no endure~,~,..,r1t'" que Du disminuye la relación Du / D tiende a acercarse a por consiguiente el valor mínimo de Du es cero, vale decir cuando la sección ha endurecido, lo que implica obtener total estructura ensítica. De lo expuesto se infiere que, cuanto más severo o enérgico es el mede enfriamiento, menor será el valor de la ordenada para un mismo metro y por consiguiente cuando la relación Du / D es igual a cero para diámetro D se obtendrá el diámetro crítico de la barra templada en a, que para el caso en estudio acero S.A.E. 3140 es de ,figura 34. Ahora si se un nuevo fac100 r que: exprese la seveDu dad del medio de enD 0,90 iami'ento (agua, A~e/ ceite: aire, etc.) se .J~ 0,80 ene relJre:seJntélr l' icamente la 0,70 ntr,e los valores Du, yel de H (designación 0,60 ada por Grossmann y Ásimow a la severidad 0,50 temple), unas curvas las de la figura 35 0,40 también a los B 0,30 citados autores, Este diagrama ha 0,20 construido por una gama muy considerable 0,10 de medios de enfriamiento que compreno . den los temples más " 4 5 6 7 moderados (curvas casi 0,8 1,0 1,8 3 2 o verticales) y los temmás mostrando el de inflexión FIG. 34. 3140 templado en En la comportamiento de un acero .f-...rH"ll"IJ"P

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agua y aceite.

tabla 2 se dan los valores de severidad de temple (H), de diversos medios de enfriamientos, establecidos por Grossmann. Mediante esta gráfica se pueden resolver problemas como los que a continuación se mencionan: Determinación del tamaño critico para un medio de enfriamiento seleccionado. Determinación de la severidad de

H.

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FIG. 35. Severidad de enfriamiento para varios baños (M. A. Grossmann y A. Asimow).

125

El procedimiento a

es el

u.F,'-'-", .... ,,'-'.

Se templan tres probetas de diferentes diámetros: 1,0, y 2,0 pulgadas (de longitud no menor de cinco veces el diámetro), en agua, por cuya severidad se quiere medir. Se determinan los valores de Du, mediante toma de dureza a través de la sección transversal central y con los datos obtenidos se dibuja sobre el papel transparente en la escala de la figura 35 la curva que expresa la relación Du / D Y D (Du es igual = 0, 1,0 Y pulgadas y las relaciones Du / DO, 0,66 Y 0,77 respectivamente). Una vez realizada esta curva, con los tres puntos determinados se desplaza el papel transparente hasta coincidencia de alguna de las del diagrama de la figura logrado esto (debe mantenerse constante la referencia del eje de abscisas) se puede hallar la severidad de temple. En el ejemplo considerado el valor para la probeta de 1" es de HD igual a 5,0 y para la de 1,5" el valor es de HD es de 7,5. Para el valor H (severidad de temple) se divide HD / D = H que resulta en nuestro caso 5,0 / 1 = 5 Y 7,5/1,5 5.

°

Con el valor de H y el de HD para el caso de Du / D = se puede deminar el diámetro crítico para el medio correspondiente a la severidad Du=O.

TABLA

2

Aire

Aceite

Agua

0,02

0,3

1,0

Pieza movida moderadamente y medio de enfriamiento tranquilo

0,4/0,6

1,5/3,0

Pieza agitada fuertemente y medio de enfriamiento tranquilo

0,6/0,8

3,0/6,0

Gran movimiento de la ducha del líquido

1,0/

de enfriamiento

i"\f'V'PM,r1~Hl de

Agua salada

7,5

o 6/12

temple (H) de diversos medios de enfriamiento.

Ahora bien, si se conoce el valor del tamaño crítico determinado en la forma no sería factible comparar las susceptibilidades de templede este acero con la de otros, que la utilización del mis-

res ODtell1CLOS medio hllJot:etlco decir en un ".~v"u.. Al diámetro obtenido en estas condiciones de man lo diámetro crítico ideal (Dci), dando una medida d SUSCC3p1cIlJ,111datl de temple, permite ""'''JU''''''''''' V'JJ.u....p"arLa'Llvanlerne par acero, ya el enfriamiento U""';IJu.'L>~~"'J es constante uniforme. I"''J

" ..... J.u....., .......... y el como se puede ' r n,,,, "' .. rn:~splondH~n1:es a un acero SAE 3140 " ~V ra 36. En la 16 se ha indicado para aceros al carbono en función d contenido de carbono las diferentes durezas cuando varía el porcenta de martensita en la 32 han las correspondient al 50% de rnartensita. U.fJH

60 HRc

Dure a criti a 50

Re

FIG.36. Durezas

centrales probetas cilíndricas

enfnamiento de Grossmann y Asimow :37 que conociendo diámeenfriamiento y valor de la severidad determinar el crítico ideal COl~re~SpOndl(mt;e CalDa(~lUaQ de enfriamiento infinito. Con valor ~a\..\.'L" de temple para distintos aceros. es posible utilizar una sola probeta en lugar de tres más esto que conociendo la severidad H del medio y la relación Du I D se fiun punto desde el cual puede una curva hasta encontrar 80el de abscisas el valor de y por calcular De (tacrítico): HD I H = D. Mediante el uso de la 37 determinarse el diámetro crítico ideal conociendo el diámetro crítide 24 mm de temple en agua y de 8 mm de en le corresun diámetro crítico ideal de 41 mm tal como ha indicaa sobre la citada En la tabla 3 indica la en términos Dci i:'lU,i:'l'ACIJ".UJl .....

0U''''"'''"IJ''iU1LLU<-

H

20

30

40

Diámetro critico ideal (mm)

FIG. Definición del diámetro crítico ideal los distintos medios del

en

~

los diámetros cnticos obtenidos

TABLA

Diámetro crítico ideal Dei en pulgadas

Acero S.A.E. 1045 S.A.E. 1085 S.A.E.1335 S.A.E. 1340 S.A.E. 2345 S.A.E. 3140 S.A.E. 3340 S.A.E. 5140 S.A.E.9260

3

a a 1,6 1,0 a 1,3 1,7 a 1,7 a a 8,0 a 10,0

1095

5150

::;usceptlJnlld8ld de

de

,eU¡;;'LUH''''

aceros cornerClales. en términos del

(diámetro critico ideal).

7) Curvas de Lamont de equivalencias entre los punto una probeta Jominy y los del interior de barras de acero que se enfrían con igual velocidad para diversa severidades temple Lamont ha construido una serie de con los cuales se pue determinar la en lo que, a velocidades de enfriamien entre un de la probeta Jominy y varios del in rior de barras de que se enfrían con du;tultals ridades de tenClpl!e. El artificio el del temple de forma y dimensiones variadas la transformación de en una barra de determinado diámetro, tal que su centro se con 1 severidad de temple seleccionada, con la fnisma ley de enfriamiento qu aquella; ha permitido resolver una cantidad considerable de problemas. Para estudiar enfriamiento una barra de longitu en cuenta las dos las caras 1 enfriamiento será la sumatoria de cada una de ellas. fuera un al anterior, se adicionará el c rn~splondlE:mt;e a tercera ,u'-'.,.."'..'v..... establece ello la ubicación del del la relacíó rlR en la que r es el radio o la al centro del punto cuya velocida de enfriamiento es necesario conocer R el radio de la barra en estudio. Las curvas para distintas de rlR van desde O a expresan la entre los diámetros la y 'los d la para cada curva le de tem \.LA ..

129 IR:::: 1 de los rrr';¡,Mt>'''\''' velocidades de en1rn:lmleIlto

barras. . tiene una barra de 80 mm de diámetro y se desea conocer la vede enfriamiento de un punto situado a una distancia de 12 mm de la barra cuando se la enfría en agua (H 1) se utiliza el co de la 38 dado que r / R :::: 12/40 :::: 0,30 se determina que a la barra diámetro BO mm y templabilidad 1 le corresponde ordenada de 19 mm, lo que indicando que dicho punto se enfriaon la misma velocidad de enfriamiento que otro situado a 19 mm del emo templado de la probeta Jominy. se quisiera conocer la velocidad de utilizando la curfigura desde abscisas a 19 mm se levanta una perpendicular intercepta a la curva de velocidad de enfriamiento Jominy (lB) un que proyectándolo sobre el de ordenadas indicará 17 que es la velocidad de enfriamiento buscada.

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FIG. 38. Curvas

de Lamont para

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Diámetro, espesores y distancias al extremo templado en mm y pulgada,

:F'IG. 39, Curvas de

entre

y redondos Lernplam)S en agua (H = 1

8) Aplicaciones prácticas. Ejemplos para distintas formas Determinar el redondo equivalente a una para una dada severidad de temple H. El a es el . .a¡::;.'-4L'''"'~~'V'-' Con el valor de la severidad de H tomar en abscisas el pesar de la chapa, SO mm (punto b) Desde dicho punto levantar una vertical hasta n"1rn'rnc"... va de la chapa (punto c) Trazar desde una que cortará a la curva de redo dos en cuya abscisa 110 mm da el valor del redondo equiv esto indica el núcleo de la barra de 110 mm se en con la misma de enfriamiento que el núcleo de la cha SO mm. ?,'J''''

Si de

conocer para la severidad de ('nT'rn'~nflnrIP al núcleo de la

,,\C,.utJJLv

la misma horizontal sobre ordenadas la velocidad de enfriamiento del 3Q,eWli::1::::i fuera necesario determinar el diámetro de la barra que en e ideal el núcleo se enfriara con la misma velocidad que el corresde la chapa con la severidad la antes citada horizontal al r la curva de diámetro ideales en sobre abscisas el valor del etro 132 mm. intersección en (6) de la misma horizontal con la curva Jominy insobre abscisa la distancia al extremo templado de unaprobeta Jomm) que se enfría con la misma velocidad de la chapa o barra

el diámetro del redondo a una barra de 80 50 mm para una severidad de ru
"'vl'U.U.¡;;, ......

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Lado de 80 mm: realiza el tal como se indicó en el plo vale decir desde abscisa de 80 mm se levanta la vertical hasta interceptar curva de la chapa en b) Se traza por (2) una horizontal que al cortar las curvas da: diámetro del redondo 110 mm, diámetro ideal para temple H = al extremo templado (6) de una probeta Jominy 33 mm velocidad de enfriamiento (3) 6 c)

Lado de 50 mm: se vamente: diámetro ideal (lO) para H = una Jominy 17

se obtienen respecti73 mm, diámetro 96 mm, al extremo templado de 19 mm y velocidad de enfriamiento

La de enfriamiento del núcleo de la de 80 50 mm es de 23 y es la misma que la del núcleo de la barra cilíndrica (13) de 60 nm de del redondo que el del extremo de la a 16 mm y el diámetro ideal para que es de 80 mm.

Determinar las mismas cm-acterlst.lC8lS pero de tres por eJemIHO: El de 80 50 x 35 mm se enfriará de de 80 mm con una velocidad de 6 lado de 50 mm con una velocidad de 17 lado de 35 mm con una velocidad de 33

velocidad

que la la velocidad <de enfriamiento del núcleo una barra 42 nm de diámetro en un medio de enfriamiento de severidad H == 1 En la 40 dan las curvas de \.,U.
el redondo para una dada severidad de

a una "L.1U..-.l<:::

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Curvas de equivalencias de chapas redondos .1 -' en aceite I -o' • """~ ....,,..1,, ¡I = 0,50), _ -euuuuulS ideales (H probeta ,Jominy con exprelSlUll de las velocidades de r de éstos , los centros de las barras chapas,

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1

FIG.40.

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1:33 Of()CedunH:ml:o a

es el

>J1>=;,U.l'.dHJ"-'

Con el valor de la severidad de temple H tomar en pesar de la chapa, 80 mm (puntal).

el es-'

Desde dicho punto levantar una vertical hasta interceptar la curva de la chapa (punto Trazar desde (2) una horizontal que cortará a la curva de redondos en (5), cuya abscisa 110 mm da el valor del redondo equivalente; esto indica que el núcleo de la barra de 110 mm se enfría con la misma velocidad de enfriamiento que el núcleo de la chapa de 80 mm. conocer para la severidad de temple H = 1la velocid de corresponde al núcleo de la, citada chapa o barra de "mensiones conocidas, la misma horizontal sobre ordenadas (punto :3) ará, en este caso 6 °F/seg, la velocidad de enfriamiento del núcleo de la apa consideradas. Si necesario determinar el diámetro de la barra que en se enfriara con la misma velocidad que el correspIe ideal PIldiente qe la chapa con la severidad H, la antes citada horizontal al orlar la curva de diámetro ideales en dará sobre abscisas el valor del iáwetro buscado, 132 mm. intersección en (6) de la misma horizontal con la curva Jominy insobre abscisa la distancia al extremo templado de una probeta y (33 mm) que se enfría con la misma velocidad de la chapa o barra n estudio.

Ejemplo 5 Determinar el diámetro del redondo equivalente a una barra tica rectangular de 80 50 mm para una severidad de '__ '-"_ (agua).

El procedimiento a seguir utilizando la figura 39 es el siguiente: a) Lado de 80 mm: se realiza el proceso tal como se indicó en el ejemplo anterior, vale decir desde la abscisa de 80 mm (1) se levanta la vertical hasta interceptar a la curva de la chapa en (2). b) Se traza por (2) una horizontal que al cortar las respectivas curvas da: diámetro del redondo equivalente (5) 110 mm, diámetro ideal (4), para temple H 6, distancia al extremo templado (6) de una probeta Jominy (8) 33 mm y velocidad de enfriamiento 6 e)

Lado de 50 mm: se sigue el mismo camino y se obtienen reSipelctlvamente: diámetro de redondo 73 mm, diámetro ideal (10) para H 0, 96 mm, distancia al extremo templado de una Jominy (8) 19 mm y velocidad de enfriamiento 17 La velocidad de enfriamiento del núcleo de

barra de 80

50

mm de 23 nI') la misma velocidad que la del n cleo de la barra cilíndrica de 60 nm de diámetro del equivalente y que el punto (11) del extremo templado de la pr beta Jominy situada a 16 mm y el diámetro ideal para H = e (l que es de 80 mm. Ejemplo 6 Determinar las mismas de la harra prismática an rior pero de longitud conocida, tres dimensiones, por ejemplo: 80 5 35 mm. El prisma de 80 x 50 35 mm se enfriará de la siguiente forma: lado de so mm con una velocidad de 6 °F/seg lado de 50 mm con una velocidad de 17°F/seg lado de 35 mm con una velocidad de 33 El núcleo de la pieza prismática se enfriará con una velocidad que la sumatoria de las tres enumeradas, es decir 56 °F/seg que en la figu 39 corresponde a la velocidad de enfriamiento del núcleo de una barra líndrica de 42 nro de diámetro en un medio de enfriamiento de severid H = 1 (agua). En la figura 40 se dan las curvas equivalentes de chapas y redond templados en aceite (agitación acentuada H := 0,50), redondos ideal (H y puntos de probetas Jominy, con expresiones de las velocidad de enfriamiento de estos y los centros de barras y chapas.

Capítulo V

TRATAMIENTOS BASADOS EN LAS CURVAS "S" DE BAIN O DIAGRA S ITT

Consideraciones generales de los DT()(1Ulct()S son las aleaciola técnica no los a someterlos a tratamientos f-nT'Tr'",,..nc o termoquímicos. características que DmBae~n Q!otenerse Las de los tratamientos hacen ablandarlos cuanto sea posible para ...... "'''YO-OT' tud al estampado, embutido, en otras valores de resistencia a la fatiga y y en algunos casos 10durezas para con ello hacer posible el trabajo de otros me(1e~;l'!aste en ciertos elementos de ...... <:>nn1'.., un tratamiento térmico debe tratar de conferir al producnO''''''T''rnc''n algunas de las características slguH~nt,es: m'rfo..... " .. rn,nr.o

O'or\DT'!:l1

Poner de relieve las propiedades mecánicas qúe interesan para un determinado uso. b) Reducir al mínimo el de . . .T'r'rf"'n~,.. formaciones, alabeos, variaciones OlIneltlSlon,:ues, ...r-.i:1T"-:>C' el metal de .- .. posea el mínimo de tensioreEnOll1aJ.es, con lo cual se la resistencia a la y la resiliencia. d) Conservar el producto en su integridad, mismas características, vale decir que el metal no ni aún variaciones de sus propiedades que se pueden traducir en escamas de óxidos, descarburación o carburación, nt-r.;:,.t-,·y.. -:> c)

e) Mantener dentro de ciertos de manera que, al variaciones " v........., ..., .... "" ..

<:>T·... ' " '

las tolerancias dimensionapor haber su-

t)

Los tratamientos deben racterísticas ~AA', vida y que U H . , ' - ' ....

.... >J

La elección del tratamiento que el producto por un los tratamientos una fisura incorrecto suele a una rotura o de servicio in diato o en breve plazo apenas sometido a un esfuerzo severo, mient que si la térmica fue con el metal es no y puede rendir beneficios.

temple

2. Tipos

a) b) e)

d) e)

Casos

"-''''I'''''-'~''<.L.''-'L'

o

a) Temple marlensítico. Fórmulas para el cálculo de Ms De acuerdo con la ley de enfriamiento aduIJtada, puede realizarse endurecimiento de un producto siderúrgico tal como ya se ha señalado formas: con enfriamiento continuo (temple interrumpido, diferido, martensítico o por etapas. En la forma de templar, tal como se ha esquematizado en 1, con la línea de enfriamiento 1, se produce la transformación austEmlta, iniciada en en una forma hasta una tempe de Mf. .,.'rc'" forma de el es discontinuo, con la curva se interrumpe el enfriamiento, sume como se el metal en un baño que se encuentra a una temperatura liger mente por encima Ms (aproximadamente 20 a 30 y se lo mantie en esas el tiempo suficiente para igualar la temperatura conservando la integridad de la estructura austenít ca. De UA.U'-'.... AU."..,. enfría de manera tal, de la estructura ma tensítica. En ambos casos, mantenerse eSl~m::lle, una cierta n ...'....... r''rn·'o".., de austenita. OOr.....

O DIAGRAMAS TTI

lENTOS BASADOS

Fe+

137

e

FlG. L Curvas de enfriamiento de temple martensítico. Temperatura de austenización Intervalo crítico Austenita Cementita

Fe FelTIta

M Martensi ta 1 Enfriamiento continuo II Enfriamiento interrumpido o discontinuo

En el segundo caso como consecuencia de un gradiente de temperatu-

ra mucho menor, temperatura próxima a Ms, el riesgo de crear fuertes

tensiones entre periferia y núcleo, probabilidad de fisuraciones o deformaciones, es mucho menor. A este tratamiento se lo designa "Martempering". En ambos casos, se logra por temple, la máxima dureza. Como en varios tratamientos, aplicando la curva de la "8" se referencia a la posición del punto Mg , o sea a la temperatura que corresponde a su ubicación, es necesario conocer la misma, con bastante precisión, a los efectos de no incurrir en errores y malograr el tratamiento térmico. A este respecto se mencionan varias expresiones propuestas por au~tl]lt()S autores: 'OT1nn,01"'(~t-l·I"''Ól

~/~"'~I:;;t:C{

inicial M s de la reacción martensítica.

Y Troiano: 325 e

= 535

35 Mn - 35

- 65 Mo

20 Ni

E.

10

+ Mo)

22 Cr - 17 Ni - 11

+ Mo)

30 Cr

Stewart: 320 C

= 500 -

(l

620 (l

33 Mn

16 Ni

(l 0,092 Mn) (l 0,029 Mo) (1 0,013 W)

Los elementos de aleación son Sleml)re porcentuajes en peso.

b) Temple bainítico Partiendo del estado el producto o be enfriarse con rapidez para evitar la transformación salvar la nariz de la curva "8" hasta una comprendida la zona a de la cual se puede proceder de dos b 1) Mantenimiento constante de la temperatura en la zona bainí hasta la transformación total de la austenita en baini curva 1 2 Yluego enfriar hasta ambie A este térmico se lo designa Las transformaciones isotérmicas de la fase a dis tas conduce a durezas y otras características v del constituyente obtenido. bIes en Enfriamiento retardado o moderado dentro de la zona bainític luego continuar con el mismo hasta la ambien curva II de la figura 2. En el caso, es interesante hacer notar que proporción bainita y marlensita, interrumpiendo proceso isotérm en un instante dado, cuando aún existe una cantidad de austenita transformar y mediante enfriamiento seleccionado obtener las estro ras combinadas ya citadas. A este tratamiento térmico se lo designa "Marquenching". Mediante la adopción de distintas proporciones de martensita y b una gama o variedad considerable de propieda

Temple austenítico Este característico de determinados .......,... v.::>. xidable 18/8 de cromo y 8 a 10% de níquel) o el con de carbono y 12 a 13% de manganeso conduce a mantener esta la estructura austenítica a vale decir los mentos han un descenso del punto que el se e cuentra por de la ambiente.

139

FIG. ~. Curvas de temple bainítico.

Temperatura de austenización Intervalo crítico Cementita

Fe Ferrita M Martensita 1 Temple isotérmico II Temple isotérmico, interrumpido o discontinuo.

es austenización comEl ciclo térmico es el mismo de pleta y homogeinización a alta temperatura, sobre todo para piezas fundidas y luego enfriamiento brusco, que puede ser como el caso del acero Hadfield, en agua. Como no existe transformación estructural, no hay de deformaciones, fisuras o rajaduras, ya que se parte del estado austenítico y se obtiene luego del temple, estructura completamente austenítica. En este caso, donde no tiene ninguna transformación al ..u,..... .,v, el metal templado en los aceros austeníticos se ablanda.

d) Temple estructural En los tres casos antes considerados se ha partido del austenítico, pero pueden modificarse las mecánicas realizando el temple partiendo de la solución sólida a. Teniendo en cuenta que ciertos elementos como el carbono, r"t·...t>'rTO_ etc., son más solubles en el hierro a en caliente que en ~lH;¡~pntlhlp por al agua desde 700/750 oC en aceros con

menos de de por aumentar el límite elástico y tensión de rotura por tracción en un 30 a el revenido p duce una . Las de este tratamiento dentro de ciertos límites en: di) Se realiza a temperaturas relativamente Se

las deformaciones.

Las tensiones residuales son de mucho menor m
favorecen la reducción de la

El tratamiento practicado en la economía del proceso.

En los de antes ha referido C""~T'_ un tratamiento que abarca a toda la es decir temple total, tem hom()g-e~ne:o con afectación hasta el Pero en piezas t frotantes de rótulas de dirección de automotores, dientes ~~.~, __., dientes de sierras para cortar de pistón, b ITas de torsión, acuerdos de punta de árbol d e s o l a m e n se debe endurecer la superficie de en esos casos el tratamien es localizado, superficial o el endurecimiento es oc:asl"ones, aun en procesos salteadas o escalonadas de la

"'""'"'-'-"-L......"

3) Ciclos de tratamiento térmico En un orden la realización de un tratamiento tres etapas fundamentales:

t"r.'n"\T,?'o,nrllo

Ciclo de calentamiento. 3b) Ciclo de

Factor tle~mlPO, de acuerdo con el proceso fmal seleccionado. Así como el ciclo de calentamiento, tal cual se comentado oport distintas de calentamiento y el tiem el de enfriamiento abarca la velocidad conduce a continua o 10".+6,,·........

141

la tal las dimensiones de los de enfriamiento, los producir un temple muy Por vv .... ...,.L¡¡;, ....... vu.v'-', io de constituye un factor de importancia, por la influencia que ejerce en las condiciones de enfriamiento y el núcleo, que se manifiestan por el distinto andamiento curvas de enfriamiento de los citados que el metal fríe en agua, aceite, baños de etcétera. evidente' que tratándose de efectivizar el temple, es necesario tecuenta que el medio de enfriamiento tiene que producir una veloque supere a la critica de temple, para la estructura martenLtaUV1Uk'.LH'LAU..... ,

""'U,",'TlHJ

uanto mayor sea la velocidad de tanto más se encondesplazadas entre sí las curvas de la periferia del no. el caso extremo 10 constituye el agua, ya que produce la ,..hT,p1"p,n("IJ:l de temperatura entre el centro y la periferia. "_.. __ ~ la superficie alcanza la temperatura correspondiente al punto _ _ rh,"',n la transformación de la austenita en martensita que conhecho se traduce en una contracción más rápida en la peque en el núcleo, y lo comprime, a su vez éste se opone o impide que riferia se contraiga y la pone en tensión, pudiendo soportar tales soliiones, porque aún es plástico y no ha alcanzado el punto Ms. En otras una cierta cantidad de austenita inestable que pertenece al núencuentra aprisionada por una corona o aureola dura y frágil de ensita. En la figura 3 se han esquematizado estas distintas etapas. go cuando el núcleo haya alcanzado la temperatura Ms de comienzo de sforrnación martensítica, ésta se produce con aumento de volumen, lo origina expansión de la masa interna contra la aureola endurecida y constituyendo esta etapa la de tensiones internas reside gran magnitud que suelen ser el origen de fisuras, microfisuras temple, distorsión, reducida ductilidad, etcétera.

FIG. 3. m: zona transfonnada en TYl!:1;T'T<:,n<:!lT!l b: zona en curso de transfonnación martensítica (dilatación); a: austenita

b

la curva 1 las condiciones de n""'1""....o ....... ,~_ templado en agua. Se observa mientras la cu "a" COlrreSpOnC1I(~nt;e al enfriamiento de la alcanzado en A inicio de el núcleo a mantiene. el eSl:;aao austenítico indicado por B y al concluir el endur miento de la llegando a la el corazón de la za todavía está a ....,a....'v

ACERO ALEADO QUE TEMPLA EN TODOS LOS CASOS

1. AGUA

2, 3, 4. AIRE

ZONA DE M l----Ql-H.--::::-l~~:--~~---...::l~_.:::_---_i FORMACION { s DE Mfl----~-\--~~~~----:::a.;~:__--';;::O""'¡~rl MARTENSITA

FIG. 4. Proceso de enfriamiento de cuatro de acero aleado ld€mt.lCas: 2. 3. Baño 4. en los que se señala el n ...... nt'~nln transformación de austenita en martensita. a: Periferia. b: Núcleo. AB: indica que el núcleo está todavía a elevada 1"o•..,n.o.. -:>I'11 n&>1"':'Í:t~ri~ se inicia la transformación martensita. ídem. HG RS: indica la transformación del núcleo comienza antes de que transfOTIl[laCIOn de sea cOIUoJlet,l..

Si el se realiza en un medio de menor velocidad de enfriamie aceite por ejemplo, se apreciar, curva 2, la diferencia del d pl.:\ZEUlllerltO de E y es mucho menor que e anterior y cuando la misma concluido, es decir la periferia .........."'.......v .... totalmente, punto el núcleo ha alcanzado a endurece masa interna hace los inconvenientes antes citad en una más y con menor V1(lleIICI,a. supumn;o caso COlm¡::lilc:adlas construidas con uY." ...,,'-,.......

DE

O DIAGRAMAS TTT

realizarse en aire y obtener un de las curvas FrÜ¡mleIlto de y núcleo como en la curva 4, vale ue la de temperatura es tan pequeña, que la periferia y <> se transforman contemporáneamente, de manera que la formala martensita, tiene lugar de modo uniforme en toda la matriz 8IU\,1'-"t1, con lo cual se reducen al mínimo tensiones internas y por _r-.ON'r,,'" inherentes del temple. a austeníta residual que pudiera permanecer en el acero, que es dúcermite absorber los esfuerzos que se desarrollan, con lo que, como se 'cho, las tensiones internas residuales se reducen al mínimo. aprovechamiento del conocimiento de las curvas "8" de Bain, consun avance muy importante en la realización del temple en baños tal como ha objetivadoen la curva 3 de la figura 4, y que conen obtener martensita mediante la introducción del producto sideaustenítico, en un baño de fundidas se en.ca en a una temperatura un poco por encima de Ms, mantenerlo en COl[}dllCl(me~S el tiempo necesario y suficiente para igualar y unifordicha en toda la masa metálica y luego enfriarlo al aie tipo de temple interrumpido da a la formación de martencon tensiones residuales muy reducidas. El enfriamiento moderado final reduce las fuertes diferencias de peratura entre la periferia y el núcleo, en el período de formación de nalrtenSl:ta, y por consiguiente, al ser menos violentas y más simultálas transformaciones en infinitos puntos, las' tensiones internas reduales son de poca magnitud. hacer notar la importancia que reviste el conocimiento preciso la temperatura de Ms y la curva de la "8" de Bain, ya que si el enfriaiento se encuentra por debajo del mismo, se producirá una apreciable tidad de martensita, con lo cual se anularía el objetivo de este tratallamado "martempering" o temple escalonado martensítico. En su oportunidad se han indicado algunas fórmulas para calcular S, cuya posición es función de los elementos constitutivos del producto no obstante lo cual los diagramas TrT muestran que cuando acero es mantenid<;> a una temperatura próxima a 200 oC el comienzo la transformación de la austenita se produce de un tiempo muy

s

caJJaclda,(1 de del baño de a 250 oC es aceite de temple. ref:lpecto se mencionan los valores de la velocidad de enfria....o,r1ar"""", de 500 temperatura a la nariz de la Bain: Velocidad de enfriamiento a 540 oC Aceite mineral a 21°C de 55 a 80 oC de sales fundidas a 250 oC de 64 sales fundidas a 260 oC de 53

144

que el de cual obtiene una Desde otro punto del baño de sales agitado a 250 al índice de acuerdo con lo dicho 0,20 a 0,30, que calmo sobre "VU",~""",",",,,,'"

Recocido isotérmico Sobre la base de los conceptos en las transformaciones térmicas de las curvas "8" de Bain, se han una serie de proce con industriales, en los que en casos disminuye e aO"Len1eIHe la duración del en otros se reducen en proporción hasta valores mínimos, las tensiones internas mo las de deformaciones o los de que se produz fisuras o roturas. El acero al y sobre todo los aleados tienen un buen aliado el recocido reducir su dureza al mínimo. El recocido en principio consiste en: V'-''''-'LLL'-'lVU

4a) Calentar el producto siderúrgico hasta estado austenítico y m tenerlo en esas condiciones, el mismo tiempo que se errlP!ea el recocido completo. 4b) Enfúarlo rápidamente en otro horno de aire caliente agitado presión o baños de sales que debe estar a menor temperatura, neralmente por debajo del punto crítico inferior (temperatura riable el acero) aproximadamente 680 a 800 oC. 4c) Mantener metal a temperatura constante, durante el tie necesario para que se produzca la descomposición isotérmica toda la austenita. Concluido el ciclo el acero o fundición se enfría al aire. relCü<:lOO, como verá continuación en los d OOlceruaas, estriba en la reducción considerable de tod en los aceros que tienen enfriarse una muy lenta para hacer el de durezas. que ofr Desde el punto de vista estructural, otra de este tratamiento consiste en que la estructura obtenida es más horno nea, porque la se en toda la masa del metal, dura el de a vale decir que de ta manera, la transformación en toda la masa se con la mis velocidad de enfriamiento. 'Uo"" , el recocido isotérmico Ynr.. "'y· ... de terminación reduce el "'"''-_LB

145 el calor (tempe700 para introducirlas parte del ciclo. El estado <;;11"">01"4'0,..-." sobre cuando el tratamiento mantiene bien. ~ .... t-orlQQj:¡nT:p. hacer notar la conveniencia de este tratamiento para laminados o forjados que del enfriamiento al ar entre 100 Y 120 kg/rnm 2 de tensión rotura para medio carbor que se incrementa en los aceros aleados, llegando hasta 50/56 elle. . base a estos números, es oportuno efectuar algunas reflexiones: y conveniente luego del trabajo de deformación plás"'''''''H,,'''''''~' el enfriamiento rápido al porque además de obtener heterogéneas, que no se pueden controlar durante el proceso, se que se produzcan lesiones en la fmal del enfriamienlas desiguales variaciones volumétricas den lugar a elevadas a estados frágiles y a la posibilidad de que puedan fisuras. la figura 5 se observan los dos ciclos correspondientes al recocido con enfriamiento continuo yal recocido isotérmico. En la figura trazado sobre un mismo diagrama TTT, los dos sistemas de enmiento: el segmento AB en el isotérmico, indica la duración del trataento a temperatura constante TI Y las curvas de enfriamiento reprelltadas por H¡, H 2 Y H 3 corresponden a ciclos continuos, con tres locidades de enfriamiento distintas. Los constituyentes estruturales resultantes en los dos casos están ín3lrr:amem:e representados por perlita laminar y ferrita. f'''T\f'll1"UO

Mieroeonstituyentes: Fe + P

Microconstituyentes; Fe + P

Ese. lag de tiempo Kepr€~Sel[1talclÓln

t;;"4l-ICll.Lat.n;a

Ese. lag de tiempo

del recorrido de

rt>cr&>n¡:>r!Jll'l{'¡n

e isotérmico.

e

Minutos ~""IG.

Horas

Días

6. Equivalencia de los resultados obtenidos para el recocido con transformación isotérmica y continua (según Payson).

En las tablas de valores 1 y 2 se han indicado los tiempos para dos formas de respectivamente a un a ro con 1,0% de carbono y otro tungsteno para matrices de trabajo caliente.

TABLA

1

Recocido con enfriamiento lento

Recocido isotérmico

CaJlentaIJmento a 780 oC Mantenimiento de una hora Enfriamiento lento con una velocidad de de 15 °C/hora desde 625 oC 12 a 24 horas

Calentamiento a 780 oC Mantenimiento de una hora Enfriamiento a 700 oC Mantenimiento de dos horas a 700 Enfriamiento al aire desde 700 oC Duración total: 6 a 12 horas

o

CO'mlJaI'aClón de la duración del recocido con enfriamiento continuo y el iBoté de espesor de un acero con 1% de carbono.

TABLA

2

Recocido isotérmico !nperatura 875 oC ropo de calentamiento: horas empo de permanencia a 5 oC: 6 horas íempo de enfriamiento 15 °C/hora): 30 horas uración total: 48 horas

Temperatura 875 oC y 780 oC Tiempo de calentamiento: 12 horas Tiempo de permanencia a 875 oC: 6 horas Tiempo de permanencia a 780 oC: 4 horas Duración total: 28 horas

('t~,""n"'rl=ll'lCln de

la duración del recocido de regeneración, con enfriamiento contiel isotérmico de un acero al tungsteno.

Al acero para matrices, llamado indeformable o indiferente con car2% cromo 12%, que ofrece dificultades para llevarlo a durezas COlnpat10H~S con un buen mecanizado, se le puede practicar el siguiente c",~""U"''''''''''V~ isotérmico, en base a su diagrama TTT: a) Calentar para austenizar a 925 "C, con mantenimiento según la dimensión de la pieza, no menos de dos horas. b) Enfriar rápidamente en un baño de sales a 780 oC y mantenimiento a temperatura constante, durante cuatro horas. c) Enfriar al término del ciclo anterior al aire. La dureza resultante está comprendida en tomo a 225 Brinell. En los tratamientos esquematizados en la figura 7, para un acero rápido (W = 18%, Cr = 4% Y V = 1%) los resultados obtenidos por Peter I'ayson (Jefe de la sección experimental metalúrgica de Crucible Steel Company of American) que fue uno de los primeros investigadores que plicó este tratamiento, se señalan los valores logrados en muestras pequeñas, en ensayos efectuados en laboratorio. Se observa que los juegos de probetas fueron austenizados a 875 "C durante una y doce horas y después sumergidas en un baño de sales a 780 "C, manteniéndolas en esas condiciones durante tiempos variables, entre diez minutos y seis horas; concluido el ciclo siempre fueron enfriadas en agua. Es digno hacer notar que con tiempos breves aproximados a las tres horas y media se consiguen durezas de alrededor de 260 Brinell que hace susceptible su mecanizado sin inconvenientes. Cabe hacer notar que el recocido isotérmico en grandes cargas de (20 a 30 toneladas) no es posible su aplicación, dado que el enfriamiento de toda la masa no es factible realizarla ni rápidamente ni en forma uniforme a la temperatura isotérmica. Esto es bien entendible, puesla to que siendo el volumen muy considerable, no es

148

ANTONIO

de en los distintos puntos; por consiguiente resultado final no uniformes y por ende el rial en parle podrá no la adecuada. Teniendo en cuenta que a una determinada +n ...... ""n"'''''+........... se inicia un tiempo y a otro, resulta obvio rec car la imprescindible de conocer concretamente la curva de del acero que se va a tratar. Acero rápido 18-4-1 Temperatura de austenizacíón: 875 oC Temperatura de transformación: 780 oC

70

~

e

Ji

40

as

N

~ :J O

30 20 10 O

2

3

4

5

6

7 Horas

Tiempo a la temperatura de transformación

7. Durezas obtenidas en el recocido isotérmico de un acero Cr = 4 V 1 %) austenizado durante una y doce horas y an11'r1<.rlr. tlem¡)os de variables entre diez minutos y seis horas.

Desde el punto de vista práctico (producción este tratami to tiene la de poderlo efectuar en hornos continuos, vale d austenizar en un pasar al que estará a la temperat SejleC:Cl()n~la:l, C1LlnJlplIeUlaO esta forma ciclo que na,..",",'+-""

5. "Austempering", temple bainítico o temple isotérmico , temple bainítico o es el tra miento que consiste en la transformación isotérmica de la a tenita en en una zona velocidad de aCl1ueJ.la, es muy considerable y que se encuentra ubicada en el ont",.,."&'...... ,.,. la nariz de la

DE

149

DIAGRAMAS

Una completa del procedimiento para realizar el tratade temple isotérmico, es el '.... M.~>.'~LL'''~ Calentar el acero en la misma fonna como para practicar un temple o recocido, vale decir, llevarlo al estado austenítico completo. b) Enfriamiento del acero en un baño de sales fundidas, que se encuentra a una temperatura superior a Ms. Mantenimiento a temperatura constante, hasta la total transformación de la austenita en bainita. c) Retirar el metal del horno de sales y enfriarlo al aire. En la figura 8A), se ha esquematizado este proceso, y en la 8B) el correspondiente a temple y revenido para lograr una dureza similar. Esta fonna de tratar el producto siderúrgico permite que la transforación de la austenita se realice simultáneamente en toda la masa del ...etal, con lo cual se logra reducir el valor de las tensiones residuales, . torsiones, riesgos de microfisuras, fisuras, roturas, etc. y obtener una structura bainítica con valores de dureza variables desde 48 a 58 Re. En tablas 3 y 4, se pueden cotejar los valores de las distintas camecánicas obtenidas por temple y revenido y el temple baies de hacer resaltar que para igualdad de dureza y tensión deroel acero con estructura bainítica es más tenaz, posee mayor largamiento, resiliencia y ite un mayor ángulo de plegado. TABLA

3

Temple y revenido

"Austempering"

(1)

(2)

Rockwell e de rotura kg/mm 2 NargélIDl,ento sobre 50 mm % ~stnccl0n % Keí:allEmC:La (sobre probetas f'1l1nrl'M"'~'''' no entalladas)

49,8 182,1 3,7 26

rotura a 45 q

5,06 mayor de 150 sin rotura 0

Temple y revenido. a) Calentamiento en plomo durante cinco minutos a 788 oC. b)' en aceite. c) Revenido a 344 "c durante 30 minutos. (1)

.nm,n~""

(2) "Austempering". a) Calentamiento en plomo durante cinco minutos a 788 oC. b) Enfriamiento y transformación en baño de plomo-bismuto a 315 oC durante 20 minutos.

de las características mecánicas sobre probetas cilíndricas de diámm, con temple bainítico y templadas y revenidas. Acero: :::: 0,78% Mn :::: 0,58% Si 0,15% P 0,042% S 0,040 Todos los con del son la media de tres ensayos.

TABLA 4

y revenido

cinco minutos a 790 "c Enfriar en plomo a 300 la probeta quince flunu'!;OS en baño . en agua

Calentar cinco minutos a 790. Templar en agua a 21°C minutos en

Dureza Rockwell C: de rotura: 198 Límite de elasticidad:

Dureza Rockwell C: 50,2 Tensión de rotura: 170 kg/mm 2 Límite de 107 kgl

'-"U,l'VU....UJL

!rrr.fT'n'I'Y'l.k

Com¡:)araCllon de las características mecánicas de un acero al carbono con teInplaClO y revenido y con para valor de

A oc 1'-------------------. AC 3

Mf

t--------------Jl.

enJTIlarnH:m1~o

\.1A.1.U\.1i::l,

en

O"Ali1AY'Q

como ya se tratamiento y reúnen condiciones de

están constituidos por anterIor'es, cuando s de es

lalnH~nt;o

sJl!llJllaJres al aceite.

BASADOS EN LAS CURVAS

o DIAGRAMAS T'TT

DE

151

plomo fundido es otro de los medios de en:m:1IDllellto que con frese para este tratamiento. la de este tratamiento tenerse en 10 siguiente: Conocimiento preciso del rn-::lrTr<.:1Tn TTT en todos sus as~pe(~tos: composición química, forma curva, posición de tamaño de grano, etcétera. La temperatura del baño de debe ser correctamente elegida, mantenida constante durante todo el ciclo y el citado medio de enfriamiento, permanentemente agitado. Este tratamiento tiene su limitación en las ...... en la tabla 5 se dan algunas referencias aceros, con los diámetros máximo secciones y las durezas más elevadas que para cada caso. así tratadas pueden revenirse a continuación del temple Las u ...... ...,' .........., ........ ..,'"

1J.l<;C'L

{,f(Ua.nuenT,O, como se deduce de la tabla 5, se aplicable para acede no menos de de carbono debido, como ya se ha ...,uU'v, a la proximidad de la nariz de la "8" al eje de ordenadas. En la misma tabla se el efecto notable del así cola variedad de aceros de gran este ratamiento. 1J .....

TABLA 5 del acero

C

Mn

Cr

Dureza máxima

Ni

Mo

HRc

%

%

%

Diámetro máximo para la sección circular (o área equivalente) mm

Al carbono Al carbono (alto tenor de Mn) Al carbono Al carbono (alto tenor de Mn) Al carbono Al carbono (alto tenor deMn) Al carbono muy alto tenor de Mn Aleado al er S.A.E.4150 Aleado S.A.E.

0,95/1,05

0,30/0,50

57/60

0,9511,05 0,80/0,90

0,60/0,90 0,3010,50

57/60 55/58

0,8010,90 0,6010,70

0,6010,90 0,6010,90

55/58 5Z/55

0,60/0,70

0,90/1,20

53/56

7,14

1,60/2,00

53/56 57/60 52

15,87

0,60/0,70

1,00 0,45/0,55

0,60/0,70

0,40/0,60 0,40/0,60

0,60/0,90 0,80/1,10 0,5010,80 1,50/2,00

3,76

0,30/0,40

25,4

r">"r.rI""",,~

variantes a este tal como se ha 9, deteniendo la reacción en un punto cualqu ra de su realización o por ejemplo a la temperatura T 2 en punto donde ya se ha producido un X de bainita y el re nente (lOO-X)lJ(; de austenita aún es decir no transformada y friar con lo cual se X% de bainita (lOO-X)% an~enlSH,a con características mecánicas distintas que si transfo ción hubiese el camino D B e C' Como de la observación del rh.c>n-.. n,,,,,, diticando los de mantenimiento una cantidad racterísticas mecánicas variables entre amplios límites. En las figuras 10 y 11 se han esquematizado las curvas de dUf así como la influencia de la velocidad de enfriamiento que de acuerdo la de aún no puede producir mod caIClUlrH:~S substanciales en las características en función cantidad de bainita martensita.

.-----------------------------------.;

oc

A: Austenita B: Austenita+Bainita c: Bainita A'- Martensita pura s': Martensita + Sainna Sainíta

Ms

..J

Mf A'

que

PUieaEm

obtenerse por

lUd.ut:UL.J,a

variable

153

550

c= 0,25 % Ni= % Cr

500

;?

Mo

,0% 0,20

450

ro

:; ~

<1>

400

o.

E <1>

FIG.11.

Durezas obtenidas manteniendo diferentes alas

1-

350 300 250 350

400

450

500

550 Dureza Brínell

La O[J{;eIICIOn de características mecánicas . . , ..-·v~ •• "'''' cuandO la reacción se con ",,....4-""''''''''''''r.v-.f,,, u;otlerrnu:o vale ~",,~11+''''' o troostita. cuanto más ...... r'u ......... estos son tanto más difíciles de así como la de la nariz del TTT; cuanto nl<:nY<"l.I1n. el acero en carbono y elementos desplaza la' va hacia la más susceptible son las de aplicar tos tratamientos. general como ya se en párrafos anterio cuanto más pequeñas o delgadas las más factible aplicar al al hierro fundido estos tratamientos. Como complementación de lo dicho sobre la curva "8", es neces que los de comienzo y fin de la no sean muy b ves ni muy que los haría desde el punto vista LncluE¡tnla Las transformaciones a la de un revenido. En la 12 se graficado distintas alternativas del tratami to bamítlc~o y del recocido isotérmico, las características cánicas ..."" ..... ,n-.'rlr.ü

oc

Ms

12. Fonnas del tratamiento bainítico. 1) Tratamiento ml::lTUen:ntlco-balml resistencias muy elevadas). 2) Tratamiento bainítico medías). 3) Tratamiento bainitico con revenido alto 4) Tratamiento (recocido máximo abjlan,damlenl~o).

"~- una de las t-.., ..... la ductilidad para eados que los que se obtienen las propiedades de de temperatura de 400/500 ta revenida. de bajo o La de rotura y resiliencia de aceros inferiores a las del temedio carbono son, sin embargo, le y revenido y en este caso el tratamiento bainítico es desventajoso, expto que se lo debiera utilizar como método de reducir el de uras y vinculados con la reacción martensítica. H!LJU ......

u r n..

C'

nUVU .....>J

. Comparación entre las características mecánicas btenidas luego del temple y revenido o bien or tratamientos diferidos Se ite que las mejores en conjunto, se obtienen uando se templa el prod"Ucto siderúrgico para producir su máxima durees estado completo martensítico y luego revenido, siempre y uando no se produzcan microfisuras, deformaciones o tensiones internas desfavorables. Los ensayos realizados sobre un acero al cromo-níquel-molibdeno, por varios investigadores, han demostrado que, comparando los valores de resiliencia obtenidos con tratamientos isotérmicos a distintas temperaturas con los efectuados con temple enérgico y revenido, para en todos los casos producir la misma dureza, figura se constata que las curvas sensiblemente desplazadas; los valores se consiguen con el temple enérgico. Se que mediante tratamientos isotérmicos, las reacciones dilo cual no permite deducir conclusiones exactas. Delbart y Potaszkin se pueden estos tratamientos en n-r~.nr1ac! tipos: a) Los que hacen aparecer resultados son menos "'U'J"UJ'U"'vv" martensítico.

bainita SUIJerlr del rnYY1...... n

b) . Los tratamientos con obtención de bainita v.'n..... v'........ ~H-' más satisfactorios. 15 Y 16 se han

........ ''"'uu.v

lnl'OV'"lnr

"' ......'JLvV

pueden dar

valores obtenidos de tres

16 se observa que para altas en aceros resiliencia obtenidos por tratamientos bainíticos (bainita inson más favorables que los por y revenido.

Martensita revenida

2

60

,...-

,3 Martensita revenida + troostita

40

20

-80

-40

o

20

40

oC

Temperatura de ensayo FIG. 1:3. Curvas tempe;,atura-resiliencia de un acero al cromo, molibdeno, níqu C Mn == 0,95 %; Cr == 0,6 Ni == Mo % tratado para de rotura 90 en las siguientes formas: 1) Temple a 900 oC en agu revenido a 655 2) a 900 oC en baño de sales a 400 oC (5 minutos); Temple a 900 "c en baño sales a 600 oC (115 minutos) revenido a 625 oC. (Según Hollomond, Me

at kg/mm 2 180

160 140

-t-----__ FIG.14. Influencia revenido

120

100

80 p kgmlcm 212

8

- ---

-:::::--.:_--

obtenidas por temple rP'lfPT1U1IO en aceite (O't, O'z, p) y por tratamiento is?té~co (O't',

p ). C==0,30% O'p

4

o

er==

%

Ni == 1,0 % Mo 0,40

BAIN

DlAGRA.\:1AS TTT

150

3

53 100

o(.)

ti

,t'd

1i5 ,~

50

E :;¡

75

100

125

150

Tensión de rotura kg/mm 2

15 C\l

E

~

E O)

~

co '13

e

10

~ '¡¡; (1)

OC

3

50 75

100

125

150

Tensión de rotura kg/mm 2

15. Variación del límite elástico y de la resiliencia en función de la tensión rotura. 1) Tratamiento isotérmico a 500 oC, en aceite y revenido. Tratamiento isotérmico a 500 oC revenido, Acero Delbart), e.1e~mJ)lo,

cuya dureza está cmllUlrelrldJlda isotérmicos producen ....... '"''-'...u''''J''''"'"....., alar'gaml'emm y límite de que Se estos resultados en La martensita obtenida por ternpJle a 300 oC mantiene mucha mientras que la . . . u.u..... "u. que es un de ,·u.¡ . . . .n en la tercera de la cementita. ..... "c...,'".."'''''.... ,,.....''''

T'\...

l:>lí\'rOQ

(1)

E

Ol .:::L

50

Cada uno de los tos corresponde a la medía de varios ensayos.

.a

".5. (J)

45

(l) (l)

::J

40

CJ

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(l)

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2

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CD

10

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so

45

55

60

Dureza Rockwell Gom¡:>araCl.un

e c: (l) ro

(l)

e

>

(/)

.a

ro (J)

e

de los valores de resiliencia de redondos de 5 mm de templado revenido para valores de dureza co t{O(~\{V¡Tp.11

C.

La ejecución del tratamiento térmico para en la forma:

elevados

re~Ht:\ll,elJlI,.;H1, debe

Efectuar el enfriamiento isotérmico a temperaturas un poco por e cima de Ms señala el comienzo de la formación martensítíca). b) Con el conocimiento correcto del TTT y mantenimien del acero a temperatura constante, el tiempo necesario y su 1 ciente para lograr un estado bainítico completo; si así no fuera menor de permanencia se corre el riesgo, al enfriar, de que un cierto de aún estable, o1"n, en con reducción de la r c.a., no obstante el revenido que a continuación. Tal como se ha indicado en lzs tablas de valores 3 y 4 este tratamien ..."o

OU..L"' ....Lv

DE

o DIAGRAt\1AS TI'T

159 ....

valores su oportunidad, se ha especificado que una diferencia fundamenestos dos tratamientos estriba en el proceso que se desarrolla en el 'erior de las piezas, que son los que dan lugar a tensiones internas, demaciones, fisuras, etc. Cabe hacer notar que las tensiones internas reúales suelen jugar un papel muy importante en las piezas en servicio. Este tratamiento tiene sus limitaciones dimensionales y para deter.nadas tipos de aceros como se ha señalado en la tabla 5. En particular para aceros al carbono con menos de 0,50 %C, dado que nariz de la perlita de la curva de la "8", está muy desplazada hacia la izierda (más próxima al de ordenadas) y por consiguiente, es muy difísuperarla; en algunos aceros al carbono no existe tal nariz de la "8". Como se observa en la tabla citada, en último término para aceros de 7 ~ 1,0% de carbono, de bajo manganeso, el "austempering" se encuen~ limitado a piezas de pequeño diámetro 3 a 5 mm, mientras que los roS con 0,711,0 % de carbono y 1,5 a 2,0 % de manganeso se pueden alzar entre 15 y 20 mm. En los aceros aleados la nariz de la "8" está desplazada más hacia la recha y por lo tanto se presta más al templo bainítico, con tal que el empo de transformación completa en bainita no sea excesivo. En síntesis, la transformación austenítica se desarrolla tranquila y 'multáneamente en toda la masa, con lo cual se reducen considerableente las tensiones. La estructura resulta simple y más homogénea y esto redunda en las propiedades mecánicas luego del revenido. Reiterando lo dicho, el temple bainítico exige para dar valores posítiy eficaces una precisa puesta a punto, conociendo bien los tiempos y las temperaturas para cada caso; de esta manera es factible realizar el atamiento en forma seriada en escala industrial.

faS

"Ausforming" 7.1. Definición El "ausforming" es un tratamiento termomecánico, que consiste en el acero a la temperatura de temple, para luego enfriarlo sufi~le]tltE~ml~n1te rápido, hasta una zona dentro del estado austenítico estable <1e~mulés someterlo durante un cierto tiempo a un trabajo de deforma1JJ.(lL;:)IJ,L"<JL y a continuación enfriarlo con una determinada velocidad ~ ••A'.L"""'U,.""U'vv, según los requerimientos del caso.

7.2. Objetos del "ausforming" El "ausforming" tiene por finalidad, entre otros, los a)

objetivos:

un trabajo de deformación plástica a ciertos aceros a

160

teIlnp,jralturas muy por de las tratamientos mecánicos en b) Efectuar un de deformación entre un 60 y ha 90% durante un tiempo detenninado por la forma de la curva c) El es aplicable para la realización del trefilado, embutido, forjado, debiendo ant\.,.o·n<:>"...,_ de deformación el 60 una mejora interes te de las características ml~C:::llllca:s. d) Producir un muy considerable aumento de la tensión de rotur límite elástico con una reducción, en r~jannenl;CJ, estricción y resiliencia. e) en la final, si el caso lo por ...... O::;!J en un medio de temple una estructura martensí ca, desde una de la de austenización inic los de defo con lo cual se reducen estado etcétera. 'V ...." ... " " ..... ..,""

CTLH-'OT''''

LJLLL ...... U

...

7.3. Factores del "ausforming" de influencia más son: ....""", ....,.r\1n química del acero. !'otnnCH"C1hlT'g inicial de calentamiento. Condiciones de enfriamiento hasta la de trabajo. d) Duración e intensidad del de defonnación J..JJ.alO"!\..a.. e) conocimiento de las curvas TTT. f) de deformación. Medio de enfriamiento final. 1'''1''''-'''''00

Orllnclm.o sobre el cual se basa el estriba en realiz la mecánica intensa de la de un enfrí miento bastante efectuado desde la temple, ha una zona por de lo se inicia la perlítica (r o zona límites de varían con el durante un en el se mantiene la estabilidad estructural· isoaustenítica y c~ proceso fmal consiste en enfriar el metal en adecuado como p ra obtener el de temple fuera equilibrio (martensita Como resultado de este tratamiento se logran muy considerabl en las características resistentes del acero. En esto es factible, sin dificultad, n .. oa~·n transformación pe]~litlca es del orden de 17 se ha eS(lUf~m,atl:za(lo ffiC)mIBCéLllICO; rin"'<:>T,,1-a el nemr>o

DE BAIN

DIAGRAMAS

ClU""""'"U''"''''"''''J, se lo enfría para la martena u otro ciclo programado. por El trabajo mecánico de deformación acelera la no se aprovecha íntegramente el tiempo dado por la curva. Se mantiene el acero, tal como se indica en figura 17, a la lira al intervalo entre los dominios perlíticos y níticos Y se aprovecha entonces del tiempo de incubación cmlSlderapara poner en fonna el acero (que en estado austenítico), trefilado, embutido, forjado, que la transformación perlíta bainítica comience. Siendo el acero, muy maleable, se lo puede cer sufrir una deformación muy importante. La temperatura es muy . que recristalización. Los defectos introducidos por el trao mecánico, son entonces muy numerosas; esto es tanto yor cuanto más importante haya sido la deformación. En la parte fi, como ya se ha dicho el acero o realizar otro proceso mplementario. Esta deformación de la austenita incrementa considerablemente el umero de de la produciendo una estructura más a.

Ms

Teniendo en cuenta el tiempo de incubación de la nariz de la c va de transformación es del orden de decenas de minutos, transformación bainítica no tiene más tiempo de producirse. El acero luego del temple, la estructura martensítica si se enfría a bastante teniendo la PV"H-""VU. Mf. El gran número introducidos por deíor'm,aClon de la aumenta considerablemente el número o núcleos de martensita. Se obtiene así una estructura madamente fina. del revenido a una temperatura no muy para evitar la coalescencia de los precipitados de carburo de hierro, la tructura fina, lo da a un aumento de la mecánica los aceros así tratados y a notab de ductilidad como consecuencia de la reducción de las tensiones intern La deformación puede ser uni o sin que se observe aH~c-¡:;aCl del resultado final del tratamiento. Es interesante hacer notar que la v locidad de deformación una cierta influencia; el aumento de dUF za varía en sentido inverso de la velocidad. El conocimiento de la composición química del acero por ende de curva TTT, constituyen factores muy importantes, sobre todo para ten en cuenta la longitud y amplitud de los dominios perlíticos, y bainítico así como el grado de templabilidad del materiaL El trabajo de deformación plástico para lograr buenos be ser intenso no menor del 60 % Y puede a el 90 La de elementos carburígenos como cromo molibden los espacios la curv que tienen la particularidad de ampliar y TTT, es decir, producir tal efecto sobre la estabilidad de la austenita permite aplicar con mayor éxito este tratamiento termomecánico, dado e tiempo que se dispone para su pues se trata de aceros co "'''...,u....'v.., de incubación evidente que estas consideraciones limitan el campo de 1-"'" "''''''''''''JAJ la clase de defornlacíón. Las curvas TTT de los aceros deben a las formas de los si gtillen-¡:;es tipos, 19 y 20. u.

7.4. Variantes Existen otras del -<;l1IH:!1tr.rrn,ncr referidas a los aceros hi~ poeute<:tolC1E:S con tenores de carbono cOlm¡:>rendldc}s entre 0,1 a 0,4 de carbono. a una tempeEl consiste en realizar un ratura tal que se una austenización parcial que puede estar constituida por 50 de austenita y 50 de perlita, aplicando una deformación plástica del 50 una ley de enfriamiento final se estructuras o con lo combinando la de los rhfprl=>n1'PQ COllstltulyent(~s grar una variedad de características mecánicas.

163

FIG.18.

Máximo tiempo de deformación de la austenita

Ms .1-

_

Martensita Tiempos ese. lag.

- -------- --------¡---Carburos proheuteetoides

"

Comienz

__ Comienzo

~_-+

20 Ar'"

50% 60% 70%

Tiempos ese. lag.

=0,42 % Cr

1

Ni Mo

900 800 700 600 500

Austeníta

400

200

Martensita

1seg

1 mino

1 hora

1 día

Tiempos es. lag.

FIG. 20. Curva TTT de un acero aleado para .....L'.-...... ..,...... de este proceso consiste en un ""v .........." .... do del por deformación, 23 f. El aumento de la resistencia con el enveJleClmlerlto formación es el resultado de la acción de dos Ia(~to're;s: ae:WI'm:iClon en frío de la martensita. UVJUo:>A.UU.U

......"'........,........, apllc:aClon,es, como prIOOlUCI~lO,n aleados con muy elt~V:::H1f)~ "u..o..",-"o. el tratamiento termomecánico fila en el de temple isotérmico.

7.5. He'Ye¡rellC¡ías complementarias ......."'............·vJ.... ,"v>J de P. en su obra refmecto de la obtención de aceros muy re!nS 1I;erltes. IUlrlüélmentos íntimos del mE~CaJmsmo Ul:SL{)nnonf:S locales

I'RA:TMnEJNT()S BASADOS EN LAS CURVAS

DE BAIN O DIAGRAMAS 'ITl'

165

peciales como el origen de las que existen entre la reS¡lst,ena mecánica de los metales y las teóricas. "Los trabajos sobre la creación de materiales extrarresistentes se baan en la representación moderna de las dislocaciones (distorsiones locales de las redes átomo-cristalinas espaciales), como la causa de origen de la divergencia que se observa entre la resistencia mecánica real de los metales y la teórica predicha sobre la base de la magnitud de los enlaces atómicos en redes La resistencia mecánica teórica es igual aproximadamente a (0,1- 0,5) E, donde E es el módulo de la elasticidad normal. La resistencia mecánica es decenas y, a veces, centenares de veces menor. Dicho de otro modo, en los metales modernos se utiliza una parte insignificante de su posible resistencia. Hasta hace poco, se consideraba que el proceso de deformación plástica consistía en el desplazamiento simultáneo de los planos cristalinos uno respecto a otro. Esta representación se relac!pna con la gran magnitud los esfuerzos indispensables para vencer los enlaces atómicos en los planos de deslizamiento. Hoy día, es universalmente itida la teoría, conforme a la cual el desplazamiento no transcurre instantáneamente, sino por etapas sucesivas (por relevos). En los sectores de disposición de las dislocaciones, como resultado de la distorsión de la red cristalina se forman zonas de deslizamiento simplificado. Basta un esfuerzo de cizal1amiento relativamente pequeño para provocar en tal sector el desplazamiento de los planos cristalinos a una distancia interatómica. Este desplazamiento va acompañado del traslado de la zona de deslizamiento simplificado en la dirección o contra la dirección de la acción de la fuerza. En el nuevo lugar de la disposición de la zona, a su vez, transcurre el desplazamiento a una distancia interatómica que va acompañado de un nuevo traslado de la zona de deslizamiento. De este modo, la zona de deslizamiento, trasladándose sucesivamente en dirección de la acción de la fuerza, provoca el desplazamiento de todo el plano cristalino a una distancia interatómica. Si la fuerza continúa actuando, el fenómeno se reitera varias veces y tiene lugar un macrodesplazamiento de los planos cristalinos. Evidentemente que este desplazamiento sucesivo que exige s610 la ruptura local de los enlaces atómicos transcurre bajo la acción de la fuerza muchas veces menor que la 'fuerza indispensable para desplazar simultáneamente a la vez todo el plano cristalino. El mecanismo descrito del surgimiento y propagación del desplazamiento es la causa fundamental de la reducida resistencia mecánica real de los metales, en comparación con la teórica. . El traslado del área de deslizamiento simplificado continuá hasta que la dislocación sale a la superficie de bloque cristalino o topa con algún obstáculo (aglomeración de átomos ~enos de impurezas, dislocación dispuesta perpendicularmente, dislocación de disposición igual, pero de otro signo). Las dislocaciones de diferentes denominaciones al chocar una con otra, se extinguen reC1pl·oc~un~~nte. aquí se deduce que el aumento número de he1tevo~E~nel<1fl<1e8,

es el aumento de la cantidad de y del número de dis siones de la red así como el de los bloques durecen el metal, creando obstáculos en el camino del desplazamien las y bloqueando su propagación. Las son regularmente inherentes de cualquier ro en enormes cantid.ades. La densidad de la distribución dlf;lrn~aC:ImleS en los aceros es de 108 a 10 10 cm..,.2. Las causas del surgimiento de las dislocaciones son muy divers éstas se refieren: el acuñamiento de las capas cristalinas sobrantes; así llamados extraplanos (díslocacíones lineales), el desplazamiento e ral de los cristalinos uno respecto a otro (dislocaciones helico.· Una son las es la sencia de átomos en el nudo de las redes así coro inclusión de átomos ajenos entre los nudos. Las distorsiones locales d red tienen lugar al aplicar cargas así como en las zonas de cÍón de las tensiones internas. El de dislocación provocar la aparición de nue dislocaciones en los sectores Existen fuentes de surgimie de dislocación: dos lineales compatibles fo un generador de dislocación que actúa continuamente (fuentes de Fr Read). Existen 'dos caminos fundamentales para aumentar la resisten mecánica de los ...........,........,""''''. '''''''·..rrr......

""'....nn.I"w.. t-Ó...... ,."r.

1) la eliminación o la reducción del número de dislocaciones (creac de de estructura cristalina homogénea correcta); aumento del número de heterogeneidades (creación de obstá que frenen el desarrollo y la propagación de las dislocaciones). Las del primer procedimiento son bastante limitad ya que una estructura sin defectos puede obtenerse sólo en materi muy puros en volúmenes muy pequeños que excluyen el surgimien desarrollo dislocaciones. En condiciones de laboratorio suelen obten se delgaditos (de 0,05-2 p. de espesor) filiformes de varios m' metros de longitud (llamados agujitas) que poseen una resistencia m nica extraordinaria. El cristal filiforme del hierro tiene una resistencia la rotura de 1,.350 kgflrnm 2 , lo que es aproximadamente 100 veces may que el límite de rotura de hierro ordinario técnico y 10 veces mayor q la de los aceros aleados de calidad. Al mismo tiempo, las jitas características elásticas muy elevadas. El alargamiento el agujitas de hierro alcanza el 5 mientras que en el me tico técnico éste sobrepasa un 0,01 %. La resistencia mecánica elevada y la elasticidad de las agujitas relacionada con la pureza de sus materiales con la correcta estruc cristalina. El de las dislocaciones las prácticam te es debido a su es menor que la extensión ID dia de las el aumento la resistencia ro

167 bruscamente

debido a la

de

Ul:.''-'-J.L''u.~

se obtienen también de materiales no metálicos óxido de silicio SiOz, carburo de silicio mt~Canl(:a es aún la de las metálicas 22). l",,'c;",",'~"'A mecánica un 50-60 % de la teórica. el técnico de los filiformes es dificultoso por as dimensiones. gundo camino es de más perspectiva para tender al aumento del heterogeneidad y número de heterogeneidades. La etate camino son la aleación y el tratamiento térmico, efecto dor en se reduce a aumentar la densidad de las UH:J'AV .... (A

ulteriores éxitos en la creación de aceros on que en aceros aleados de múltiples cmnponell1ces ido total pequeño de adiciones de aleación) duenfriamiento desde la temperatura de transformación de la austenideterminado intervalo de temperaturas (450-550 no se observa tegración de la austenita, acompañada de la formación de mezclas ferrito-cementíticas. Por consiguiente, en este intervalo de tempeel acero queda un tiempo ilimitado en estado plástico; éste puede ,estamparse y laminarse. puso principio al procedimíento termomecánica de tratamiento esenta la combinación de los procesos de tratamiento térmico y 'ación plástica. síntesis las consideracio<:rt kgf/mm 2 plementarias constituyen incipio del procedimiento 1.400 Qmecánico que la .nación de los procesos tér1.200 y de deformación plástica, a sido el fundamento para er aceros de muy alta resis1.000 El desarrollo de estos procepuede se reitera, re la base estabilizado de

\

800

\,

600

\

\

400

\

~

"-

200

21. Resistencia mecánica de las de hierro en función del dIame:tro

o

4

,, 8

r---12

-16

IJ

".nT""''T'AC'

TE:RMICC)S DE

la austenita, es d en un intervalo, do 5.00 no se observan su 4.80 sintegracíón, aeo ñada de la forma 4AO de mezclas sólida ferrita-cementita 4.00 este intervalo de 3.60 peratura, el acero manece un ci tiempo en estado tico, en virtud cual puede ser D Fe do, estampado, r nado, etcétera. aplicación de los mos se circunscri dos zonas que ca ponden a trata tos termomeeáni Cu Al baja tempera (TTBT) y a tr miento termome ca de alta temper ra (TTAT). El tratamie FIG. 22. Resistencia mecánica teórica de los materiales (rectángulos blancos), resistencia mecánica de las termomeeánico de (rectángulos grisados) resistencia mecánica j a temperatura real (rectángulos efectúa, tal com indica en la figur a, mediante el calentamiento a elevada temperatura, por ejemplo 9 1.000 oC, seguido de tUl enfriamiento rápido entre 450 y 550 oC y d mediato se practica la deformación plástica a la citada temperatura, un grado de deformación, como se ha dicho, de hasta un 90 a e nuación del cual el acero se templa y reviene según el caso entre 2 400 oC. Los aceros susceptibles de tJ este tratamiento, dentro del i valo tienen la conlposición: ot kgf/mm 2

e = 0,410,6 Los valores dos dentro de: O"t

= 320/350

este tratamiento

== 280/300

......

0=8/12

_._-_._-_._---------

169

Austenita

(e) Austenita

(e)

(d) Austenita

Austenita

Austenita

(f) Austenita

~ Troostita

(g)

(h)

(i)

FIG. 23. Esouernlas del tratamiento termomecánico (en los rh~HTr~rrHH¡ de de,Sul.tegr:aClon isotérmica de la austenita: tplnnler:atllral-tlerr:lDO

170 Como se puede las magnitudeD obtenidas más que las obtenidas en aceros aleados de alta El aumento obtenido está condicionado en gran medida al grad alteración de la estructura cristalina como consecuencia de la defo ción semiplástica, acompañada de un afino de los bloques cristalinos 5 veces en relación con las magnitudes de los bloques en el tratami térmico clásico). El tratamiento TTBT tiene sus limitaciones, es decir no es gene zable por las siguientes razones: 1) Las

así tratadas no pueden someterse a la acción de te raturas dado en el calentamiento la: sistencia mecánica IAfY"""''''''''

2) No es posible aplicar soldadura a

sometidas a TTBT.

3) En piezas de configuración complejas, el resultado no es pleno, do qué no se puede asegurar igual grado de deformación y pr dades del acero, en todos los sectores de las mis 4)

El esfuerzo necesario para la deformación del acero en estado miplástíco, es muy considerable.

Algunos de los inconvenientes mencionados en particular en 4) se mina con el tratamiento termomecánico a alta temperatura (TTAT), ra 23 b, en virtud de que la deformación se realiza entre 800 y 900 oC una proporción comprendida entre el 20 y 30 %. Concluida la acción cánica el material se templa y reviene según los requerimientos del pudiéndose efectuar, dado el caso, el temple bainítico, figura 23 c. La tensión de rotura resulta menor, llegando hasta 220/280 kgflm a la vez que aumenta la plasticidad y resiliencia, disminuyendo la se bilidad del acero a la concentración de tensiones. Es factible realizar la combinación de TTAT y TTBT, figura 24 d, lo que se logra un aumento entre el 15 y 20 % de la tensión de rotura. Otra variante del procedimiento estriba en el endurecimiento por e vejecimiento por deformación de la martensita, figura 24 e, donde aplica en primer término el temple y revenido entre 250 y 400 oC, y lu de deformado en frío, en un grado comprendido entre el 1 y 3 segu durante 1 a 2 horas, a una temperatura inferio de un 100 oC a de revenido. La tensión de rotura aumenta hasta 200/2 kgflmm 2 . El tratamiento de deformación por tracción, t sión, estampado, laminado, etcétera. En la deformación se realiza apillC¡;mdlO reproducen las de En por p.1Pmrl!O se obtiene aplicando elevada interna con miento.

DE

DIAGRAMAS

Definición "martempering" es un tratamiento térmico que consiste en calentar siderúrgico a la temperatura de temple, para luego sumergirlo un medio (baño de sales) de enfriamiento que se encuentra a una tematura por encima de Ms y mantenerlo en esas condiciones durante un mpo suficiente para igualar la temperatura en toda la masa del metal y b enfriarlo al aire a ambiente, 24. ""...r\I111f'T.H

Microeonstituyentes: martensita revenida ese. leg. de tiempo

8.2. Factores del "martempering" Entre los factores que deben tenerse tratamiento cabe citar a: Composición química del producto. b) Temperatura de calentamiento. e) del conocimiento d) Tamaño de grano. e) Conocimiento del punto Ms.

YYI",¡:;u;uu'If°c>

al realizar es-

de la curva TTT.

D

del tiempo de mantenimiento sobre Ms para la formación de bainita. Dimensiones de la pieza. h) Condiciones de enfriamiento final.

8.3. Objetos del ~m,arte"nplerl,nJ! El

tiene como objetivos: Producir una estructura de temple desde una telTIPier,atllra baja que en el temple directo. Menores cambios volumétricos debido a la mayor austenita retenida. c) Menor de autorrevenido de la martensita. Menor de torceduras o deformac nes, que la martensítica se realiza simul neamente en toda la masa de la En el de que produjeran en muchos casos son de actu do e) que se fisuras o r..-r..... de tensiones internas. D nr\7't"1IÁn

El enfriamiento desde el estado austenítico hasta el baño de igu ción de sobre Ms, debe necesariamente que ser rápido p que curva de no corte a la nariz de la "8", dado que ocurrir este hecho se producirán transformaciones correspondientes a cha zona y ende toda la masa de la no tendrá el estado auste tico ser factible y efectivo este tratamiento. La de realizar el "..... e:,C3.1UIlaGlO SUSCE~pt;H)jleS de deformación ya se ha dicho) su enderezado .U'-........ ,Cll.""" ......... 'v.......,,'-' de retirada del baño de temple. La aplicación práctica de este tratamiento se ve limitada por la s ción de la pieza y tipo de acero, puesto que el medio de enfriamiento alcanzar la velocidad critica de temple cuando las dimension acero superan ciertos valores. En los aceros al el tro de la en un máximo cornpreJtldlldo aleados entre 20 a 30 mm. Los medios de baños de telnp4~:ra.tUlras entre 150 y 500 oC estar constituidos por: 55 o baños alcalinos: 20 % NaHO y 80 % KüH. Pa VeJlOCm3lU de enfriamiento es conveniente que JLL¡JJLv

casos, varia bastante al modificar en la tabla 6 dan valores para un ace

...... ¡;;, .... L H J U UU,Ql-C'1.1A,t:.Q.\.,IVLJ.,

con:

173

DE

TABLA

'H"'~"'''''''' de

austenizacián 229 oC

850 oC 925 oC 1.035 oC

151°C 107 oC

Este tratamiento que no utilizado con fin de deformaciones fisuras encuentra un campo de en VUJ.J.J.VLl, etcétera.

un tratamiento térmico la tell[lTH~ratUl~a v~;JU,..H'c; 1'"r. ." " ,.... " ,

de sales a la tmTIUler:atllra en esas condiciones durante un de bainita inferior un ambiente para obtener la

de enfriamiento

T2 Ms .......-----:.

Mf I - - - - - - - - - - - J . , , - - - . . . . : : : ¡ <

9.2. Factores del

--m~ar·alA~er.tCfUll~2

Diversos son los factores que deben tenerse rn"c''''OlnTo este tratamiento a saber: a) Composición del acero. b) de austenización. c) de conocer """"-'U'..:::'...''j''''VL.LVV d) Tamaño de grano. de Ms. Conocimiento de la f) Tiempo del período isotérmico al "v~UIJJl'-' final. Dimensiones de la h) Condiciones o de enfriamiento finaL

......... ',. ...r ".. '1....

9.3. Objetos del

-m~af'alJ~ell~CIl~I,nl!

El

tiene por finalidad: Producir un endurecimiento muy considerable del acero. b) Obtener un de bainita inferior y c) La de bainita inferior reduce los de deform nes, torceduras y fisuras por tratarse de un menos ené d) Las antes son menos factibles de pre tarse en virtud de la baja de temple. Este tratamiento térmico es susceptible y conveniente de aph cuando el metal no requiere su máxima dureza para eliminar o red la posibilidad de las anormalidades de de prod por la conformación de la pieza que se trata.

10.. 10.1. Definición "' .......'w·u v, ""'· es un tratamiento mecánico de endurecimiento que en realizar un trabajo pequeño de deformaci !..HCli:1iJ.l .... a en frío sobre el acero de alta con oC'v·..... ' n r . ' ..'" con cual se un incremento complementario de dureza zona tratada. No obstante que la martensita es un estructural ni poco la deformación del 3 a 5 % es suficiente para grar un endurecimiento 10 al 20 %. El proceso se en tres a saber: Temple del acero para obtener en la ",,,,,,,-,,,,.1-,,.., la estructura martensítica. b) Deformación del metal en frío entre el 3 y 5 c) Revenido o a

175

es un tratamiento termomecánico que en la de alta resistencia y que consiste en coordinar alternados de y en fundido de deformaciones del del alambre las dimensiones y caracmecánicas deseadas.

Práctica del "patenting" proceso consiste en calentar el alambre hasta una temperatura al punto crítico A3 la austenización completa) y rápidamente en un de plomo o sales fundidas que se enentra a una temperatura por debajo del punto crítico inferior; a contiación se trefila el metal y se repite este ciclo cuantas veces se conside-,..."..,"', ........ " para el objetivo deseado. Uno de los procesos utilizados consiste en hacer pasar el a12tmlJre vés de un horno tubular se encuentra a una temperatura de 80 a oC sobre el punto critico y después sumergiéndolo en un '-o de plomo que se encuentra alrededor de 550 durante un tiempo ficiente corno para provocar un endurecimiento isotérmico. En la 26 ha una realizar " , Las estructuras finas que se en de temple en plomo o sales fundidas están constituidas por sorbita, troostita o baiLa sorbita es la más apropiada, dada su gran tenacidad y capacidad deformación plástica. Se caracteriza esta estructura por un grano fino por la distribución y uniformidad de los carburos finamente divididos una matriz Tü"''''''TH'''' Tal como se ha este ciclo se va a memala que se reduce el diámetro del alamhre. Los aceros utilizados a contenidos de carbono inferiores a 0,90 decir aceros al en se "1""

Horno tubular de continuo

";::¡I",nt;:¡mi,,,ntn

tabla lJa;:'la~laó:'J

tanto el bruto de lam' continuo y enfriado en

TABLA

Alambre o

laminacíón

Alambre o

100 11,90 9,08

20 16 14

2,60 Alambre varilla

21,30

177

es un tratamiento de que consiste en el la mariensita aleada en los aceros de conteniEste acero fue desarrollado por a rt,.,rtT\(yrf>lOT'lOQ elevadas de para un material de re~nst;enCla y la mismo de gran y ductilidad.

la mariensita resulta blanda a 15 deltonmaClon en frío. en'veJ eClml en1;o o revenido t-n.."n .... ' .......... y·... de entre 450pelnnanelllc:m comprendido entre 3 y 4 horas. Luego del la tensión de rotura alcanza entre 210/250 mm 2 (con una relación de I O"t 1, la mariensita final a dureza de hasta 50 cierta ( (5 tenacidad (p =8112 El endurecimiento ve t~'.rrrr'O{'1Inll pn~tere][1tE~mlenlte ~U!.U~'UC;'::>liL''::> intermetálicos tipo notar las notables características te(:nOlO~:JCéLS "'-'A.HtJjl'-'

1

1

i-. .

por 10 t::lnto

178

f)

....... .II,J1 .......,'I,A..lI. ..........., ........., .......

"'..,JIl,........ ...,pOT

......, ......,...., ...........

J.. ..." ......

de un campo magnético con el tratamiento termomecá COInpleuaeruano mediante aplllcalClO'n

durelCIlnH~nl:o

de aceros de bajo

vv,-,u.""uu.·v",<""~ consiste

en deformar 5 a 6 de carga, a la longitud "v relativo. El hasta la n",,, ......., ....

en-

Capítulo VI

ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL POR TEMPLE

Consideraciones generales

STURLA

"".J~.U.'V.• V~L

que satisface la mayan

b) Estructura. c) Ductilidad. Dureza.

a las que están sometidas frotantes. Lubricante. e) Atmósferas más o menos que circunda a las O"nA1F"T'" V~L~LL~~O, etcétera. f) Estado de las fratantes. c)

¡'C rel="nofollow">1'Y1ln.OT"<:l>rll ... '],,,

183

directaelevado r>rn............ "'.....¿;:'AoU.... v ..... '"'V

al

rlru'rr.-.e

.... ..,.'''r......

Endurecimiento superficial

de los aceros de tres trata-

metales

La modificación de la puede entre por ~At-, ~A"~ Modificación de la por lVl()(1lllcaCllon fisica mediante deformación de los cristales por un mecáÍüco en frío. I"c;JJLJIJJc;.

f'T'!;¡n!:l"ln

e)

más elementos mentación. d) Modificación por duro.

o ln(:OrlOQI'aCJLÓn

H • • •..... r< •

2.a. Modificación de la estructura Mediante un calentamiento selectivo o ~

~

rayo critico

LV"-'U.U.LJU'UV,

~n~a

hasta una teJllOler:attlra de un enfri~iento

..+. , •• n i

de un metal

E.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

0,18

0,16

0,14 -;::::-

!Z! o (f) \ti a. e

0,12

"U

'E

,\ti

a..

0,10 Acero normalizado

0,08 Acero templado

0,06

o

0,2 0,4

0,6

1,5 %C

FIG. 1. vesg,ast;e de los aceros en función del contenido de carbono y del tratamiento térmico.

Uq"UIOlo

o inmersión total en un baño de temple, un espesor del En figura 2 se indican los valores de dureza en fun del contenido de carbono. l"IPt1"crl:>l"~.nt·¡;;)

2. b. Modificación física por deformación en

La plástica en frío, se realiza en su ma parte proyección por aire comprimido o fuerza centrifuga, de fundición o en pi esferitas de acero templadas o zas de revolución por rodadura-fricción de otra metálica o herramienta. ..........'''''''t:.C''n se también con el de mejorar aún más el sobre templadas o cementadas y te inverso no se realizar a que .I..I.&.au,ao para tratamientos en frío. Ul.J.

H

Aceros al carbono templados en agua 700 600 500

400 300 200

2. Aceros al l"!:lT'OorlO

100

recocidos y

°

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

%C

3 se ha representado la variación de los valores de algumecánicas, para un acero de medio carbono en funde deformación en frío partiendo de un acero recocido. En de revolución, tal como se se suele imprimir de una deformación en frío mediante la

C"IJC''-.lac.l,

una cementación por la deforom:leILe muy ele-

2.d. Aporlt; de un metal duro "' ..... IJ""., JlH.,.l'.U

de un metal

se

realizar mediante

Colada. aelPosna fundido por medio de un arco eléctrico o El metal duro oxiacetilénica.

100

en

Dureza Brinell

240

/

220 70

P

210 20

15

//

90

80

30

200,

190

60

50

180 10

40 70

5 160

30

:---

I

/

/

/

/ ....--

/

/

V / ¡y V \/

~J

i/

~

t '" ------------- --r---

~ .......

8%

r---

r--

p

O

O

20

O 10 Deformación

20

30

40

60

de acuerdo con la fórmula

S-s S

El metal duro, en forma de hilo, se donde se funde llama ta con un chorro de

UhJLU .... CO ..d.JCOJU,'-,:L,

El

50

70

1-.....-

I

187

eanz,aClon de un depósito electrolítico de cromo, sobre una rectificada, se espesores de centésimas a de milímetro de gran dureza. L -'''-'

Ut:7\.UL,lU.U

a tratar. . . . unrtn..... sufrir las como consecuencia del o de los tratamientos. Costo del proceso o tratamiento. Posibilidad de automatización del proceso y volumen o cantidad de a tratar UE~lOJrmaC'lOrLes que

el caso tanto del cromado electrolítico corno la las ser prIDtE:g1ldas, mientras que en no deben tratar tienen temlHe selectivo sólo se endurecen necedel total del acero, un decir que las deformaciones

"'ULH:OLJllJU,

vista

tiene un número consideracomo de ....,..'.. rh'"

188

a

b --- -_. -

-------

e I 1.500 « ,. ¡.+-------..&.---------;+-+

130 1

I

4. Elección de proceso de endurecimiento superficiaL

FIC.

de los métodos de ..,"".."' "'u, "' ,"'''', eléctrica y endurecimiento den ser total o automatizados. ....... F-

"'u

.......'UlU .. ,.., .. V ....

La de un ciclo automático de calentamiento y de tr ferencia permite que el tratamiento de cada pieza sea idén con lo cual se eliminan los errores del factor h no y del azar. De esta manera existe una de produc y una reducción muy de rel;H<:llZU,~.

4.. Temple superficial 4.1. Definición El temple ,,,"nn-r"h es un tratamiento térmico que consiste e lentar ..... .n".~1t"'_ ....... selectiva de un producto sideru durante muy breve "'''''''''''1,,",'', encima del punto tico para por un ITa por inmersión e baño de

SUPERF'ICIAL POR TEMPLE

tener ñnlM1"t:,,....r·,,,

de los

del producto

nt"not-"lTno

para mepara

la resistencia a la

el límite de fatiga pao flexo-torsión, es-

Tn...·cnrln

Factores del temple superficial sea el medio de calenfactores del to son: COJmpOSIClOn química del producto ",,,"'ln...,,,"I"'....... estructural del a telnPlar Temperatura de calentamiento. Duración del calentamiento. Velocidad de enfriamiento. \'vl"U¡JJlv

",-,LJV

Referencias generales.. Principio En el temple superficial selectivo, en virtud de la breve duración del el calor no tiene tiempo de avanzar en profundidad, por solamente un espesor de capa determinado se encuentra en endurecer. De acuerdo con los requerimientos de la puede ocurrir el metal se encuentre recocido, o templado reuna por lo tanto la capa endurecida teIJls1t;lC~l) estará vinculada a una estructura o sorbítica, con un espesor de transición modificado del calentamiento que ha llegado al punto inferior de razón por la cual la reSlSlGenCla y límite elástico del mismo serán algo menores al del metal base. En la figura 5 se observa la modificación que se produce en la zona de transición sobre un acero templado revenido, por efecto de la ratura de calentamiento que ha del la pn~SenC]la esta zona blanda o recocida no tiene prácticamente la 6 se indica la variación de las terlS1()nE!S en profundidad zonas sometidas a esfuerzos de luego del por alta la capa se encuentra soUll::\,lUoi::1 a lo cual es mientras que la el núcleo está traccionada. c:J.,"v,"L"'''LU'''-'LJ'''V,

U-l-li:UF,'u.-l'-"-l-l"''-',

TUT'nT""'_

"<:O-lJl-l¡JJ.'C

Acero tratado (templado y revenido)

Acero recocido

o Distancia

la superlicia templada

dC Temperatura

Eje del cilindro

H Dureza

4)

o

x

191

de manera que la contracción en esta zona incOInp:reSlorles en la capa marcuando se desea obtener que mismo un nlYrf'1¡pn1'f\ r total de la con una dureza aporte de calor debe ser tal que en en un esor de la una que el del metal. Este aporte de calor que puede hacerse por inmersión en un baño de laser, o plomo fundido, por llama oxiacetilénica, inducción da lugar a que en la periferia, hasta una profundidad, la temperatura pere el valor de AC3, es decir produzca rápidamente la puesta en solución 1 en el hierro Una zona intennedia o de transición ad+fl1l'n ....o.,.."',t-",.. entre es decir, se soluciones sólidas nO'rnlltt: rel="nofollow">n por adquirir durezas decrepe]"1IljmE~ceJ~á con el valor del material base. las esquematizado un acero con 0,45 % +-,........ 11'",.,""',.,+·.,'..00 alcan:zaclas en el sobre el ,...'''.n-r··..lTT''·'' y la TY""':lI"t"JI"!l

AV'--""'"'-'..U,",d,H,"'"

<::lO

la

eluu~Lvv.

del el espesor estará COIlstJltUI(10 la zona de transición por troostita y si el matees o martensita y sorbita si el acero ha sido ternp:ladlo y revenido. ......<'... r1aa velocidades de calentamiento que se ot>4lJ.elneJl, y lo tanto se muy exterior el que se masa una transformación sin de aUf~te]mta residual aceros al carbono. Por el efecto mencionado la martensita más más y de dureza a la se UULleIJle en la de estructura pero más grosera por tem8. T\,..t:UrI·:J_

192

E.

Dureza Brinell

Superficie

- ---¡¡-I-iJjiiiai.. iiT-lona templada

lona metal base recocida

Durezas correspondientes

%C

0,45 Diagrama hierro-carbono

FrG. 7. Distribución en prlO1l1n(ndlaa de la dureza en función de la temperatura.

8' observan los valores de la en ..,"'...... IUllClon de la del Los espesores e el método de varían desde a 15 uso un espesor endurecido de estructura comprendido entre 1 y mm suficiente.

"'LV.U

t-nlnL"í+tr,..,

II

FIG. 8. Dureza

Cl1l'n.al"'h ....

obtenida

Tenor de 0,2

l)por ID por de oe()u€mo

«

d<:U'lDC!nr

700 L

193

TEMPLE

IfrR:ECIMllENfTO SUPERFICIAL

--+_-==:=;====-+--.... segundos

__-+

+-__ 4

2

8

20

40

Duración de la puesta en solución del carbono.

8'. Puesta en solución del

e en función de la temperatura y del tiempo.

La figura 9 muestra cómo una probeta flexionada de acero ,al cromoaumenta su resistencia a la flexión a medida que el espesor de la endurecida es mayor; en un comienzo el incremento de la resistenes pequeño, pero luego crece en forma pronunciada.

30

25C% Ni% Cr%

c.:

¡,... c.:

Q)

20

Temple Rev.

tU

E

'x 'tU

E tU rn ~

o

Id

15-

(jt

I

1,8

= 1,0 = 850°C 600

='. 100 kg/mm 2

1 I I

10-

1 I I I

5O 1 l"IG.

0,30

2 3

4

I 5

10

15 Espesor endurecido en

mm

9. Influencia del espesor endurecido sobre las características de flexión.

10

O I 10 4

1

1 N° de ciclos que produce la rotura

10. Resistencia la L 200 mm con entalladura 120 ro: Groverl. 1"IG.

0 ,

de 6 mm de pn)1unUlua.u

1

Espesor endurecido 5 mm

Fuerzas en el 70 56

'nY/r~n'/.

:3 mm

260,000 9.650.000 230.000 10.000.000 17.000 50.000 1.600.000

10'.

ua''''''-'U'-'J'U

del endurecimiento

la reí'Hst:enCla

195 el ~, ~",-+, cuando encuentra correctamente uDlcalao las zonas más solicitadas y sus aayacellClas. 11 se que en la 11c la ¡:a"'y,u,v.'" en una zona sometida a de tralCClÓn. de igual carácter que existen en el área en producir un descenso pronunciado del límite de fatiga. límite de aumenta un 50 % o bien se reduce un 10 posición de la zona endurecida, con relación al fondo de la entalladura. ",,;aUlJlC;

••

"<,U..L"'-'U,

1:;:;;::;,[u"Ao.4"'-''''

a

•-

Acero aleado al Cr Ni T: 850 oC Rev. crt 90 kg/mm 2 Sin tratamiento: f 22 kg/mm 2

b desplazado sobre mm 18 kg/mm 2

e en tensión.

. Métodos de temple superficial El uede a) b) c) d) e) f)

breve para realizar el temple superficial, por procesos de de calor: en un baño de sales fundidas o plomo fundido. Llama OXlacetllÉ~nlca. Corrientes eléctricas inducidas. Por acción de un a efecto de cátodo. Por rayos laser. Bombardeo electrónico.

6.a. Calentalniento por inmersión Cuando una más bien de acero o fundise introduce en un baño metálico fundido o de sales calena una por encima del de tnmstor'm,lCH)n, el calentamiento local rá-

196

ANTONIOE.

pido, como para obtener por enfriamiento posterior, un endurecimien selectivo, sin que el núcleo de la pieza se caliente sensiblemente. Luego de ser introducida la p'ieza en el baño de sales fundidas, se c de una delgada capa que al quedar adherida a la misma, la aísla d resto del baño, por consiguiente es que para reducir o abrevi esta etapa, el líquido se encuentre a una temperatura mucho más elev que la adoptada para el temple. Si la temperatura del baño es muy pro roa a la de temple, no es posible realizar el calentamiento superficial. esta respecto juegan un papel muy importante, además de la tempera ra, el grado de agitación del baño, su capacidad calorífica, la conducti dad térmica de la sal o metal, la masa o dimensiones de la etcéte En general este método o sistema de calentamiento es utilizable p piezas de revolución, árboles, engranajes, que requieren templar so mente los dientes, piezas voluminosas, etc. La deformación es muy En fabricaciones de perfiles o secciones variables no es aplic este tipo de calentamiento. Este método de temple no requiere inst ción especial, es susceptible de realizar en un corriente laboratorio temple. Mediante artificios se pueden proteger aquellas partes de la za que no deben endurecerse. En la figura 12, se ha representado el espesor endurecido de dondo de acero al carbono con 0,45 % de carbono, de 25 mm de diám sumergido SO, 40 Y45 segundos respectivamente, en un baño de clo fundidos a 1.000 oC y luego templado. En la tabla 2 se indica cómo varía el tiempo· de inmersión con la peratura del baño de sales de un redondo de 48 mm de diámetro, p una profundidad de tres milímetros. TABLA

Temperatura del baño oC

900

950

Tiempo de inmersión en segundos

130

80

2

1.000

65

1.100

1.200

45

38

síntesis el tiempo de inmersi6n, si bien es breve, pocos segun depende de la composición química del metal, de la temperatura del de calentamiento, de la profundidad a endurecer, de las dimension estado superficial de la pieza. la temperatura del baño d Como referencia práctica, en ser superior en 100 oC a la del temple del acero. Se utilizan como ID de calentamiento, baños de sales. neutras, metales o aleaciones me fundidas. El plomo en raz6n de su volatilidad y toxicidad de sus vap no se utiliza para muy elevadas. no se una regla se elegir elevada teIl[lperatura de

197

ECIMIENTO SUPERFICIAL POR TEMPLE

3 1 l " + - - - - - - : - - - - - - - : - - - - - ; - - - -. .

inmersión y para los de mayor tamaño que una más baja e inmersión más prlJlOngaaas.

El calentamiento para el temple del nrIJU1.lct;o ,r.rt",-rll ... debe ser realizarse con el Es evitadas estas no puede sino que tiene que y definen los a punto, son de en mismo. Es necesario que la uniformidad del calentamiento enfriamiento, se mant€m~:an CQJ[1st;aIlltes. dado que una modificación de distancia de la o enfriador de modificará la .... n'nn'r... e influirá en la de la capa onri",.o,,..,I1'<:> realización del temple por con la dimensiones de las En la forma los dos me:to
n r n r.....

Calentamiento de toda la a endurecer. Enfriamiento brusco selectivo de la calentada.

Si de re'vOJUCIÓI1. tal como se en la tanto mientras las calienta como cu las medio de chorros o lluvia de a está un rociador selmllClrcuJlar Las de rotación de las son del orden mm/min las velocidades de traslación o avance de a 400 mm/mino La llama y la lluvia del agua, utilizados pr:Él.ct,lc2lffilen1:e zarse en la forma y dimensiones a En la 14, se ha rel)re'Se][ltald.o de acero al Crl)IDlO-ffiC)ll!)dlenl[), en función del 1V.1C;lU~'V el prlJCE~dlJmllen1to '-4Vl.l""'''''"3

0J.F,.U.UJJ.J.'L"V

Pieza a templar

Lluvia

FIG.

13.

general instantán una de "O~T"¡"'''''.

--- Enfriamiento

(temple

rotativo).

E

g

(ij

S c:

'O

'0

12

Q5 c: Q)

10

~

FlG.14. Penetración obtenida en d redondos de ~

a.

45mmY0=

90 mm en fun del de una misma II Acero:

o L..---+.....:::.-+-----lf---.+---4----.seg 10

20

30

40

50

Cuando las a tratar son .-_~ _ exceda de alrededor de 100 el calentamiento miento del dardo calefactor o de la

c=

Cr= 1

Mo=

%.

la distancia del dardo a la ,,",n,y,,-t-. de tener en cuenta. el calentamiento totalmente la

",--AjLA ..." ' "

'HllmOrO'1,n~

de bancadas de torno, por ejemplo, la está totalen El dardo de la llama desplaza el agua, calienCalentamiento

Enfriamiento

Parte templada

200

Enfriador

templar

FIG. 16.

LlCl'''¡UC;lua

CUH~"r~1

del

instantáneo puntuaL

Quemador Avance Chorro de temple Metal templado

FlG. 17.

6.c. Calentamiento por corrientes inducidas (Temple por inducción) el calerlta,m:Lerlto por corrientes inducidas riada frecuencia y de .... ~ ........ "~rH'c! de duración, se pueden endur por y medianas tanto en la interna del metal. el basa este método calentamiento corrientes inducidas en un conductor .... L'e;,U.lUL ...... o;;;;

LLVIJ

c!o,"" . .

" ' ....... 'V ....

IV"".U""

es

ESPECTRO DE FLUJOS MAGNETICOS

Bobina a espiras múltiples

Bobina espira única

se utiliza con un buen rendíEl tratamiento por inducción practicidad y automatismo para calentamiento de conductores cuando la relación es suficientemente grande: > 50 mismo de 100, siendo D de la a estas condiciones de realización el car afecta solamente a las capas del de inmediaadquieren elevadas No obstante lo teniendo te la buena térmica de los el calor se por conducción hacia el núcleo. Este del proceso, que ........ reducir la diferencia de temperatura de periferia al centro de pieza, se salva mediante calentamientos muy rápidos breves, seguidos de enfriamientos de lluvia de que no debe llesino un "'.. . gar a la cantidades de calor que en muy breve son de se proveer o (:tnll1nJ'~II::>nt·p a W con calentamiento por llama oxiacetiy 10 por el o con una atmósfera caliente. El calentamiento inducción es rápido, ...... 10.000 en muy U'-'J,F, .............. ,O:>. UtJi:ltJJlULla 1-' .... " .......

'Tu!l'"'

OU-Jl.......JL...." ' ' '..

JliUJI. ..,..Jl.UlV

causadas por la inversión a cad sentido del campo que ha de estas al variar sus polos una friccíón molecular interna que produce calor.. Siendo nación función del magnetismo del metal, al desaparecer mo en el punto de Curie (769 OC) se anula este efecto. dad el efecto de estas corrientes de Las inducídas por comentes Foucault, varían ... O'~lot-l... rlrf<}n del metal. Teniendo en cuenta la resistividad es más ambiente y que de acuerdo con la de una corriente por una resistencia el la de calor así d a "' ........... o'n1"o con el comienzo de la trans cíón. En la cantidad de calor en la tiene su máxima al estado pasar de alfa a gamma.

n{"\I<:II1I"'1'''''n,

"

.J

De esta manera mientras que con el calentamiento l.l.c.u, descenso de la hacía el núcleo se n ...' ...rf1' .... 0 de la 19 con riesgo de ....... r"·hl ........... solbn~ca,le]1tGlmlerlto del en el método de comentes induci OOleQ(~Ce a la curva 2, que se desvía desde el la ternp(~ratuI·a VAlOl\..,C; ....

sobrecalentamiento

Distancia a la periferia

1) Calentamiento con Calentamiento por alta frecuencia. 2)

elevada no tal como 20 a y 20 b, hace notar la de la esa del base a templar sobre la posición de los puntos crítifunción de la velocidad de calentamiento y de la profundidad o pedel La posición de los puntos críticos AC 1 y en virtud no se encuentran a la misma del de sino a temperaturas más acuerdo con el estado esMientras se realiza un proceso, la velocidad de calento no es constante; en efecto si se tiene en cuenta que la energía ta por las corrientes de Foucault es proporcional a ~ 2.1t.q>.p.ro dons la permeabilidad, p la resistividad y ro la frecuencia, se comprenue al modificarse las dos variables por la variará a. En la por ejemplo, se cómo la resistividad crece a lineal con la un cambio a 700 oC corno uencia del comienzo del carburo. 1',fTl1'1"<>O

AC3

1010

C Cr Mn Mo

%

0,2 %

910 810 710 _ 600

" - - - - - - . , . - - - - - : - - - - - , r - - -.......

Velocidad calent. °C/seg

. 20 (a). Posición de la zona de transformación en función de la velocidad de entamiento y del tratamiento previo.

necesario y conveniente tolas tensiones anormales duran-

mayor trascendencia COIlstltulye el control continuo la t-L:nnnap·:>t-" que mide directamente la TOl-nn,araTll'r<.:l

tratam un medio de trol del proces asegura una const la dureza del acero ~ado.Enla 22 eSl)Wernlatlzaldo una ins ción completa de te por inducción. El control de calid las se za midiendo de ser po la dureza al ciento por to de la producción. En el calentamiento lndluCICIÓlD.. el establecim '''''"'',,+-,;.''.,,<>

Diámetro 25 mm Templado revenido

Recocido Mn Cr Mo

De la frecuencia. b) Del de cale miento. c) De la densidad de potencia, conforme a las eX1DrE~SH)n(~S válidas para un mismo acero: (b). Influencia del estado inicial sobre del tratamiento por inducción

140 120 100

80 40 20

200

400

600

800

Pirómetro óptico

control

Regulación

de corriente

ON,·,orr.<>

de una instalación para temple por inducción con control de

tiempos de calentamiento constanla frecuencia aumenta. el€,CC110n de estos tres parálme'tnls no es de las diciones físicas en las el tratamiento ser realio. "Es evidente que el temple tiene que efectuarse en las miss condiciones, para que estas leyes sean verificadas. "El cálculo exacto de la profundidad del endurecimiento, en función estos tres hace intervenir la transmisión de calor entre la peferia y el centro de la Es de notar que el aumento de la dues del centro hacia la de la en razón de la inución de los efectos de temple en el sentido inverso. Esta articularidad permite una ligazón más íntima ené el centro la un factor suplementario de buena sistencia la dureza varia un entre el centro y la Estos \"a.J.J.u.::l.U~:;i:l de ser obtenido sobre toda la dl~lm:mtlve cuando

eSlpetmr a endurecer es, de acuerdo con la ""n ... n ......u''-'. es muy ..... .,c...u.ln" ..J'''v. es decir "'L¡;;;. ....

nV'r\'r,n,c,.Án

RUI1l1en¡;p.

206

más pnJIU.nao o bien D ro

D

t

por ~~ ... ~~'''''V. o duración del lentamiento en se~:unlaO¡S.

Potencia . . '-.rH'r...... ri'" 5 a 10 KW por pulgada cuadrada de supero En la tabla 3, debida a Chestnut, se han llevado los valores co pOll0J.ell'tes de en función de la el de é endurecido para el el acero por debajo por encima d punto de varía para este su En las 23 24 se han distintos o inductores. TABLA

PROFUNDIDAD DE PENETRACION CAl"CULADA 60

10.000

1.000

1!;SI)eS()r de capa endurecida (mm) Grafito Cobre a 20 oC Acero a 20 oC Acero a 1.000 Acero fundido

200

50

8

2 1

55 100

16 23

16 0,7 5

7

menor debe ser el pesor vale decir más elevada frecuencia. Por el contrario cuando deben calentarse secciones gruesas o pie hasta el como para conveniente utJ11l2:ar cuencias para un de ion........... "'... ,... io" ....... el núcleo. Mediante calentamiento intermitente con cuencia para que las calorías de r h t " ' .... on de un resultado similar al anterior. cantidad de calor suministrado uelPellUe ber: es al cuadrado de los a __ u'·'aI1~'''o a raíz cuadrada de la trE~clllenlCU1. mea hilidad y a un factor d~ lentamientos de tochos rU::l1~lnlrOl:;! a los 3.000 DUl~aE~n variar entre 3.000 r f "..

"''I"Y''T''\Cl'....

e

J~_ l: .: B

11

Tres modelos característicos de bobinas a eSPir~,múlciples llegada de agua

l±tl

FIG~ 24~

-.-"'''''....."

selectivo de torno.

de elevaC:lon y descenso

208 En de calell1CanUe]nto setenta milímetros de aUimetl cia de dos ciclos y un acoplamiento de do de una para un acero de 0,50 carbono. A medida potencia se requiere más tiempo de calentamiento p grar la misma En la 26 para el mismo árbol mismas condiciones experimentales, se indica la influencia de la c del tiempo de calentamiento sobre la profundidad de temple. La p didad endurecida para una misma penetración de dureza disminu la aplicada. Los tratamientos cos que pueden realizar Carga en kw selectivo son: temple, 1.000 cido. En la actualidad se 900 za el calentamiento in 800 para el ac oC durante 30 a4 1.050 0,5 700 en un medio cap 600 carbono (cerri ción) y en dicho ti un espesor de capa de al dor de 0,8 mm. En la figura 27 se quematizado un ciclo co to de temple y re do de una barra, est 5 COIlst:ltulda la instalació '--(S_eg_)--' una bobina para lizar el calentamiento pa FIG. 25. Influencia de la potencia y del tiempo una lluvia o ap de calentamiento sobre la temperatura superque enfrí ficial un árbol determinado. Arbol: 0 = 70 antes calentada; mm; 30 mm; free.: 2.000 Hz salida una se da que calienta a menor para realizar i"eveni El recocido puede aplicarse, como se ha en la fi cuando se ha realizado por ejemplo, un en frío o e liente del metal. Se puede a la salida recocer una lámina, cuando ha en frío por dos cilindros. En este caso debe tenerse DflBS(:mt:e la velocidad de avance En el caso del virtud de las condiciones de ""_"'. "'..... ~ estén endurecidos para ... nc',C'~,,,, roturas por

r."'·...... r'n

}

f - . " ' " . ., ' , ,

uv.JU.LU.

209

Tiempos de calentamiento

30

(seg)

10 E E tU u ·ü ~

:::l

u e

10 8

llJ

u tU u 13 e

.2

e Cl.

6 4

50

100

150

Anillo de temple (lluvia de agua)

FIG.28. esquelualClca de un ciclo de defonnación y

200 Potencia en Kw

L-

-----'

FIG. 29. Localización zona de en se Ay B: Zona concentración del e D: Zona de triaxiales ABeD: .... n ....a ..~',...ta rotura.

a)

1\

(sobre un acero duro). Fragilidad g-enlen:ll. de rotura en B. 3.

correctamente

b)

Zona endurecida

Zona blanda (calentada no templada) con tensiones de tracción

7.

FIG. 30 (a) y (b). Tratamient racional de dientes d enl;rana.lieS, plflon.es, etcéter

calentamiento Los

das son: 7.1. Generador de

'l,;/""~j[JU

5

50 KW

frecuencias

rendimiento

alrededor

211

RECIMIENTO SUPERFICLL\L POR TEMPLE

de 3.000 a 10.000 ,...~.'''-LLvL.... varia desde 5 KW pe]rlet,ra(~lOlrleS de

vaa 5 mm.

con circulación de el enfriamiento final en un baño de melUCClOn pre~;eI1lta las ven..,.otT1a·o·r!~rlr\Q

""-U.'>'''''L·''''.

Gran rapidez de eJeCUC:;lOlrl. LOiCa!lZ3lClcm simple del calentamierito. Mejora notable en la calidad de los metales tr¿::ltaC1O:S; libre de oxidación y mayor resistencia a sión. y resistencia al de:sg¿::lSVe. d) Mejora considerable del límite de e) Ausencia de o; posibilidad de realizarlo en atmósfera controlada. n Obtención de (10.000 Mínimo de deformación. h) del que realizar una en un proceso seriado de tratamiento. i) realización del de un ciclo com01........0..-1.... " . ' ...

j)

....." .....L.L ............. '>'CA"".L'J'>',",

k)

de de

7.4. Calentamiento en baño electrolítico, efecto de cátod

El principio de este método de calentamiento, se basa en un fe físico llamado "efecto de cátodo". El proceso consiste en lo siguiente za a tratar que sirve de cátodo se sumerge en el electrolito hasta la didad requerida para endurecer, figura 31; el baño hace de ánodo. electrolítico está constituido por una solución acuosa de carbonato d (5 a 10 %) o carbonato de potasio, a través del cual pasa, al cerrars cuita, una corriente continua de 200 a 300 VoUs y de una densida mente 3 a 5 ampere/cm 2 . Alrededor del cátodo (pieza) se forma un da camisa o capa de burbujas de hidrógeno, con una alta resi eléctrica, lo que conduce a elevar, en forma muy rápida (algunos se considerablemente la temperatura superficial del cátodo (alrede 2.000 OC). Al interrumpir de inmediato la corriente (abrir el circuito) za templa por el enfriamiento que produce el mismo líquido del electr Este proceso presenta la gran ventaja de ser simple, rápido y p una automatización completa, lo que facilita su aplicación a proce masa. Como se puede observar en la tabla 4, el contenido de carbono no de en general de 0,60 dado que un supuesto porcentaje como eu de conduciría una distribución de dureza como se indica en la figura 3 En el supue~to de un acero de alto carbono se produce una brusca de la dureza, como consecuencia de que no existe en el diagr Fe-e, figura 33, un rango intermedio de temperatura en la zona det sición como para permitir un espesor parcialmente endurecido, que duciría un respaldo considerable y vínculo de unión a la capa endure superficiahnente. Uno de los recursos utilizados para lograr una mayor penetrac consiste en precalentar la antes del temple. Este calentamie puede realizarse con el mismo soplete de temple. Ahora bien, dado qu soplete imprescindiblemente trabaja con ducha, se efectúa el avance O rotación de la pieza en sentido inverso, vale decir adelante va la duch a continuación el soplete. Si luego se practica el temple, se invierte el avance o el sentido de tación, actuando el soplete por adelante. El precalentamiento se suele efectuar a una temperatura en 250/300 de esta manera se logra una mayor penetración del cal que al practicar el calentamiento para el temple actúa aún ro' El medio refrigerante para aceros al carbono y de baja aleación es mientras que en los aceros aleados se puede utilizar emulsiones tlU~lLle¡:j. en virtud de que al producirse la transformación de las redes cúbicas de cuerpos centrados, el áto bicas de caras centradas en de carbono encuentra a raíz de la presencia de los átomos de los eleme tos aleantes una aún mayor para abandonar el centro del c bo, dado que tanto el átomo de hierro como también los otros compone hacen el camino hacia las caras de las redes muy difícil retardado.

213

Cátodo Pieza a tratar (cátodo)

Fuente de

energía Ir.------t-,..¡.-----.,.,I-

.:rl

Anodo

Electrolito

~S(1Uema

del método de ntamiento en baño electrolítico.

H

1

2

T,

Te

Profundidad

o

0,40

0,90

%C

FIG. 33. de acero al carbono con 0,40 medias de calentamiento. de temple de un acero al carbono con 0,9 sin zona intermedia.

alt:aC:IÓll, el hecho de encerrar el sinlplifi<:ado; en los aleados on.Clr"'lt'A ...o,,,,,,,(\h.·o el probleel aire o aire a ';:'UJ.H.. J.C;.l.lLIt;;

U-U.UA"""U

los aceros de mediana y alta aleaque los al carbono.

TABLA

4

CARACTERISTICAS DEL PRODUCTO SIDERURGICO COMPOSICION QUIMICA DE ACEROS, FUNDICIONES DE ACERO Y HIERROS FUNDIDOS MAB USADAS PARA TEMPLE SUPERFICIA TEMPERATURA DE TEMPLE. DUREZAS OBTENIDAS

0,3/0,8 0,3/0,5 0,33/0,34 0,38/0,44

880/820 840/820 830/810 820/800

0,3010,55 0,35/0,47

8501820

0,30/0,55

0,3/0,8

870/830 8801860

V 0,151020

0,3510,55 0,35/0,40

0,811,1 0,511,1

0,1510,25 0,6514,0

0,35/0,55

860/820 8501900 8501820

1.0301980

0,2010,40

14

0,3010,50 0,35/0,40

0,411,4 0,311,5

0,510,80

880/820

cC.mm: 0,40

0,811,2

0,2/0,6

880/820

0,&'0,8

0,110,9

880/820

V =0,1510,30 0,HY3,5

0,2510,70

860/820

ct:

2) Corazón blanco

Fundición aleada

0,2/0,4

no aleada

1,513,5

Fundición esferoidal

0,510,6

0,510,9

0,&'1,5

O,lWO,30

860/820

8601820 0,6511,9

860

No nh.C">1"r, .... lo dicho, es en todos los casos, car el un valor determinado de carbono tal como se en la tabla 3. Las de acero fundido deben ser sanas, decir exentas de arena etcétera. t-'T>

'vUJl .....' .. U

......... '

selectivo. Método inducción eléctrica. Tornillo tomo.

ANTONIO E. STURLA . TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACE

3

FIG. 35. Temple selecti Método de inducción eléctrica. Redondo o barra de acero. Zona 1: Templada (martensita). Zona 2: Zona de transición parcialmen endurecida. Zona 3: Estructura original no afectada el tratamiento.

Fra. 36. Temple selectivo. (Zonas de figura 35). Método de inducción eléctrica 1) Zona templada. Martensi 2) Zona de transición. 3) Zona no afectada por el tratamiento

9. Calentamiento superficial mediante rayo laser El tratamiento de temple superficial con rayo laser, constituye nueva alternativa de este medio de endurecimiento superficial selectiv Las características más peculiares de este tipo de calentamiento, pueden resumir con las siguientes expresiones: a) Distorsión muy poco sensible del acero tratado, en elevada concentración instantánea de aporte de calor.

x 550

FIG.38. selectivo. lUI::IAA.LU de índucción eléctrica (Zona 2). J(

550

troostita y ferrita.

e)

nec~esldald

del en-

218

En la 40 a) y b) están miento con rayo laser.

escluemaXlzaCl~is IJ'JOHJ,LJLlUU'"'"-'-'O

la lo del carbono en la x 550 tructura de comien del tratamiento, condición primordi FIG. 39. Zona no afectada ferrita para el temple que la aus nita sea hamogéne Sólo mediante una temperatura de austenización elevada co acelerada difusión, conduce a una estructura co aSl,mlSITW en de austenización a ternples homc)géneos, a una estructura de grano grueso sin dar bies. de rayos laser más comentas para el Uno de los térmico en es el a Con el fin de aumentar el de de la superfic metálica a la radiación infrarroja, se utiliza como revestimiento ant' flexido los o .. " ........ n ..... ·rno ~1~~nH:~nL08: a) uepof,lcllon por de ¡;.,.... Fosfatación mediante fosfato de e) Je¡:IOSlClon por de un barniz comercial a base u,u..

En la

41

han

gr~ln(~aalO los

v ...., .. v.

resultados obtenidos con los tr

219

Espejo oscilante

'Aoo'--_- (b)

Temple

C% = 0,40; MamganE~SO: Fósforo: P% = Cromo: Cr% Molibdeno: Mo% mediante un 'Q.,.I"\.(\n('\"

c;U1VIUU'V

Barniz acrílico ;) Grafito • Fosfato O Sin revestimiento

100 e 'o 'ü

(;

K%

80

In

.o Cll

Q)

-O Q)

60

e

FIG.41.

'ü

'to

40

ü

20

0,2

0,3

0,4

0.5

0,6

0,7

V (m/min)

Andamiento coeficiente d absorción función de la velocidad del tratamiento distintos revestimie reflexivos y sin revesti

a) Potencia del comprendida entre 0,2 y KW. b) Veloddad de avance: 0,7 m/min. c) El revestimiento utilizado: barniz acríhco. d) de la probeta en forma de disco: Diámetro = 70 mm Espesor = 15 mm La estructura de la zona templada está constituida por marte de grano fino, con una correspondencia de dureza del orden de 800 H La estructura del metal base es la que corresponde al constituy templado y revenido). En la figura 43 se han representado para los tres revestimiento profundidades o penetraciones en función de la velocid avance y con una potencia dellaser de 2,5 KW. El uso del grafito como revestimiento superficial, requiere ciertas providencias, en virtud de la posibilidad del enriquecimien perficial del carbono, que facilitaría la formación de austenita dando a una dureza menor de la esperada. En la figura 44 se han esquematizado las llamadas curvas, en ciclos muy breves que pueden alea Ir3leClOfles de En la citada figura se muestra el distinto U"~.A\AJ tal como se hiciera notar en su oportunidad, al eomien Ul..4"'''.U..4''OL.:::t

" ......

221

SUPERFICIAL

Potencia dellaser: Kw de incidencia: O" Vel,ocicjad de trabajo: 0,5 m/min

•

•

0,6

•

•

0,8 1,0 1,2 1,4 (mm) distancia a la superficie

42. Perfil de microdurezas de una ....,..,.. '"'"1-,, nto de barniz acnlico.

,,

con

con revesti-

(mm

11 Barniz acrílico •

1,6 1,4

1,0

43. Andamiento de la profundidad del acero templado en función de la velocidad del tratamiento con distintos revestimientos SUT:lerIIC12Ues t potenCia del FIG.

KW).

0,8 0,6

Fosfato Grafito

Velocidad de

calent;~miento

..e .300

Norm;lizado

.200 == 0,50 %

.100 .000 AC3

~

seg minutos Tiempo de calentamiento

1 minutos

selectivo del acero de acuerdo con su estructura de ~h,,,al"'U-::l

cómo los críticos Ac¡ son más elevadas. necesarias para la aust€mlZalClón nom.OQ'I~encuentra considerablemente a más altas temperaturas, partienestado normalizado, que del templado y revenido. La tendencia de es también válida como factor a tener en aun muy cortos. figura 45 se han trazado dos curvas penetración-dureza, coondientes al temple selectivo un calentamiento por inducción y por laser. '1 comportamiento de la distribución de dureza es dado que razón por la cual, lentamiento instantáneo con laser es más urva tiene un gradiente más abrupto que el realizado por inducción Vale decir que existe un menor o menos pronunciado decrecide la dureza hacia el núcleo, que en casos no favorece la adherencia de la capa endurecida. ,",,"""P1.U""LlU'JO

1.000

O'----

° 11--11 (J---.-!:J

-.L-

0,5

'--

1.0

-+1,5

Distancia desde la superficie, en mm

con laser. por inducción

FIG.45.

-'-2,0

...... 2,5

1 ,,~_,,"""n

induetivo

La dureza de común en horno. causas entre por Este efecto a menudo menCIOnan enfriamiento intenso Doble otro medio externo por la acción del ratura ambiente. Existencia tensiones de 1... .lI'-'CtUU

) Grano fino 1a estuctura martensítica. d) Menor tenor de austenita residual. de calentamiento elevada cía muy 2 50 obtención de grano muy fino. Desde el punto rle vista práctico el por alta frecuencia entre otras las

el condiciones de de las 111'-"..-''''' h l Un espeso?" tIe 1,5 a 3 mm es llU u

Ui:'l'::¡,;:'\ ,

como cilindros de laminación en

POR TEMPLE

el espesor endurecido estar entre 10 15 mm y en determinados casos aún mayor. En voluminosas o de formas COlnp'llcaaas. directamente el ternnlle ble entre de algunas de U€:splaz;ar la pieza mediante un ra suficientemente con el ,.... ",n,.,
"''VJ.'UpJl'V

Ü

j)

Este tratamiento se caracteriza por en el de "''''..".p......" en!!:n:m~lle:s. un espesor de uniforme en la zona tratada y evitar fisuras que suelen producirse. del inductivo austenita de la marlensita resultante muy fina. una granulometría de la periferia dentro del rango del tamaño N° 10 a 12, mientras que con el temple convencional con calentamiento en horno del N° 7 a 8. Si fuese necesario a continuación se con de los T'>?'.n."r'rh<...... 'oT'>
r"yrrnl1"'o

Temple atenuado: Este procedimiento consiste en miento muy como la de aire u otro

el medio de enfriacon agua, por un chorro

JlJlYU"'U'V

tiene per-

para cada tipo y UlI]fleIJlS o bobina y otros tipos de que a cuidadosamente la adopción del SIS¡;ero: Este tipo de tratamiento es seguro, conveniente para result CQ]flst;anxe:3, vale decir confiable, sobre todo p prIDQ1l1C(~1O][le:3, como por en escala. ",,,",o,,,,,,,-.1"n

1)

Capítulo VII

ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL POR ACCION MECANICA

ecanismo De acuerdo con s de machine, 3 a realizado J.u.,;;""'.·...... ica del que está de modificaciones insecas concernientes a la microestructura y a las modificaciones del nJunto relatIvo a las reparticIOnes de las tensIOnes. Los cambios son de dos tipos: a) Puramente los cristales son y rotos o quebrados. b) cuando hay evolución de las fases Dn~sentE~s un estado más estable. Es así que puede haber precipitación de un a partir de una solución sólida o tnmE¡IOlrmaCJLOn y ~ a, bajo la forma de martensita en el caso de los aceros. """JlU'",..... ""-'.

cuando la El endurecimento se en el "".... "'''1..-. o bien como consecuencia de una "' 'n... <]'ro~r.n El acero 1a 10 a 12 cuando se encuentra al estado austenítico completo, COllstítlJlye un caso clásico de endurecipor acción mecánica en servicio. La miento de naturaleza durante el del metal en carburos y el retorno al estado alfa produce una con endurecimiento COl1.SlaeJra y tensiones de en las capas sUlpelllclaies. cementadas Otro teInolaclas cOIlvEml~en1:enleIlte. tienen una aa~lPtacl,On

J.!lHeJ."'" '-'lH..J.'CA..

nrl.nrH'p"'IIT'1

de austenita residual que en por efecto de las Prl~Sll)nE~S en ciertos puntos de la se prod de la austenita con endurecimiento

cuando en la mediante el tensión

a,<JJ.U¡"'¡'J.Ol'U.V':>, '-'O'eYUl""... ,

Clasificación de los procedimientos de puesta en mpresión de los aceros En la tabla 1 se han incluido procesos de fmdnredrnifmt.o "'..."''''...'''".'''..... rmación plástica superficial, cementación, nitruración, carbonitrura, todos se por un afmado de la estructura y la de tensiones de compresión SU]pel:'11(:IaJles. Como expresión (regla), se puede que todo rn",r\f>t:lClrt e endurecimiento superficial desarrolla un estado de tensiones resión íavorable a condiciones en servicio (Pomey). Los regímenes óptimos de la deformación plástica endurecedora aún se han elaborado con suficiencia; éstos se establecen experimentalen caso separado. "Las superficies las piezas que trabajan a alta cargas es nesario mecanizadas con el máximo de pureza económ.icamente ac(;mt,ame. odas los tipos de operaciones de acabado (pulido, esmerilado, superacabado, etc.) aplanando las microirregularidades que quedan en la superficie de~mllés del anterior tratamiento mecánico más contribuyen a elevar para las fabricadas de maresistencia a la '[prl!:\l~lC resistentes y Da buenos el pulido la capa o'n"\O'rni'li!:\ influye considerablemente en la estructura acción de la y calor se durante ocurre el cierre cristalitas por la mecánico anterior. La b~"""Á"'-A''''U.~A'> se u.pJU"''''' < aumento de la

230

ANTONIO

- TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS AC

TABLA

1

r-,} a

Procedimiento

Estado a

Con

Mecánico

Autoendurecído por

Endurecimiento en servicio

Granallado o shot-peening Rodadura de rodillos con altas pn~Sli)n~~s

Acero Hadfield: Mn 12 % C= % Capa superficial de los aceros cementados y templados, con austenita residual

n<::t'nrlmnr1r",n

Temple superficial de los aceros al carbono de baja ..... L rel="nofollow">T'''i",..' ' ' ' ' ' ' ,..... de temple. L-aierltaml'emco brusco c!l1r'n"r;hA;~ seg;mclo de temple (llama oXlac~~tllenlca, inducción,

Térmico

Termoquímico

Nitruración de aceros al Cr o al Al

Cementación al carbono y temple, carbonitruración y temple

En la pulida es más fácil descubrir los defectos de la snperncial, por ejelnplo, las fisuras grietas de temple, etcé Los métodos fundamentales para endurecer la capa superficial p deformación son: 1) Granallado, shot o bombardeo de pel~m~~onles. Rodillado o rodadura de rodillo a presión. 3) Troquelado (estampado calibrado en frío). 4) Para agujeros, a) acabado brillante con rodillos de acero b) calibración con bolas, c) brochado a contracción con de aplanamiento (mandrilado). Los aceros se someten con nr,ptt::lrp"n""I~ a endurecimiento por mación plástica. Los materiales como las fundiciones obedecen e nor al deformación en A este tipo de rel[;lI1rlUmt;o someterse fundiciones ferriticas del endurecimiento deformación en aquí, del por deformación en frío e que para materiales Se endurecen deformaci también las fundiciones inoculadas y alta con esferoidal. fJ ..... ,..., ..... " ' . " ..

mediante la nr()VE:CCJlOn sobre la cara aU:eL,a.a::l, cc)mlpr'eSlOIles del límite de

~r":,,rfn,",

deformación en frío {~i"1',t'O frasolorE:eIllU"lLreCunHmt;o excesivo dad y fisuración en la capa supern 'Cl2lL El "shoot es efectivo para reducir la acción o concentración de tensiones en muescas, ranuras, acuerdos de radios o en defectos os, superficies etcétera. Las bolillas, esferas o que se utilizan en este proceso genelmente son de acero o funpero también pw:men r de metales no ferrosos o ateriales no metálicos (virio por el tamaño de las se identifican por un número estandarizado por la norma SAE J 444. Cuando no se desea concctruDular el material con paro polvillo de fundición o residuos de carbón, como es el caso de trade acero inoxidaTV..

se utilizan esferitas En el supuesto de endurecer C'nln'~1..-h~.~ cialmente de poco espesor, se recurre al uso de esferas no metálicas. Cada esfera T"'-"t·~rnH'ü la

pelrdll~oIJadlo sobre

la vida

TRATAMIENTOS TF~RMICOS DE LOS

superponerse con que la cara op1ue¡,ta

COInDre~nÓl1.. mientras

LUCJ.U.C;O

dado que las ~U~""U"A"""'''', redondeadas y las 0111r.Dl'·hf'~lDC!

Dr(~Sll)nE~S elevadas.

más conveniente de enaure~31nllen acuerdo con las propiedades material a su y resistencia mecánica. En el caso de dosificación e se obtiene, con facilidad, el sobreendurecimiento por deforma en frío que produce fragilidad y fisuración en la capa superficial. Los aproximados para los aceros son: v¡::;..UAl.v ....

u.V'O"'¡;;,~l.I.U de

1) Velocidad del flujo de

50-60

Intensidad del flujo 50-60 """""<1

de

de inclinación del chorro reElpecto 60-90"

La duración del tratamiento es de 2-5 mino El diámetro de los por elE~m1PlO bolitas de acero es de 0,5-1 mm. Es de hacer notar el endurecimiento acción mecánica el e to cualitativo por del rolado o o del perdigonada, tal mo se indica en la 2, la resistencia a la fatiga ha aumentado en tensidad hasta alcanzar un máximo del cua resistencia a la fatiga disminuye la del metal base. efecto de la deformación IJACl.::>L.l .... a producida por el bombardeo se extiende en un de alrededor de 0,127 a 0,254 m acción de es a la el me ,'V de esta capa, que no sido afectada por la pe nece en tensión. En la tabla 2 se dan los resultados obtenidos sobre metal donde se que en el hierro el efecto producido mientras que es máximo aceros de más alto caso interesante de bombardeo perdigones COI1.stltl:lYe el acero inoxidable 18-8 donde este procedimiento efecto: por transformación físico-química •.HClUOL.::>

......¡;;.v... v u

.....v i...........

1"<::I1'hl'\n.

JU.b:n.F,AAAJU'-d'-'-JLI."'''',

del número de un acero aleado carburado y te OO"terlIaas, mostrando la

.~+lnr>,.... r>l

TABLA

Hierro Armco

Acero con 0,50 %C

2

18,8

26

Acero: e % Mn % Mo cementado y

Inoxidable 18-8

o

46

Endurecimiento superficial de rodillos a

19

1

23-24-26

medio: 1,0

33

27

105

49

95

,42

95

49

78

69

rodillado

El tratamiento por rodadura de rodillos fuertes nr<.>""",_ nes obtener por deformación endurecimiento de la cara la calidad de

TABLA

de

Con corrosión

Autor

Aire

Lisa

dulce A. Thum

3

Con nc>,r-t(yr-
26 10

29

15

Aire 15,8

dulce

y

Aire

18

28

29-30 16

20 36-37 30

dulce

H.Ochs

Lisa

dulce

Las acero se sOD1ete este procediD1ie de deforD1ación perficial dando gar a tensiones m de sen do COIllVeJlieJlte. Thum y Ochs h realizado cias sobre la mejo límite de fati por este método, aceros cuyas carac rísticas son: 0l ::;; Oz

601...-

104

FIG.

...I.-

105

--1..

106

.l...-

10 7

...l

108 Ciclos

3. Influencia del sn'ot-pe1enllllg- sobre el límite de flexión rotativa. aleado cementado shot-

pe~mlng-. cinco

cementado minutos.

shot-

o::;

::;;

28

la tabla 3 se h llevado los result dos obtenidos sob probetas en distint l,.,V,HUJ.l,.,J.'VJ.~'C;". ensay

~

---40

["

30

20

10

105

---

'"~

l..--

1

\

~

\ ~

106

~

~ r----10 7

~

----Ciclos

La tabla 4 muestra los valores ,....",..."',.. "C" ensayos de flexión rotatitr~ltalaclS térmicamente de de acero aleados nena, y con varias alternativas: T\Y'r.h&1h:] perforada diametralmente, donde las fisuras por ron en el de los orificios en intersección con el por el del orificio y luego ellmlJUaJlcírculo de la sección recta do el efecto esta condición de mediante una interior del los obtenidos han supera el 30 P. Orlov en su obra tomar las SU:!Ule~nt~::s providencias, endurecimiento con rodillo. rodiUosuele ser B 10 a 20 mm. La periféLa anchura rica de la es 10 a 20 mlmin. El avance longitudinal es s :::: (0,05 0,1) en mmJr.p.m. El de es 1-3. sobre el últimamente se emCon de disminuir la el al rodillo UI::~'IJJ..C1¿<:lUUJlC;J.J.iJU" cos en sentido radial con de un vibrador mecánico "'''',"<.LiJ .•'''

TABLA

4

Características (Jt

Diámetro de la n.-.',hL>Y<) Diámetro del A1r'1T""<" Límite de Límite de Límite de

Pieza con rotación sobre un eje, vertical

Bombardeo de elástico con de:splazélmllento posicional.

FIG.

5.

IJll;;U(;Slt;lV()S

de movimiento

Perdigonado de barra de torsión con rotación sobre un eje horízontl y desplazamiento longitudinal

diversas

sometidas a shot peEmlllg.

El efecto favorable del rodillado tanto mayor, cuanto más fino sido el tratamiento mecánico anterior, Para obtener los H u u n r...,",

UICl"~l,-a

se vastamente para endurecer los punzonados en materiales de chapa. En los bordes concentración de tensiones debido a los U.C;¡'lJ.lCl¿.::tntos y microgrietas que forman bajo la acción 1 punzón. El conformado circular de los bordes de los liquida medida la influencia de estos Los debilípor las ranuras se endurecen rodillando los sectores contiguos a las UH-

Para elevar la resistencia mecánica de árboles debilitados por los se hace un troquelado al contorno de las ranuras, en torno de chaveta introducida en el chavetero. Junto con la disminución de la de esta medida aumenta la resistencia de la sude la chaveta en la ranura. Los elementos obtenidos por extrusián (roscado por rrlOleu:~aalO de dientes estrías) se por su elevada resistencia a la En este caso, las del metal no se carian como ocurre en el tratamiento mecánico de brutas sino que se la de los elementos (HTL>rn'rl\C!

("(ll'¡f"¡::'nTr-;:¡,f"lflln

la.l.llu.lU ..... .lV.l.l,

pio

La rosca suele laminar en los dientes y laminan en se calibran frío.

Capítulo VIII

ENVEJECIMIENTO DE LOS ACEROS. FRAGILIDAD AZUL. FRAGILIDAD CÁUSTICA

El o maduración de los aceros de es un fenómeno en virtud del cual un acero que ha sufrido un trabajo de deforación en frío o un tratamiento se pone en evidencia en forma sucesiva y con la del metal a "'.. . . ,... t."'~ .. i:UU,Ult::U"';;:, por variación de de las características mecánicas, variación que se lentamente en el tiempo, para al final estabilizarse, luego de un muy Y'"\... ,'dr.." r r ...

rln

Tipos de envejecimiento Existen

de en'\Te}8Clmllent;o

'a.....vuf'n·

b) Tensional.

2.1. Envejecimiento térmico térmico, llamado también precipitación, se basa en la de la solubilidad del carbono y en el hierro alfa. a un térmico. El acero ha sido En la 1 debida a un realizado y Bain se nota el efecto la velocidad de un acero con 0,06 de de enfriado bruscamente desde 720 oC. en ordenadas la dureza en" Rockwell B y en abscisas el observa que a el con es poco notable, mientras que se de 20 el Así por con una uU:;'AJJ,""V valor horas disminuye, mientras que a 60 oC obtiene su máxima dureza en apenas diez horas, descendiendo

88

en

84

ID ~

.::s:.

80

o

o

OC

ro N

(1)

:s

O

FIG. 1. I!;nvelenmlento C. construido con los

"A'C1"UIJ''''''

;:,VJ....... u .. L.!...A.UU

en escala

!OO"flritrnlC'l'l

(A.S.M.).

llrnnt2lda al estado sólido en ferrita. ambiente es mucho menor qu

ambiente inferior a la mento que está en el acero. El silicio y son solubles en la pero la solubilidad a ambiente es la yor del tenor con el cual tales elementos están preSlBn1CeS El manganeso tiene alta solubilidad el azufre se encuentra co manganeso. citados afectan al proces

_~_"''''r'l\

y el

y nitruros. si bien no en el ,,:,-n'unton, tiene acción concomitante con el carbono y nitróge~ÁIJJ.J.,"'Ul la acción del oxígeno, teniendo en cuenta que su presencia duye la solubilidad del carbono en la ferrita, a temperaavoreciendo así la tendencia por precipitación citados compuestos. Las 2 y 3 muestran la variación de la ilidad del carbono, y nitrógeno en la en función de Illperatura. - __,h.,'r",<:>

oc

O

1.000

800

600

Soluc ón sólid

v /

.04

.06

10

O

~

·C

V

I

V

400

300

200

Fe3C

I

200

,10

.08

400

Solu iónsóli

u

.02

,15

.20 %C

2. Variación de la solubilidad del carbono en la ferrita en función de la temperatura \DI-/'Ol,ClU y MilIer).

~-

o

O

100 0,001

0

o .01

,02

.03%

Fra. 3. Variación de la solubilidad del O y N en la ferrita en función de la La solubilidad a temperatura ambiente es mucho menor a alta temperatura. Sobre esta se funda el fenómeno de Jensen y cimiento.

El aluminio al desoxidar profundamente al acero reduce su acción y a su vez" permite la formación de nitruros, fijándolos como tal y reduasí la tendencia al envejecimiento. Eh otras palabras, la desoxidareduce la tendencia al envejecimiento de los aceros de muy bajo carporque: lSnaInlUy'e la proporción de oXlgerw disuelto. b) Como consecuencia de las muy el tamaño del grano se t11l;;,nOT'l;;!:IQ

rI·::R ....,

,,-,!t,

de alúmina,

c)

tendencia al envelleClilllellto también el "'-'JLU.'-'· .... ,,~.,u. terciaria. El Adiciones considerables de titanio a aceros de bajo carbono, pro un muy estable carburo de titanio, tan estable que el acero se· com en forma a un acero al carbono, con menos cante do inclusiones inertes· de de más bien como ferri cementita de un acero común. Griffis colaboradores han adiciones de 0,04 a un acero con de carbono estabi el acero. En la tabla de valores se indican las características de dos a calmados al u.L~L.. unl].G· r,·t-nT".n de uso corriente en fabricación de pas, etcétera. TABLA

1

e 0,05 0,042

Si calienta el acero apenas por so de enfriamiento de de ~OlUaUU]ra8 y se lo la cementita con lo cual es acero se lo mantiene a telnper;attlra an:U)Ilenl~e cimiento solución sólida se desc(}mpone de cementita terciaria y nitruros o Este es en aceros de muy en no se por la mayor nucleación de la cementi de mayor

2.2.

J!¡liV4~e'Cf"ml;ell~to tensional

243 :_~,a""';¡~'"

en las cercanías del roblón el fenómeno es 'ezas con embutido profundo. En por su temperatura de trabajo enVeJeClmlleJlto artificial en breve tiempo. "",..,('\1"111('1" a temperatura entre 15 y 20 a 20 oC y en a 200/300 oC. Por efecto de ambos en'veJeCllml,entos aumen"~_,'Hrln de rotura y la pero rápidamente la resireduce el umbral de la fragilidad en frío. modificaciones en principio, se atribuyen a la variación del podisolucióÍl de la ferrita, tal como se expresara con antelación, dado "'''''''''PTL.>r::-. ser que el trabajo de deformación en frío reduce la capacitiene la para retener en solución sólida ciertos elementos, oxígeno fósforo. El trabajo de deformación 'o, en aceros de carbono, da al enveJleCJlm:lenlto, aeSnJlazan los la solubilidad sólida el n la 4 (b) Y (c) se observa la influencia en frío los de tracción de un acero extra dulce metido a temperaturas variables entre 100 y 200 oC con 'ntos '"',"'_'''''40''''''"'-'' reE:¡PE~ctlvamEmte. _ _ _ _ nTEUJ

a

60.000 40.000 20.000

o 60.000 40.000

~ ~ v ~ ~ ~~ ~"

r.;

""~

.........

E vej ecic ~a emp. ambiente

V

111

"'1'11

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40.000

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20.000

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Ehve eci< oa~ 04

~ ..... r",

Alargamiento sobre 2" 4. Modificaciones que se observan en el acero laminado en frío y pn"PÚ>(~lClo

e """"

.r-t 15 %

oc

244

En el de tracción de un de carbono en la curva observa la situación del mientras q la estacionar durante bastante por ejemplo seis dos años y se nuevamente la curva de en tres últimos como se El aumento de tensión de rotura en el enve'reClm:lellto eX1Jllc:a por el hecho que los carburos y nitruros precipitados desde microtensiones e impiden el movim . de las dislocaciones. Puede a es por una combinación de tratamiento té en frío. enVeleC"Lmlerlto se detecta de la forma: Una de acero de bajo carbono hasta obtener un de alrededor del 10 Se la durante una hora a 250 oC, ~_,~IhC'
n""'.... cd· .... "YYf'<

con la del mismo

d) El valor obtenido en este ensayo, terial el proceso El

revela el n""'.... r><~on lo que que para un acero n'V1r"" ... ,,-,,-, .....L"'-''',u.<'v, el efecto de éste sobre la resiliencia. Los valores obtenidos de el acero cando un acortamiento del envejecido a 250 son los . .H,¡;:~ rln

...... '-' .... " ••Al

Estado

Normalizado Deformado

""".f._c•. """

60.000

I - - - - . - - r - -.........- . - - - - - . . -.....

~

j 5. Influencia temperatura sayo sobre la stencia de un acero de bajo carbono no '1izado y uno similar abilizado por ión de Al y Ti. nyon y Bums.)

50.000

q;

-g :J

o

Q:. .~

40.000

c: I'D 1h

.~

ex: 30.000 '--.......1_-+-_........._1..-.---'"_-1-_ _ -1'7 37 93 149 204 260 326 temp. de ensayo oC

En la figura 6 observa la variación de resiliencia en de a los obtenidos en hornos IZET (tratado con aluminio) con Martin y comprimidos en distintas proporciones, en ción de las temperaturas de ensayos. Es notable el buen comportadel acero frente a las bajas a bajas 1111.1(111\.,1;;;;::) de los otros dos.

lvUI. ... l.j•

..,

de distintos 6. Efecto de las tratado con de en se considera que se con O y N para formar COlnDllestos im:¡ol111bJ.es, mientras que los otros aceros conservan elementos solubles. las aumenta con el contenido de O N. <E1DsteíIllJ

246

Fragilidad Muchos aceros al carbono no ...,""J<.A.. ..,<.A....."''-' , las tensiones de así como en la los calienta a ternoer,lhlraLS La fractura del metal coloración cuando el hace al este fenómeno ha dado lugar a la llamada fr azul del acero. Los rangos de temperaturas indicadas se atribuye cada acero y para un determinado de deformación en frío una definida temperatura. El inconveniente que el acero tes de es que la deformabilidad se ve mente afectada. Esta anomalía no acero elementos combinan con el se por los aceros al carbono de trucciones por tancia de tratarse de aceros no calmados con hace que, en función del tiempo, la dureza y favorecen el mecanizado, dado que la viruta será corta el metal una acritud que para el me do. El fenómeno conocido como fragilidad azul ha sido incorpora diante un ensayo para aceros dulces con el objeto de identificar e de de la estructura y la de inclusiones que la zona de fractura de la probeta la coloración azul es de para los aceros dulces de calidad, que """'''''''''-'0 con intensidad en frío. acero ha sido desoxidado con aluminio es conve parUcuJlas de alúmina lleguen a la puesto que s en cantidad dentro de la masa metálica constituyen p de producir roturas con lo cual afectan las eUl011tldO profundo en frío. La de fracturas en azul permite revelar las caracterí del acero antes El consiste en realizar una con el espesor próximo a a incisión con el fin de favorecer la zona rotura y luego la totalidad de la masa alrededor de 250 oC. A continuació diante una prensa se provoca la rotura, que tendrá lugar sin deÍl ción debido a la poca plasticidad del acero. La zona de rotura habrá adquirido la coloración azul sobre 1 serán bien las blancas de alúmina. En no confundirse este con el que cuando se al metal una deformación en y se en forma acelerada mediante un calentamiento 200 I 1 U•

VA.U::.-:;'11V

...... (Á. . 1''-' .... ''-'......

\"'At.,aUla.,

J.UJ..U"'..1U\.H.1,

teIllOIIlelJlU de fragilidad cáustica característico de los recapl.entes s existe una solución de soda bajo nr¡I3Qlinn o por ejemplo los concentradores de soda cáustica. Se manifiesta lueun periodo más o menos prolongado de funcionamiento forma ... '''''r''.... que se inician en la cara interior de la lámina metálica y contienH1tlaIl[1e!u,e hasta aflorar al exterior. La causa de esta rotura se atribuye al hidrógeno atómico que puede etrar en el acero y que a posteriori, pasando al estado molecular, deolla presiones, que serias fallas o averías. Una puede lo a) Se sumerge un tubo de acero cerrado ne:rmetJLCam<:mt:e en uno de los extremos. Se cierra el otro ",'Vi'",ol""'" colocando un manómetro. c) Al cabo de un cierto .,."¡'....... r'''' de estar en un baño de deobserva como consecuencia de atrav,;~u~ o naciente las del tubo y estado m{He(=Ul~aI VOJlUl1nel[L n ...nc·,ru'\"'o que acusa el insOvl·YrO¡Cl<:1l.r1/....

....

... v

cáustica contienen soda sufrido al cons-

"-'F,JUL....... UU

UE,JlJ.J.ULUU

re(~lpleIllteis. "'•. u

elE!m.~mGOs

"7

más cáustica es necesario o fabricadas con acero no

,nl<:><:","

,,, ,,"'-

tubos de calderas, '-'
Capítulo

REVENIDO

El revenido es un tratamiento térmico que consiste en calentar ducierto tiempo un producto previamente templado, hastemperatura como máxima, al punto crítico inferior, para enfriarlo generalmente dentro horno.

. Objetos del revenido El revenido puede tener por a) Producir SIO¡rJIjlaClOrles estructurales que el temple ha impedido u obstaculizado. b) Modificar las características oOl~enlaélS por el teUrlPle, sin a anularlas. de fragilic) Mejorar los efectos del temple, produciendo un dad mínimo. d) Disminuir o global, producida por las tensiones internas por el temple. Al notablemente las tensiones en los del ""0"'0.......... " puede aumentar el límite elástico. e) Modificar características mecánicas de las su acción se traduce en los efectos: Disminuir la resistencia a la rotura por traCClon, el límite elástico y la dureza. Aumentar el . . F. ..........'-..""'"', la estricción y la resiliencia. el En función de la y del de acero hace menos pero más tenaz. u

....,..

250 Mejorar las características del producto neizando y afinando su estructura.

D

la maquinabilidad del acero templado. Conducir al metal a una condición deseada y de estabilidad, acuerdo con los requerimientos del trabajo.

h) Eliminar las tensiones internas y producir una estabilizació la estructura de modo de evitar, prácticamente, sucesivas de maciones perjudiciales. i)

Reducir la global y la de temple, de gran dureza.

inherente a la estruct

j)

Modificar los constituyentes de temple y originar aumento de reza por transformación de la ausenita residual y en los ace de dureza secundaria.

Casos típicos que ponen de manifiesto los efectos del revenido constituyen la resistencia al impacto, la resiliencia por flexión o torsi A este respecto el resorte constituye un ejemplo característico. En efe en la figura 1 se ha esquematizado el caso de tres resortes de una mis partida, fabricados con el mismo acero, pero con distintos tratamien que permiten interpretar el efecto del revenido. A

8

T TRv RC

T TRv Re

--l-¡·i¡-~

--r

Tamañ inidal

--

~

o

C Cl

C2

T TRv RC

T TRv RC

T TRv

E

TRv

TRv TRv

~jil= ~]~ j=~r ( rotura

ep.re~¡eIJll,a!ClUU esquemática del comportamiento de resortes heJLIC(nd:ales, templados, templados y y sometidos a crecientes. En , el resorte ternp.ladlo alargamiento con poca riolrn..·,..,,"''',¡'.n p,errnaJélerLte, cargas

251 lGElnLIIl<;aOlO con ha sido ~c;j.u.IJ.La\..lV, el con "TRv" ~n"'n y el con "Rc", recocido. aplica una carga, caso los tres resortes reaccionan roénte se la carga, caso se observa el correspondiente rte recocido~ ya comienza a deformar ~ es se ha superado la idad de deformación del metal no pero el templado ado y se mantiene caso Cl. Si se quita prácticamente ambos resortes mantienen su longitud y conservan 'a su elasticidad, mientras que el recocido una ro.en'",,.,,,... erroanente~ caso C2. i a los dos resortes que han permanecido se les aplica arga mayor~ caso D, se observa que frente a la misma el templado e, mientras el templado y revenido a su con un eño residual~ caso E. 'a razón estas distintas reacciones te: el acero templado no tiene a12lrgarrneln.to ;enSlClne:8 que se desarrollan en el ~~~~. o tiene también en si tuviese n ..... ,-,alJ,a\.,J,ua,\.l 'gamlento, podría deformarse y ah''''''lI-hc.,. del esfuerzo que soporta a las hacer~ es decir el metal es y por lo tanto rompe. en el caso se conoce concretamente, se le sulas que suelen producirse, como las fisuras o microfisuras, consecuencias del temple, lo díse acrecienta. El resorte templado y revenido reúne características las nsiones residuales son considerablemente menores, el metal ya posee determinado alargamiento~ lo que decir que las fibras ricas pueden deformarse un poco y transmitir la carga a la central, cosa que antes no era posible. esa deformación de las fíDe esa forma se ite que el resorte a producir que son las más SOJllCl.ta1aas, una en virtud de ·vu,'JV y no se rompen, pero lo acusan con la rh1·t: rel="nofollow">r,on,r>1':l que es un tanto que la caso E. se con un resorte en tales COltlCiIC110n1es, que es el valor límite con cargas completamente de las antes citadas, el resorte no va a romper y continuará normalmente, mientras que se lo somete a cargas mayores, ocurrir que el resorte no ala los efectos que se como consecuencia de may entonces rompe o de el proceso es lnt;erI8s2mte. aunque se analizar el mismo otro punto de ensayos~ ras 2 y donde se tendrían~ llevando a un a tenr!i:>1"·'..·I.. ·1.'l';,lv.... 'Vu, los fenómenos que considerar. ..... lln

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Se

".nr\".n<~n1l'"\

de resortes tom en ordena de1tormélCICJnE~S en a sas, donde se serva que, a una determ da carga el resorte acusa deforma nes, que el tem do rompe a una carga ma y el templado y revenido superior retirar las defo "'''''•.•. u ...... con Dz, figur de trac 3, curvas son puesto que en 1 gura 2, se está consider un elemento que trabaj FIG. Influencia del tratamiento térmico so- una tensión similar, pero, bre la deformación total de re- licitado a mient sortes DI' las de- que en la otra figura, toda formaciones permanentes de sección está sometida a retiradas las cargas P 1 Y misma tensión, es decir sección resistente es mayor, razón por la cual, el acero templado pres ta una tensión de rotura que el templado revenido. En otras el acero es distinto acuerdo a la O'"\A'. . . . . Ey........

rn<:.rrr<:>rt".<:>

3. Factores de revenido templado

Los factores de revenido son: Estado inicial del acero, temple.

templado revenido

recocido

c) de revenido. d) Tiempo de calentamiento o du ción del revenido. e) Velocidad de enfriamiento a con nuación del revenido. FIG. 3. defonnaciones.

tensiones-

253

nsideraciones generales acuerdo con las referencias efectuadas al tratar el temple, la du1acero aumenta considerablemente, mientras que se reduce re.a al impacto y se generan o desarrollan tensiones iny la reducción de la fragilidad (aumento de .dad global (proveniente de las tensiones se mee un tratamiento térmico, llamado revenido, consistente en un nuelentamiento realizado, como máximo, por debajo del punto crítico la tem.or. Su efecto se traduce en un incremento progresivo ra de calentamiento) de la y disminución de ir, el metal adquiere cada vez más tenacidad. estado fuera de equilibrio producido por el temple, se va ... nl""V~_ do con el tiempo y temperatura de calentamiento, cada vez más al brio físico-químico o estructuraL resultado en general de un enfriamiento rápido, luego del revenida lugar a nuevas estructuras o cambios fundamentales, salvo el solubilidad de la cementita en el hierro alfa, puesto que el proceso realiza por debajo de Al y el estado tensional de acuerdo a la temperaa de revenido desde el cual se lo ""... ,~ ...y-~ Las resistencias pasivas para retorno a nuevos estados, dependen la temperatura y del estado de acero luego del temple. Este estado final depende de: a) Retorno al estado físico-químico correspondiente a la mezcla hierro alfa-cementita: existe pues modificación físico-química. b) Las partículas del constituyente, mezcla de ferrita y cementita, tienden a la coalescencia; sólo se produce una modificación estructural. c) Simultáneamente con los procesos anteriores, tensiones residuales o internas producidas por el temple, van disminuyendo o reduciendo, en virtud de lo cual, tiene lugar una modificación del equilibrio estático, modificación común. ......

5. Mecanismo del revenido. Etapas del revenido El mecanismo del revenido

I"nTnn'roT'llio

varias

r;''''-'"1lC.l.,,",_

a saber:

Primera etapa de transformación en el revenido. ción de la martensita La primera de 150 mariensita. Las """"""Y-H""

lJE~sc~ollnpos,r.

de transformación se inicia a una temperatura por con la formación del carburo en los de de este carburo están

solamente de carbono

E.

de tales del carburo sustancialmente ...o..cron.rlL"" rleuenen su de F":>1~I-"n.nf\ De esta manera, en adición a las acero calentado a baja temperatura mismo dos soluciones sólidas alfa una con concentración carbono más alta, que corresponde al estado iniCia material y otra con más baja concentración. Por esta razón po de descomposición dado de martensita, se dice que es intermitente. A debajo de 150 la velocidad de difusión consecuentemente partículas de carburos formadas no aume tamaño. La de la va aCClmlJarmOa ción de nuevas de carburos, usualmente en los 1írrntE~s cristales de martensita situadas en los de más alta defectos. Las de carburos tienen la forma de espesores de varias capas de átomos y de 10nÉ,TÍtud de v cientos de Las de carburos son coherentes con el "'.. . ,....", ........,'" ción sólida, 4. Puesto que el volumen específico del carburo epsilon y la solución lida alfa son se desarrollan severas mícrodistorsiones d red de ambas Uev.U>JJlUQ

Segunda etapa de revenid La

etapa de

ae:scOlm)'Jo~rlClon de la marten

1 en la pos rior del carburo la martensita, con lo cual se tá aún más carbono. '-'V'AA"'''''''''''

. FIG. 4. Representación esquemáti

mostrando cómo se distorsiona la tOTTn51¡f>lf1,n de núcleos " lnr cristales de solución sólida u. Círculos blancos: átomos de Círculos negros: átomos de carbon

estas tern pl~raltUJras de .......,,' . . n u ' " la velocidad de dltuSJlÓn carbomayor. a cristales de carburo crecen con la provisión de átomos de carbode la solución donde la concentraade la carbono es más alta. Con el correr del tiempo, este conduun límite de carbono casi uniforme en los cristales martensita. al de la la con % bono. La red tetragonal se en ",....,,,.. ,,,,u.. En su estructura cristalográfica y composición, las partículas de carbuormadas a bajas temperaturas de revenido, difieren de la cementita. ha sobre la base de numerosas que el OD:aOJ,enlelue entre Fez 4C) es"""'u...a"....., SllmlleIJldo temperatura revenido. en el en lugar de cementita en los límites o bordes entre la sola coherencia de las es meCOlrlSE;ClJLeIJltemElnte, la energía de es mucho más que límites, entre la martensita la cementita. aquí que las más pequeñas de .~_,..,, __ , son suficienpara la formación de un núcleo crítico de este carburo. La redistribución por difusión de los elementos de aleación en los ros aleados, no tiene en las temperaturas de revenido bajas. secuentemente las de carburos precipitados, tienen la misforma de los elementos contenidos en la martensita. La estructura formada como resultado del revenido a temperaturas debajo de 350 es llamada martensita revenida. Difiere de la marsita en que tiene más baja concentración de carbono y además ueñas de cristales dispersos de carburos que co1erlen1~eIJ(le]lte lindan con la red de martensita. Observada al la estructura es más fina el acuro. Los cristales de martensita retienen la estructura a pero la densidad de defectos es mucho más a. El contenido de carbono de la martensita de la emperatura de calentamiento, del y también de la composición e la martensita inicial, figura 5. será el conteCuanto más alta la ternp.:::ratur'a de de la <:>nn' .....'r'..... 6. A tem..a't,.ónHiA le COITel3pcmdle Ueltlllllua de carbono de

e

'-'P'HAV'AA

'V .....J U.•-'AA,

C.li:lI-.1<:;;\"lvV

entonces mantenimioento práctica-

1,0

1,04

0,75 In "-

0,50

ü

e

:g

1,02

a

0,25

In

(j)

OC

700

800

900 1.000 1;100 1.200

o G.l -0"0 .o e e íl)

O

c€ O In

Oü

o

50

100

150

250 300 350 400 oC Temperatura de revenido

200

FIG. 6. Contenido de carbono de la m~rrten~31U3., en función h:'lnnoPT:>lhIT!'I de 1,0

y

o Q) 12 ~ 0,5 e e Q)

7. Contenido de carbono de la m <3., en función de mantenimiento a temperatura (acero con

O

'E.e 8rJ

O

5

10

15

Fe

Fe

e C Fe Fe

_-~r--

.....

Cubo elemental de austenita

2;94 ......... Martensita tetragonal

Martensita cúbica ~ (a')

que la cantidad de carbono que permanece en la solución se al valor de equilibrio. Pero la red de sólida continúa se dispar la elevada densidad de los defectos en la estructura. desposición de la martensita, en el está acompañada por una cción de volumen. En la figura 9 se puede observar cómo varían las dilataciones y coneiones de tres aceros al carbono templados, en función de la temperade Los elementos de aleación tienen un efecto despreciable sobre la desposición de la martensita, solamente a temperaturas debajo de 150 oC. más temperatura.q, la adición de cromo, molibdeno, tungsteno, adio, titanio y silicio, retardan fuertemente el de descomposin de la martensita y la formación y crecimiento las partículas de carEsto es de gran sígnificancia En aceros al carbono y de bael estado de pílataci(Jnes y teniendo Densidad gr/cm 3 corltra(:;cíones en % es m2lrtE~nE:lta,),

"piC"orOY,\,r1n

Lc;t,I;;U..l u a

7.730

FlG. 9. Dilataciones y contracciones que .eXlperlID ent:an tres aceros cm'bOno, en función de ternpl~ratUl~a de revenido. 1

7.740 7.750 7.760 7.770 7.780 7.790 7.800 7.810 7.820 L:-.J_-I-_ _..I.---I.--I._...L--..L--&_¿;;;;; 7.830 460 525 600 oC 20 150225 \ Templado

de la austenita En el revenido de aceros de alto carbono y muchos de media conteniendo una cantidad considerable de austenita la tra formación ocurre en el rango comprendido entre 200 y 300 oC. Como sultado de la transformación de la austenita retenida, se forman mismas martensita empobrecida de carbono y partícu de carburos. como resulta al revenir martensita templada a la mis temperatura. Pero el estado estructural de estos productos de deseo posición difieren de aquellos obtenidos en la transformación de la m tensita. La de los elementos de aleación, no sólo aumentan la dad de austenita retenida en el acero templado, dado que las tempe turas correspondientes a M son más bajas, sino que también elevan intervalo de temperatura de su descomposición en el revenido. En al nos aceros de alta aleación, como por ejemplo los contenien 25 a 35 o más de austenita residual; esta ültima u.v.JU,,'''''<.J de revenir entre 550 y 600 oC. g

Tercera etapa de revenido. Eliminación de tensiones intern y transformación de carburos

La precipitaci6n del carbono, desde la solución sólida alfa (marten se completa ent.re 350/400 oC. La de las redes de ferrit cementita, es interrumpida y ellas son aisladas individualmente. Esto debido a la' transformación de carburos; como forma la cementita: (f

~

Por otra se cambian el tamaño y espesor de las partículas carburos,el1os tienden a la forma esferoidal. Otros procesos que ocurre a estas temperaturas de revenido, acompañando la transformación d. carburos, estriban en el cambio de la subestructura, la poligonación de 1 fase alfa y la relajación de las macro y microtenslones desarrolladas en temple durante la transformación martensítica. La estructura formada después de revenido a 350/400 oC usualmen se llama troostita de revenido. Cuarta etapa de transformación en el revernido a 500/680 Coalescencia de los carburos. Alcanzada la de revenido a 400/500 no hay en aceros al carbono y muchos de cambios en la de las y media microestructura sin embargo es cambiada a más elevadas: coalescencia y esferodización de los carburo~ tiene lugar y la subestructura de la fase alfa es cambiada. En la figur¡1 1 ha el proceso con los revenido a """"'UP'~' de un acero eutectoide

Rangos de temperatura I I

I

n .... :-- III -- , - - - - - - IV - - - - _

Soludón sólid~a Ferrita 0,1 %

:O

Cernentita I

o Acero templado

400 1 Troostlta 1 : de : : revenido:

1 1 1

, I

I

I

,

500 600 Somita

700 """"'r'\".~h ".e>

-----_ revenido

de

reveQido

de

Perlita 1 globular:

.......---...'

¡ I I

La coalescencia de los durante el proceso de es debida a la transferencia de átomos de a través de la solución sólida alfa la disolución de los más y crecimiento de rrr,~ ..... r1no partículas de cementita, con lo cual la solución sólida resulta de carbono. La estructura a altas f-n'...... Y"'.a?''''t-',?'~)Q reL'enta(). de conformación del senta en forma laminar. En la 10' se muestran en tres rnl"1"("'crT'~1"il<;¡a rr'001n,.'.... rt"y.·d·r'co al acero v'- •. u ..n ..... ucv oC'"f'01",rl1r1

260

LOS

a

b

FIG. 10' Estructuras de un acero al carbono, de alto carbono telnplaC[O en revenido a temperaturas: 450/600

oc (estructura ",,",..

..... l1""'<:>...... r'...

-t,,1"'lt"'''''

a 600

e ....,1'0"""''''-

"-"'J'UUH.U

o esferoidita)

261

e

x 550

c)

10'. Continuación. a 600 oC e inferior a (perlita globular o esferoidita).

k'n"an,rln a 300 oC. Revenido entre 450 y 600 "C (sorbita). debajo del punto crítico Al Revenido sobre 600 oC pero (perlita globular o esferoidita). En contraste a la troostita y sorbita obtenida como resultado de despartículas de carburos en mposición de la austenita sobreenfriada, s estructuras de revenido, troostita o sorbita, son una forma más bien que laminar. La formación de estructuras granulares aumenta mucho las propiedades del acero. Con estructura granular son más elevadas, para la misma dureza, la tensión de rotura ductilidad del acero, así como la tensión de fluencia, estricción y Como resultado de la el tamaño de las .... ..r.".nlr... """""U""'I.AA. de alrededor de 10 x mm, mientras revenido a 400/450 oC su tamaño es de 3 x 10-5 mm una más basta estrucA temperaturas próximas al punto crítico tura feITÍta-cementita se produce (el diámetro de partículas de carbuperros es de alrededor de 30 x 10-5 mm. A esta estructura se la granular o esferoidita lita elementos de aleación molibdeno, tungsteno, cromo retardan la coalescencia. En consecuencia después del ros con estos conservan la más alta de carburos y más alta retHslterlCl.3.. n •

C'

rhC!T\<:l,1'"Olli'ln

de aleación pueden también difundir a altas tem turas. Esto conduce entre la ferrita y elementos forman carburos (molibdeno, tUJIl!!t,teno. difunden la ferrita a la cementita; los elementos que no desde la cementita a la ferrita. El enriquecimento de la cementíta con elementos de aH;~aClon el límite de saturación avanza a sus transformaciones en r>",,·~h,,_,,~ ciales (M 2;) M7 MzC o MC), que se forman en los mismos lug cementita estaban previamente. Sin embar donde las partículas posible directa de partículas de carburos especiales, so saliendo el endurecedor de la precipitación (dureza secundaria) La cementita formada en el último estado absorbe progresivam de los elementos de aleación; este hecho es bien visibl la 11, donde se el contenido de cromo, que va a tener 1 mentita, en función de temperatura de revenido, es cuanto elevada la mayor es la afinidad que el carbur hierro existente formar un carburo doble. Al revenir a 700 ma será la compuestos que cuando realiza a 600 Esto ir formando el concepto de que al considerar los resulta por hay que tener de acero se trata. En la tabla 1, debida a Kuo, se identifican sucesivamente los car ros de acuerdo crm los distintos aceros dealeacíón. En la tabla 2 se inc yen las características volumétricas de las distintas fases del acero. A modo de síntesis se puede decir que los aceros se cian en el revenido de los al carbono, por sus distintas reacciones que nen a elevadas temperaturas. Las citadas transformaciones que son como ha dicho en su opo dad, lentas tienen gran implicancia en algunos aceros, tal como los para trabajo en caliente, dado que puede producirse vinculado a la precipitación de elementos duros o ablandamiento, como consecuencia de la redisolución de los elementos. ,-,,",,,uvU.(,J:Ld

VIJI"C;lJ.J.U\J0

TABLA

e 0.3

1

263

~

'+:i

e

Q)

E Q)

e

u

0,9% Cf= 1,0

!!! Q)

1J

O eQ)

O e

~

100

Duración del revenido (en horas)

revenido a) Influencia del estado del acero luego del temple Las diversas circunstancias que median en la realización ........ el estado inicial del acero templado, al sentan un factor muy pueden estar COll1st:lttndas, punto de vista de la forma: Estado inicial correspondiente a un recocido. Estado inicial templado (martensítico). Estado inicial nln.01"'Tarn

'"JI r>"., "'" ....

y\.JLU ............

''':lY'Q(>'tOY'1'7'-'l

rel:::oC:IQl), se caracteriza por la no obstante posee una duel tiene un ablandapor la coalescencia de elementos ul-

En el estado final al rO't:rcn"\·u· se desarrolla el ciclo antes es produce la de la ,..""........ '"'•.,,,.''0" de la solución sólida sobresaturada lugar a un ablandamiento. En la debida a se han esquerrtatlZGlQO las clases sus por revenido. la citada se cuatro estados con distintos COll1st;ltllv€mtes: c) Martensita y trr)Ostlt:a: Troostita Martensita; b) Sorbita. acuerdo con el estado inicial del acero, las de revenido van conduciendo a distintos En el caso el único martensita. A medida

2

DE LAS FASES

CARACTERISTICAS Contenido de carbono %

bu:remento del volumen

Perúx10 de red 1()-S mm

Número rnedio de átomos en átomos en una célula unidad

Dr~L

Perrita 2,000

0,2861

14,5

0,12708

Austeniia

°

0,2 0,4 0,6 1,4

4,000 4,037 4,089

4,291 4,427

0,35778 0,35842 0,35906 0,36034

0,096

23,0

0,077

11,5

Martensita 0,12708 0,12761

O 0,2

0,4

2,036

0,6

2,056

2,075 1,0 1,4

0,12812 = 0,2852 c= 0,2932 a = 0,2849 = 0,2955 a= c= a c=

0,12863 0,12915 0,12965 0,13001

Cementiia 0,13023 4

que de revenido va estructura se va transformando en troostita

por troostita modificación es estable.

+u,.nc."u::> troostita y martensita la que se produce . ar es válido para el caso d. medida que la temperatura es más pronunciado su e ecto, hasta llegar a 600 donde el único será sorbita. Por consiguiente, es muy importante tener cuál va a el' el del se parte, para determinar producir el t"P'LlPTllI10 Estas circunstancias suelen presentarse en la vida práctica y troezar conque el revenido a 400 oC ha dado lugar a muy poca va'ación de la dureza. y austeEl estado inicial hiperlemplado nita) de las siguientes formas: 1) sobresaturada y -t cementita + solución menos saturada. Solución sobresaturada 'Y -t cementita + martensita o bainita. Solución sobresaturada y martensita o bainita; esta transformación Portevin, no se revela durante el revenido, sí luego al final' del tratamiento. Esta formación es análoga en su totalidad a la que se produce con la austenita primaria.

13 se esquematizan las transformaciones que se producaJlentaJml!enito progresivo sobre la austenita-mariensita resul-

800~1;Ii. "..

Zona crítica A: austenita M: martensita T:troostíta sorbíta

b

c

eX1Jerlm,enlGai1 los acuerdo con su estado

PrE~vH:unlent;e tE~ml¡>laldo, de

en el

tante de un un acero aleado con 5 0,25 % de carbono. En la figura 14 se puede observar cómo varia el porcentaje de ta residual, según el contenido de carbono y la temperatura de ción.

b) Velocidad de calentamiento al practicar el revenido La velocidad de iniciación del calentamiento para efectuar el re do, no tiene mucha importancia en la evolución de las reacciones, pe la tiene con respecto a las modificaciones locales, en su escalonami en el tiempo. Si el efecto del temple es uniforme en toda la masa de la pieza tr da y el gradiente de la temperatura entre las distintas es pe ño, evidentemente las reacciones serán simultáneas. Un calentamiento brusco o violento origina reacciones aceleradas simultáneas, sobre todo en las partes más calientes. Este andamie tiene implicancias que se traducen en obtener propiedades semejante heterogéneas. Por otra parte, el revenido puede conducir a uniformar características obtenidas por un temple heterogéneo. Si se tienen presente las variaciones volumétricas que se origi con el revenido, es factible que se produzcan por el calentamiento rápi deformaciones, distorsiones, fisuras, tensiones internas y a veces I" ras. El efecto del calentamiento rápido es más perjudicial, al comi~ del revenido, cuando el acero es más dado que su alargamiento rotura es despreciable; esta circunstancia es más notable en los ace rápidos, indeformables, etcétera. En su oportunidad se enunciarán algunas premisas y precaucio con el objeto de eliminar el peligro de roturas y distorsiones. Es bue práctica el acero inmediatamente de templado, si es posible tes de que su temperatura de enfriamiento sea mayor que la ambien es suficiente que haya superado los 40/50 oC. De ser factible en caso de temple enérgico, conviene introducir cuando la pieza aún está caliente, en el horno de revenido, baño de ace' caliente o sales fundidas, para luego concluir el revenido a la tempera ra SeleC(:;lQlt1a(la. De ser factible es muy positivo practicar el revenido de aflojamient El revenido más simple, llamado de aflojamiento o distensión, se r con lo cual, sin pérdida de dureza, liza en agua o aceite a 100-120 aumento de la tenacidad y eliminación parcial de la austenita residual a las tensiones internas. Se evitan además, las variaciones dimension nsur:aClones. rajaduras, que se producen a temperatura ambiente por debajo de cero grado centígrado, sobre todo en invierno, cuando 1 temperaturas son bajas, dado que el metal se encuentra en condición Estas variaciones tienen lugar en cie como instrumentos de medida, de et que se construyen con aceros finos. tJ.l\;C;.úa,C).

HRc

ro

N l1J

:; O

Dureza HRc

60 50 40 30 2

100 200 300

400 500

600

N'O de líneas de cementita

40 r-_A_us_ten_ita %

2,98

2,94 2,90 2,86

Martensita cúbica Parámetros de la martensíta

1,04

1.02 1,OO~_-J-_..;a",.

.....I..._.....I..._...I..._.l.-._"'"

13. Acción de la temperatura de revenido sobre la mezcla austenita-martenC 5 % Ni. Cohen.)

tao Acero 1

Es buena práctica, precautoria, de resultados positivos, para evitar en la imposibilidad. de realizar el revenido de inmediato al l¡v1J.• I.. t',,,ln.,,,,,, ... las piezas (insistiendo en 10 dicho), durante un par de hoen agua o aceite a 100-120 oC.

aCC:IaE~m::es, H .... ,

d) Temperatura y tiempo de revenido La de revenido variaciones en las "g'r<:ll"TQrl¡;¡:Tl cas mecanlcas y que son de poco al comienzo y tanto lento, cuanto más baja sea aquélla. Por otra parle, cuando el temple ha tenido poco es decir no ha reunido las características de un acero endurecido al máximo ta), modificaciones que se en función de la temperatura son lentas. Un similar tiene por acción de los elementos de como el que ~VV<"""JJj'~U u~~ la martensita. prleSE:m(;Ia de austenita residual en el acero templado, produce por ...

40

ro

80

'c

30

'c

60

,,:g

20

2

10

ro

1:1

1:1

~

'c

(J)

::;¡

«

O

v DA

v 0,6

v

v

~ 2

40

'c

20

U; ::;¡

« 0,8

1,0

1,2

/'

V

/

V

r--

i""-......

J

O

%C

700

800

900 1000 11 00 1200 1300

Carbono en la austenita

Porcentaje contenido

austenita retenida según el

Porcentaje de austenita retenida temperatura de austenización.

FIG. 14.

un efecto t:'nnllro,~orlr.T' contrario la de;SC(lm'pmnCllon tensita. Si considera el estado inicial martensítico y una dadatemperat de revenido TI y se efectúa el calentamiento con tiempos Cr(~cH:mt~es, al inicio disminuye rápidamente, figura 15, mientras que con el ti variaciones son más lentas. Existe una duración del re nido más allá de la cual no interesa prolongar el proceso. La dureza alcanzada el tiempo t¡, serán tanto menores cuanto más elevada En la 15 se observa cómo el efecto del revenido crece en r dez e cuanto más elevada es la temperatura: para En la 16 se ha representado la influencia de la temperatura revenido la dureza, en una probeta Jominy. Al comienzo el eü de la teIllner:itl.lra se traduce en una reducción grande, pero a me 1 que incrementa la temperatura, la distribución de dureza se va i lando. La influencia de la i-cn.... n,n.... y duración del revenido sobre la d reza de un acero al cromo, templado, se en la fi ra 17. En la 18 se ha la lnIlU€~nC:La venido de aceros al carbono templados de herramientas). En las 19 20 se han diagramado los resultados obteni sobre aceros cromo-níquel-molibdeno, indicando la influen la y el tiempo de revenido sobre la tensión que rotura. No existe acuerdo ~obre la i-cil'n ..... n ...'''at-l' ... a duración del obstante más se incluirá en uno de los tantos prQ "'''''''-'0''"''-'':> para tales factores. Cli'l'.... <:>

aS reglas fundamentales a tener en desde el vista ico industrial son los El efecto del revenido es función la duración del tratamiento y de la el se reducir la ternpl:!ra.trura Para herramientas es preferible realizar un "'0'''0''-'''''1""> n ...n.11n.1r'I,,,,,nrlr. a más temperatura, que un revenido más corto Los aceros altamente ale~aQOS, requieren un tiempo de revenido mayor que los aceros carbono o dé bllmEml:e u.."'u,uva. i

ejemplo que a continuación se corrobora lo para un ro templado en Se obtiene la misma dureza y resiliencía con ientes COlntJlln,aClones: 15 min 1h 4h 8h 24h 190 177 163 149 135 H

.'.

15. Variación de dureza con el f"Ul'rnnn· < ti <

FIG.

•I

tj

H1 •I

•

t2

t (tiempos)

HRc

60

40

20-----....:----:...--........;........;--........;-----; 30 40 mm 10 20

HRc

FlG. 17. Influencia del tiempo de la f-o,,,,,..,,,,,.. ,,+-', ..,., sobre la dureza de un acero. C 1 Mn:::: 0,4 Cr

HRc

70

60 50

FrG. 18. Variación de la dureza de

aceros al heIT2lmIefltas, con la

para de revenido.

40

1---+-+----4--+-....:Iroí!~

20

p...-......¡..--9---I-....¡.,..-+O-........- - ' -

O

·C 580 ·C 590 ·C 600 ·C 610 620

FIG. 19. Relación entre el tiempo y h".""..,,,n..of-""<:l de

un

'------------

---i

acero al Cr-Ni-Mu. Efecto sobre los dos factores sobre la tensión de rotura.

140

Temperatura de revenido en oC

tlernJ,:IU de revenido de Oe(JUEm<:lS nen~armEmtas. rnlentr2lS que para debe ser varias erdo con sus dimensiones, así por ejemplo, para una jÍnm el tiempo de revenido no debe ser inferior a dos a forma de pieza, pero de 300 x 300 mm alrededor de 4 a 5 a transformación de la martensita, tal como se ha dicho, se produce 1'revenido de forma regular, por el mecanismo de germinación y creiento de los elementos precipitados por la velocidad de di.ón del carbono y de los aleantes. transformación por la presencia de austenita residual, en grandes porciones, que suele alcanzar hasta 50 % en aceros rápidos, se puede ün...'ot'c..... por el tratamiento en fria (subcero), pero debe tenerse en cuenque la reacción demanda una condición distinta, si la austenita es rente (luego de muy poco tiempo de realizado el temple) que si data de ucho tiempo, figura 21. Según Sourdillon "un acero rápido 181411 (W = 18, Cr = 4, V = 1) en.ado desde 1.325 oC a 260 oC se mantiene a esta temperatura, la candad de austenita que subsiste del enfriamiento completo puede asar de alrededor del 20 si el mantenimiento a 260 oC ha sido breve gunos minutos) y alrededor del 40 si ha cuatro horas. ese caso el enfriamiento entre 260 oC y el ambiente ha podido transsólo la mitad de la austenita". "Pero esta austenita estabilizada puede ser de nuevo «sensibilizada", es decir hacerla capaz de descomponer al enfriamiento. Esto se logra por caJ.entaJmllem:o realizado en el dominio bainítico (hacia 550 oC para los rápidos), calentamiento que provoca probablemente la precipitación de los carburos, y reduce correlativamente el contenido de carbono de la austenita residual (tabla 3)," "La austenita (tal como una austenita nacimiento sea a bainita Se(:UTIloa.na en condiciones isotérmicas por """'c1'Y"",n

acero tinuo "Se los aceros

:::;i ella :::;ufre un Mf en el caso del n,+""",., ••~-,de un primer enfriam vv" ... u.u.v a de 1.350 oC hasta una de 260 mantenimiento de cuatro horas a esta una mezcla de ta-«austenita estabilizada». de tres nuevos calentamien 550 terminando por un enfriamiento hasta casi 260 oC y segui mantenimiento a esta transformar la austenita res en bainita secundaria; el metal se encuentra entort exclusivamente estado particularmente ,.
Llc;JlJ.C rel="nofollow">,LIULLJ."',UUlU

V''',UJ.vU.L\

UUVA.A• ..,VIO,

o

0.1

10

Horas

FIG. 21. Porcentaje d austenita residual pr(xiUlCídla luego del temple de un acero rápido (181411), prese aes:pUl~S del lanlleJnto :3 las tprnn¡"'rAtnlr'A<;:. indicad' en del tiemp6 permanencia a 20 oC antes de este enfriamiento. En abscisas: tiempos de mantenimiento al ambiente (horas deSlOmes del temple y antes del enfriamiento) (Fletcher y Cohen).

DE ESTABILlZAClüN DE LA AUSTENITA a 1.290 oC en un baño de a 600 oC en un baño de sales a 260 oC. a 260 llevado al revenido a 560 enfriado. lA:'lJ llH.ClU V

Estructura después del temple

Dureza Rockwell

e

Estructura después de revenido

de oC, 2 horas y a enfriado justo hasta temperatura

80

O

20

65,6

65,1

Martensita

10

50

40

57,8

64,8

Martensita baínita

60

40

64,4

Bainita

1350· min

FIG.22. de un tratamiento y

con SeIJlSl(llll:mClOn de la austenita residual

Bainita primaria

enA.

e) Velocidad de ""'rY'lT',Ur1.A

entrla1J'lU~n~~o

Bainita primaria + Bainita secundaria

a continuaci6n del revenido

la forma de detener o finalizar el el ciclo del

rR'\ir enl00

friamiento del rO'lfOl'\1nln de;SDlreC:laIDle o nulo en nr.11I"Tlr'l1

1)

La no nom()genela~la sección de un acero V rel="nofollow">.J"_U!-"-'-
n ...,"\r..,... n1.nn

la 23 muestra la influencia que ha tenido las "".....u"' ••"' ... 'vdel acero sobre la distribución de la dureza efecto del ~~~~~'I~ "~"U. ... ",.u''''''''' a uniformar por efecto revenido. aceros comunes con revenidos l1U~"'''''''''.~V'~, .... """'J........'u del valor del límite esta ia la utilización de aceros aleados que Y\lYrrn,.rr.." oDtt~nE~r y límites elásticos elevados y convenientes

Efecto del revenido sobre las propiedades ecánicas ., Tal como se hecho notar en reiteradas OplJrt,unllo:aOlBS,

1acero han sido modificadas por el

'"'''' rel="nofollow">.AL

IJ"'" ,

efecto que el revenido por ae::iCOlmlJmnCl.on , En la 24 en 'an las u.... "''''.l.J.• ,,'''..,, pr01PlE~02ldE~S >Y'r." ....... ',...,.,," el se va u.u ...... '-'· ... ~u.v y más dúctil.

7.1. Efecto del revenido sobre la dureza En la curva Jominy de la figura 16, la línea """"\0"''''''''' corresponde a la istribución de dureza del acero templado y en las su modifición por del revenido. A medida que la aumenta 0,600, 650 oC los valores de dureza se van más y más a paulatinahorizontal del eje de es decir va ente el efecto del temple. Las zonas más alejadas del extremo han sufrido un a un normalizado en aire no lJCL.U...,Lc\UlV

En la figura 17 se muestra la va.ación de la dureza de un acero con de carbono y % de cromo ilar al utilizado en la fabricación e rodamientos) templado y revenido distintas y la inencia de la duración del revenido. En la 25 se observa dureza de un la variación acero de 0,82 % de carbono, milímetros de templay a 650 en función el tiempo. El descenso de la dureFm. 23. Influencia de las dimensiones en el resultado del de la revenido.

HRc

Acero tArr'nl~u'¡n

Acero

1/2r O 1/2r r

minutos con v .. v .... r-'vu revenido a Uh'"U.'''V,''' tlE!mlOE~ratt (""""TU""""O" la variación de la dureza de acer con un contenido de carbono que varía carbono para 0,7 y el andamiento de modificación de tiene las mis características que los antes analizados. Para los aceros aleados la curva de descenso de dureza puede v se¡nS1L O1errleIlte en casos "",,v," n'r'OTn,o"'r{,'"

'."-1",

a) La martensita formada contiene elementos que la estabiliz por retardan la acción del revenido. que se deElcmnpl:me b) El metal templado contiene so del revenido, dando lugar a una maIiensita o tensita beta (según autores para diferenciarla de la ob da por así se la y que provoca un endurecimie e) Las de un cornp1ueE;to, en estado de endurecimiento y un mento de la resistencia del materiaL crt Kgf/mm2

H 400

160

r------.....,.----------, 80 4J % estricción

% alargamiento

1)

H

200

100

140

60

80

40

40

20

o L..:===::=:_.....L 200

400

L_-I O 600

Temperatura de revenido

4

o

FIG. 24. Efl de la temperatura de revenido sobre las característi mecánicas d un acero al carbono con 0,45%

c:irI~UIJlstamCJLa de una mayor estabilidad la implica se mamtiene revenique al retardar la tramsformación, la elevada y duramte más tiempo. El cromo es uno de los elementos responde a las consideraciones efectuadas; en la figura 26 se obque para un tiempo de revenido de diez horas, para un acero al ano con 1,0 %, el descenso para una temperatura de 300 oC es más nunciado que el que se produce con la adición de 1,6 % de cromo y cho más notable con 4,0 % de cromo. En virtud de lo dicho, el cromo o de los elementos que tiene la particularidad frente a un acero al ono de producir estabilidad en la dureza la marlensita, es decir reacciona al modificar sus características.

HRc

H

100 650 600 550 500 450

(a)

()

70 65 60

55 50 45

400

40

350 300 250

35

30

o 5 10 15 20 35 30 minutos

10

5

10 lfl I 2 5

se¡¡

mln

horás

25

~G. 25. Influencia del tiempo de revenido sobre la dureza de un fleje de acero al carbono, en función del tiempo de revenido.

Otro de los elementos que tienen influencia sobre la dureza al reve. , es el silicio. Si se considera un acero con 0,4 % de carbono y 3,0 % de uel y tenores variables de silicio, por ejemplo 2,0 y 0,4 %, se puede ob.~ervar en la figura 27 que· tiene un comportamiento similar al cromo dado que retarda el descenso deJa dureza, y la mantiene durante más pempo. Las mismas consideraciones son válidas para las curvas de la figura 28, donde se pone de manifiesto el efecto retardador para contenidos de silicio variables.

1.2. Efectos del revenido .oore otratl caracteri.ticaB mecánicall El alargamiento y la estricción sufren modificaciones, partiendo del acero templado, tal como se indica en la figura 29, en función de la com-

HRc

60 50 40 FIG. 26. InflUé del tenor en sobre la dure deSDU(~S del revenido. Duración: 10

e

30 20 100

200

300

400

500

600 temp.

C =0,4 Ni =3%

Si

2 0,4 % 3% 0,4 %

FIG. 27. Influencia de 1 t-"'rnnt~r~tTI1"'" y del tiem 5 minutos ~

2 horas

88 horas

00

200

300

400

oC Temperatura

sobre la dureza en ace al con contenido de silicio. " silicio como el cromo, retardan el tercer de es decir la preclplltaclón de la cementita. "UJ.J.U"-'J.<;;O

tomando sobre ordenadas la tensió tiene 0,1 carbono como 0,1 % Y 2 % de níquel la del al miento revenido, es poco pronunciada, mientras que en los rest es más notorio. Con referencia a la resiliencia de los mismos su variación por de 450 guen el mismo anaa.mJlerlto Como se ha hecho dos con el diciones físicas LernpJle de varios aceros, que tanto el

n numerosas construcciones de malOUln=:lS pn)Venl€ntE~s de forjado o que deben ser n"'/~'UH~t' , es corriente al y 0,6 % con uno o más el ""'1..lJ.I-"'''' t-H"..n ... ~>Q 31 correspondientes a aceros semiduros variaciones de las características mecánicas con pr(:;senC1La de austenita residual al revenir a baun aumento de la tensión de rotura y dureza. se observa la comienza a au400 oC sus valores máximos entre

TABLA

4

H

380 402 350 310 280 264 230 220 900 oC (1)

410

166 130

396 350 300 274 248 231

102 88 71 68

1.000 oC (1)

H

330 380 392 310

251 240 221 215

HRc

60 55 50

~,2 }

0,4 0,2

40

FIG. Influencia de distintos de silicio la dureza revenido.

0,1 Ni

2

0,1 0,15

Ni

C = 0,30 Cr

Ni

4

1

Ni = 1,5

2

Mn

1

temp. de revenido

FIG. 29. Acción del revenido sobre distintos ción. la del Relación: re,ren.ld()/aJlar:gaIllu:mt,o. Probetas: agua. al aire. l,A,.LJlLpL"'.

""'A.upJ,aUlU

de acero de una misma

Ni"

"0,1

o

temp. de

at,azKg/mm 2 150 .........- - - - - - - - - - - - - - - - - . . , . . -

4>% 24

80 140

70 130 60 120

...

-16 18

50 110 H

500 100

400

90

300

80

14 16

14

8 10

200 70

6 8

60 1....-_-+._ _~-__J'___

100

200

300

400

_l_--_4__--L

500

600


700

4

190 170 150 H

600 130 500 110 400

90

300

70

10

200

50

8

6

100

200

300

400

500

600

700

Temperatura de revenido oC

6 4

FIG. 32. Ef¡ del reveni sobre las propiedad mecánicas un acero aleado templado. e = 0,50 % Sí = 0,25 Mn = 0,50 Ni = 3,80 = 1,60 Mo 0,30

8. Fragilidad de revenido El revenido de aceros entre 200/360 y 450/550 da gar a fenómenos que considerablemente la resistencia al im en la to (resiliencia), que son conocidos como fragilidad de ra 33 se han esquematizado los rangos de cada uno. Estos dos estados frágiles, que presentan ciertos aceros, templad re,rerndos, se diferencian fundamentalmente en que el de menor tem tura es de naturaleza irreversible, mientras que el restante es reversib La irreversibilidad estriba en que un segundo a la mi temperatura no elimina el estado frágil, mientras que el segundo que se produce como consecuencia de mantener el acero durante m tiempo a 450/550 oC o enfriado lentamente a continuación del tratami realizado entre dichas temperaturas, es de corregir medi otro pero de enfriamiento o rápido, por eje


características mecánicas rerelJet,Id.()S y en todas las otras proca]rac:te]rísi~lC(lS permanecen inalterables, En se puede decir que los aceros al carbono, bien afmados y uros, están exentos de la citada mientras que en tros, la acción de los elementos forma: "-1.1.'uu t.U;;i:)

P'rI'l.gzltd:ad

al carbono de fósforo) aleado con manganeso aleados al cromo-manganeso aleado cromo Acero aleado con aleados al crOlmCI-nlClUpl Aceros al Mo, Ce-Mo, Cr-Ni-Mo Aceros conteniendo tungsteno

al revenido

exentos fuerte muy fuerte fuerte muy fuerte 0,20 a 0,30 % de molibdeno notablemente el efecto similar al efecto del tenores fuerte fuerte HJ.\.IH"-J'UCHV,

W

pKgm

HRc

60

-~

S.1. Fragilidad de revenido entre 220/360

o

9,0

La reducción del valor la resiliencia dentro del r H de temperaturas indicadas "'40 6,0 más susceptible de produc en aceros con más de 0,3 30 '\ de carbono y elementos aleación, como los anteri 20 / mente citados. p 10 1,5 El fenómeno parece ./ principio tener su origen o o precipitación de uno o 100 200 300 400 500 600 constituyentes, probable te cementita en forma de quetas en el curso del re FIG. 34. Variación de la dureza y resiliencia de revenido. Fragilidad con la do, en dicho rango, pudi de entre 250 y 325 Acero Cr - V ser nitruros de cromo o con 0,45 C. ganeso. Las plaquetas d mentita constituyen una l' película que contornea de martensita; la mayor continuidad de la red produce mayor Al aumentar la de la cementita tiend con lo cual la red y producir el aUID de la resiliencia. Owen y y han establecido que la fragí ción se produce por la aparición de las plaquetas de cementita en 1 mites de los granos de martensita en la etapa de correspondi toda adición que eleve la temperatura de tal etapa, desplaza fragilización hacia temperaturas más altas y permite utilizar, con seguridad, los aceros de este tipo con bajo revenido y grandes resist 50

~

I

'" ""Kl. /

7,5

"-

<:.1.",,-\.4".&'"

Clas.

La adición de hasta 2 % de silicio a aceros susceptibles de fragíli ción conduce a desplazar hacia arriba la temperatura de un centenar de lo que implica decir que el gílización, de la cementita se hace a mayor temperat mienzo de la 35. . la del carburo epsilon desde la martens con % de carbono, producirse las transformaciones por reverií anteriormente descriptas, no constituyen una causal capaz de prodú

S.2. Fragilidad del revenido entre 450 y ,1:;50 oC. Fragili Entre los

nrlnr'~nalc)c!

factores conocidos que tienen influencia o

K(lml ~5

20 5

/

.- ;".';;/

10 5 O

/

".111'11"

---

..... .'. , ~

.'

------ "-~

100

300

V PI

400 500 600 700 temp. de revenido

Dueuen citar:

COmlJmnCllOn química. elE~m~?ll1:os citados con cromo, manganeso, fósforo, desde el punto de vista de la composición del acero, los que más actúan sobre la susceptibilidad. El molibdeno y el la atenúan o Métodos de obtención del acero. Las numerosas variables que intervienen en la elaboración del acero, pueden influir en la Así por ejemplo los aceros al crisol y horno eléctrico son menos que los aceros Martin. de revenido. Los revenidos comprendidos entre 450 y 550 oC con enfriamientos son los que más manifiestan el fenómeno, por consiuuuv'd.JL"UJlvO

e)

del No ofrece ras inferior de 400 Los aceros por revenido mediante un nuevo revenido enfriamiento en

n ..>rT'IT"t.l

T\111

el revenido a temperaturegenerarse de de dentro de la zona crítica

arl aro

(450/550

d) Velocidad de enfriamiento al final del La velocidad de enfriamiento será de acuerdo con el tipo de acero, temperatura de revenido y dimensiones de las e) Permanencia a de revenido. Mantenimiento durante bastante entre 450 550 oC. En la debida a Vidal, se confirma este mostrando la del tiempo de revenido sobre la de transi-

286

20

ro

'(3

10

e ~

'ij5

ID

a:

o

+50

+100

16 14 12

10 8

Tiempo de permanencia en horas

clOno En la 37 se observa cómo decrece la resiliencia función del pronunciado tiempo de a 650 oC. En todos los casos, es de la median enfriamiento brusco o rápido en agua, aceite o aire o con adición de cie ta cantidad de o las de las pi

pone de manifiesto la del acero arom2:acl0I1, D.,,,,~ ..... h.r> en realizar los ensayos: Sobre un deternúmero de probetas templadas revenidas a 625 se procela n'rM'''~'~'' Una partida se efectúan los ensayos de flexión por choque cOJITe:spondHmt:e obtiene un valor PROtra partida del mismo lote, se el enfriamiento del revedentro del horno (lento, 20 horas entre 625 y 400 el vaPF' lor obtenido por los ensayos se lo mide por la relación:

s=

PR

la relación "8" de alrededor de alcanzar basta valores de 20. e]E!ffilPlO referente a la de lo el colSPcJnclIe][1te a un acero de alta resistencia de uso corriente: Ni

3,6

Cr

Mn Estado resiliente

Estado

117 77 17

120

63 14

p

~~~~~ unde :~llrlaI]11el[1to

) rey: 1 hora

p

71 16 57 2

En este SU'Duest;o mínimo de aun en

p

-100

1Y

o +50 Temp. de los ensayos

de enfriamiento de aceros """"""'::;I-.1i,.I.U .I.<::;., molibdeno para distintas telTIPler:atllra Es conveniente hacer notar que, cuando realiza en el rango de más pr()Xlm~lS nes el mismo a valores de cual es un nuevo revenido entre 200/25 alrededor de noventa minutos para salvar este obstáculo. Es muy tener en el caso de volumi de aceros aun con la de este a realizar un enfriamiento brusco al revenido. ternoerl:lttlra de revenido es es necesario y convenie un nuevo revenido a las indicadas en el últ para eliminar el efecto de las tensiones que pn)QtlCen secuencia enfriamiento cuyo efecto se ,.,...".1'1'"..... de los valores de la resiliencia. El proceso de del acero tiene marcada los aceros de horno eléctrico son poco mientras que los tin son desv1entaJIOSOS. El fenómeno de obstante del electrónico. Existen 0

A

'_

.

cita la que sostiene

que

la

en solución con la

com-

Cementita u otros carburos. Diversos nitruros. Diversos fosfuros. b) Transformación de los carburos en carburos ;::,eigrE~ga.ClCln de

\;'OIJ\J"'·J.GU.<:;;C>.

diversos elementos en el límite de los granos.

Honda confirmó la teoría de Bischoff acerca de la Ira.g11lO.3lU r la de los carburos en los bordes de oC para los aceros a 900 oC durante dos tabla 5.

p

Resiliencia Izad Enfriada en agua

lentamente

0,018 0,079

12,8 12,0 11,6

TABLA

0,97 1,02 2,0

6

Análisis Horno

TABLA

7

Resiliencia Izod Probeta revenida 2 h a 650

Mn en mre

2 °5 por min.

0,37

0,39

carburo rico

-¡.

carburo

"Si la velocidad de es lución del manganeso o del cromo en el hierro, entre 500 y 600 oC se tendrá fragilidad." "Níquel, fósforo, solubles en el hierro disminuyen. der solvente del hierro por el cromo y manganeso y la velocidad d lo cual la fragilidad aumenta. molibdeno forman con cromo del cromo y manganeso resulta re ganeso y por eso razón por lo cual se o reduce considerablemente la fragilidad. "La acción del fósforo es claramente en eVl,o.enCl.a 5 y a un acero de la Sl~~llenl~e cl::>mpO:SIC:LOU: C

Ni =

En las tablas 6 y 7 se dan valores de otras eXlpel,.e][1ClaS, más se la acción aún más acentuada por
de la cementita con eleavanza a sus transo que se forcementita estaban Dr(~CI10ltaclon directa de t'<:l1rh.rrr",' formada en el último absorbe n"'~O"1~OC'lU'''",,'AY\ de los elementos de aleación; este hecho es visible en donde se aprecia el contenido de cromo que va a tener la ce"'nT"'1f.n de la temperatura de revenido; es decir, cuanto más mayor es la afinidad que el carburo de _.~~'¡'nT,rD para formar un carburo doble. Al revenir a 700 oC mayor de carburo compuesto que cuando se realiza a 600 "C. aceros la curva de revenido que muestra la vae dureza con atribuirse las slg~llemces ncias: martensita formada por temple, contiene elementos efecto que se traduce en un retardo de la

. n ... t'lt'l'.lln

¡'(U.'LU........U.",

que se descompometal templado contiene austenita durante el revenido, dando lugar a una "martensita secundalo que se traduce en un aumento de dureza. reacciones determinan la precipitación de un compuesto que en estado de dispersión critica produce un endurecimiento y un aumento de resistencia del acero. 1

HRc

60

50

40

30

e

0,35

20

40. Influencia del Mo en la dureza.

200

300

400

SOO

600

700

En las y 40 se

Acero: 18-4-1

481...----+.---'-----"--...t.----'--........O 100 200 300 400 SOO

..

temp. de revenido

FIG. 41. Durezas producidas por temple a 1.210, 1.260 y 1.320 oC seguido de los revenidos indicados.

to, que en inicial de austenita residual.

"'-'~"~IJ"''-',

estabilizante 80b martensita del cro licio y molibdeno, manifiesta en un re de la transformació efecto crece regular te con el increment tenor de los citado mentas y se tradu un endurecimient cundario. En los aceros dos, constituidos po rios elementos de este efecto es pronunciado. En la figura han trazado las cu de revenido de un a rápido (18-4-1) en ción de distintas te raturas de calentam

contiene

10. Doble y triple revenido El doble y triple revenido es conveniente aplicarlo, en particul acero rápido templado, cuando se desea obtener estabilidad dimensi y reducción máxima de tensiones. El esquema de la figura' 42 muestra las transformaciones que tien lugar en un acero rapido templado a 1.260 oC y luego revenido en dos op tunidades. En se tiene a temperatura ambiente una estruct final constituida por martensita tetragonal, austenita y los carburos no han entrado-a formar la solución sólida inicial, indicando con distin cuadradas, la proporción simbólica de c tonalidades de las uno de los principales constituyentes (martensita y austenita). Al efectuar el primer a quinientos cincuenta grados, se produciendo paulatina y progresivamente las transformaciones corr pondientes a las distintas de revenido, donde al comienzo la a tenita se va acondicionando con carburos precipitados para obtener co estado final del a temperatura ambiente martensita venida (cúbica) y martensita proveniendo de la austenita residual, cuy características son similares a la de temple.

Símbolos

FIG.42. Austenita acondicionada con carburos precipitados

Martensita revenida

ción mática las transfonnaciones que ocurren duel tratamiento de un acero rápido (doble revenido). (Sauveur).

combinar elevados varazón por ~~,..... ,.,~-~ ... ,-"~ elevada.'). a El que DrIOD1Lle~;tos. en este eSl)ec:ífic:;arnel::lte en la dureza. para cada ml;erpr(~taclÓilldel nomograma. de un acero al , - i n ..." " " " "

mantenimien tü la relación entre la dureza DOl:"centllal de carbono del ,-,u"u.>.J'~'-"~'-'

B

24

O

TIempos

determinar la temperatura temperaturas.

Se ratura ro cuya

para una dureza de 40 Rockwell la tem de mantenimiento a de revenido de un a r>{'HnT\"C"r>,n,n es: t"H:::;,l.ULIV

c=

Mn = 0,20/0,40

Si = 0,15/0,30

p

a

a) Sobre el

de abscisas del "B" se toma el contenido que se supone de 0,80 b) Se levanta una vertical hasta la curva de 40 Re: punto 1 e) Desde dicho punto 1 se traza una curva tar en 2, la vertical levantada en el diente a Desde el 2, se traza una horizontal ,n1ra'l"'oo....1-a en 3, 4 Y 5 a las curvas cOl"'reSpl[)n(11ent(~S 500 y 550 del A. e) nrc)vprt,:rlln los puntos 3, 4 Y 5, sobre el de y se t para cada el necesario revenido para

295 Es de hacer notar que no a!e:ntalllllen1;o hasta alcanzar la telnp4ara.tU]~a

tlemtJfO de

dos horas 30 minutos. diez minutos. minutos. sellecClOn.a un tiempo de bien y que dmnaSUllUU prolongado. puede ser a aceros al carbono y aleados con eleInento Y que no más 1 % de cromo, más de 0,5 % de molibdeno.

la tabla 8 se indican

colores de revenido. TABLA

Amarillo claro Amarillo oscuro Marrón Púrpura Violeta Azul oscuro Azul medio Azul claro Gris azulado Gris

8

alrededor de 200 oC 220

230 240 260

280 290 300 320 350 400

Los aceros con alto contenido de cromo, tungsteno, cobalto y otros no presentan de o acusan coaceros ricos en cromo y los IDenacladlterEmt.es. así por ejemplo COlOre!S de revenido de sesenta grados centípor encima de los

~Je:ment()s de

Capítulo X

TRATAMIENTO SUBCERO O CON FRío

uno de los ha extendia la los nn)QTes()s a través más

"<"'"\01",1""1"<),,,",

.......u, ..,," ''A ,

IArr... <>rlr.

Por otra la ductilidad un realizando a continuación del por el En base las consideraciones efectuadas y la finalidad perseentre las que benefician a rnlll~"'\ caJra<:terístlcas. por apJICa~clOn del citan: 1"'O'\J'OT\uif'\

<::le!

del metal para el Utilizar de mecánicas. b) Mejorar la dureza y rendimiento de los aceros Endurecimiento de ciertas aleaciones. Estabilización estructural de distintos metales. Estabilización dimensional de los etcétera. En síntesis, la C;lJU.A~U.U.,"~U'AA una serie de l'n ..'"'I... t-n....ic·t-,/~..., men, hUJLh~~U,

f)

Por

la elección de un tratamiento térmico determinadas características del acero ~C;A.lllJla\.J"J de una con el fin mejor resistencia estabilidad LU~UC;U""JIVlJ,U.A, la vida de las etcétera. El tratamiento subcero o de frio, a los aceros templados austenita residual, inmediatamente del temple, para conferirle al de las antes citadas. Existe cierta disparidad de opini acerca momento más conveniente para incluir el tratamiento en dentro del ciclo de las térmicas: siempre debe ser de i diato al temple. Se dos a continuación del o de un primer revenido. Tal como se dijera en su oportunidad, la transformación martensí comienza inmediatamente a la temperatura Ms y progresa i:lVJ.aJJJCJJllJ~ el acero enfriacontinuamente cada vez, a más baja temperatura si pre de Ms. sennn~,"n el La proporción de martensita depende de la temperatura a se ha enfriado el acero, proceso que puede ser representado por curva de martensita, figura 1 (a) y (b). Cuanto más baja temperatura, mayor es la proporción de martensita formada. La transformación martensítica nunca es completa; una cierta p se en los aceros porción de austenita niendo el Mf por de en los aceros no menos 0,4/0,5 de f'~ll"nr,n"'" En~ 2(b) ha de aleación la .... 1'-.,'"'"..... 1'-..... una serie de aceros, ción la "'UJLJ.~J,ua,u de enfriados a rhe."',,,,"''' de enfriado de Mf. más los Duntc)S carbono elementos de ale~aCllon mayor es de austenita rnt:>lHlr'<;tr

lJ.aLUGlUQ

aUC;\..,l..Li'HllI

100

O

80

20

~ "¡¡;

~

(\)

2

e

e

t

Cll

60

O

(/l

:::J

E

Cll

Ü

ü O

e 40 '0 o a..

o

20

80

ID

O

100

+ 200

o

+ 100

+ 20 O

-100 Temperatura oC <)

100

Temperatura

E e (1)

o o a..

300

500

400

(a)

300

..

Cl3

:s

rn(¡)

200

Cl..

E

(\)

1-

Ms

100

O

100

• Mf

M + Aret

- 200

300-

200

FIG. 2. ~'A~V'~~Q~"~~ de la puntos Ms y Mf. (a) Efecto del contenido de curbonc~

(h) Efecto del contenido de

°

f'Jpmf'ntm~ de

aleación. A: austenita M: martensita Aret: austenita retenida.

-100 L . . - _ - - - ' - - - - " ' - - - . , . - - - . , . - - - 1 1,0

2,0

3,0

4,0

Elemento de aleación

5,0

El tiempo transcurrido desde la realización del temple o temple redebe ser en virtud del la austenita se eSl,aOluz;a ego treinta minutos, una hora y hasta a cuatro según el tipo acero. Por esta razón, es necesario y conveniente, si se lograr la y estabilidad transformación de la ausm€~al,a.m~e tratamiento a continuación o y revenido. no tener en cuenta este el mantenimiento tratada a temperatura ambiente (20 implica una cierta ""U~'''''''''JlJ.'¿,a''''JLVllJ. de la austenita que hace más dificil su ulterior V,;:}'.u.U.UJ..

......,...JL.. ¡.JJ'...,

la

de austenita residual varía además de medio de en-

.. n..,......" .. "" ... +-7 ...•....

prE~SenC]la

de austenita residual es ín-

TEMPERATURAS DE LA TRANSFORMACION MARTENSITICA y EF DEL TRATAMIENTO SUBCERO EN ALGUNOS ACEROS TEMPLA ENTRE LOOO y LI00

Siendo la austenita mucho menos dura que la reza del acero templado, conteniendo austenita residual, se cuentra por debajo del máximo y reduce la resistencia al te. b) austenita residual conduce neo cambio de en Como la austenita es aIIJlagneuc,a, ticos la inducción "'U<.J'¡::;'"U""''''~''''U' La austenita remanente suele ser el

"C;~JUpJla.UVO, '.JAA"UJIU'::>

SIOl

en las U

rrrlaC:l(JJ1, una

o reducir considerablemente las tensiones internas. de:3g~lst,e, un aumento de duredel blando lHHAU'-'LVAL

Cuando la temperatura de de austenita austenita retenida, es un aumento de volumen o nido, produciendo una estructura más probabilidad de fisuraciones a la En fabricadas con aceros de cementación al cromo-níquel, en particular, si son de alta aleación, luego de y templadas en pueden en la capa superficial una dureza insuficiente o apropiada para condiciones de uso, debido a la de austenita Si se la mantiene durante tres horas a -180 y se la reviene alrededor de 160 la dureza se elevar de 56 a 63 Rockwell C. Realizar (aunque resulta como condición primordial el tratamiento subcero del temple. dado aceros se estabilizará que si transcurre cierto y no será susceptible de enfriamientos. UU,"''''-,AU.,uU.'vAVAA

'-''-'JlAVA,",,'"'.'''''

U"'JAUpU.UU'<.AU,

transcurrido

304 .a............. del tratamiento sobre las caracteristicas del acero con tratamiento bajo cero 'toAL ............ "'JI.,&,4

Tal como se hiciera notar al inicio de considerar el tnltamí1en1:o la duración de las herramientas de acero cero, si bien se ite su no existe por otra parte u do, unanlffile acerca del momento de su aplicación, es decir se a inmediatamente del temple, pero la duda o luego de un primer ".o,:roy·nnn estos distintos usando diferentes sistemas de ""'''''''0''\'''<> VU';:'''UJLLVC:;

........... A" ................

los laboratorios de ".. .

A,U ....

J'''-

Y""':>''-'''>''''''' de vu........ " .. 'uuo."',..,,.....,," ~ ..... v.u'v ....... u ...... de lnl:lUlen(~laa.o:s, en

forma .... ","n...."", Stewart M. de una serie de te cmnpOSlCl()n Carbono Cromo Tungsteno Molibdeno Vanadio

C%

Mn% Cr

4,00

W% Mo V%

Este acero fue sometido a los

oJ"¡::;', LLA'GAll '"''"-'''

tratamientos térmicos:

Tratamiento N° 1 a 870°C. Austenización a 1.220 oC. en baño de sales a 565 oC y enfriado en aire a 40/65 oC. re'lleIllOIO a 565 siendo la duración revenido horas. ..... ,,'"',.............. ,,""' ... " '........, ......,'-1

N°2 eC3l1elu:;arnllcnl;O a 870 ........"'.v""ev a 1.220 en baño de sales a 565 oC y enfriado en aire a 40/65 oC. larIlu:ml:U a -73 oC tres horas. Doble revenido a 565 cada revenido: duración dos

Tratamiento N° 3 ecalen.tarnlento a 870 oC. Austenizacián a 1.220 oC.

en baño de sales a 565 oC y enfriado en aire a 40/60 oC. a 565 oC durante dos horas. ~njtn(unlelrw a -73 oC durante tres horas. Uo,\,rpnHl0 a 565 oC durante dos horas. n_~",.,,,...,,·ln

ratamiento N° 4 1 mismo tratamiento que el número 1, con la diferencia nido es seguido por un enfriamiento a -73 oC durante tres El tratamiento térmico fue realizado en una batería de hornos elécos en baños de precalentamiento y austenización a elevaemperatura; el se efectuó en un horno eléctrico con círculade aire. El enfriamiento a cero se con un COl:lSl;ltIUQO por una mezcla de y alcohol ensayo se realizó probando las mediante la reducdel diámetro en un torno, un acero con una dureza entre 38/42

e,

Los resultados obtenidos

los indicados en la tabla

Aumento de la

media

en este caso, ha producido el mejor rendimiento El tratamiento N° e la herramienta. En 3, se han graficado los valores de dureza tenidos con distintos tratamientos, para el mismo acero rápido M2. el de vista de la la martensita obtenida, cuanmucho más fino que los o el acero es enfriado a cero, tiene un metidos a doble revenido. Se puede itir esto sea la consecuencia e las enonnes que se generan en la a -80 oC. Si la del acero sometido al tratamiento cero reltó a la de los otros, no se encontró que el de corte de la enfriada cero, la hecomún en las normalmente. 1'>,""""+"+111117'" motivo de critica los resultados por diseX1PeJ"1IrleI1ltadolres sean pues debe también JJw~uen ser una consecuencia de errores. En realidad eX]peI'1ellClas, lo la demostración de la

,0...,.. "' ....... "" ...... 0

de tratamientos térmicos ~ ...c''''n'\''' ciones mismas, ll";xpenenClas realizadas con el clásico acero el tratamiento a "cu. han conducido a los SlE:tll1en'tes a 1.290 oC un aceite, Revenido a 560 oC durante dos horas o tratamiento a baja te -78 oC durante dos tabla 4. C;Cl1"u. ...

65

FIG. Influen del revenido s tratamiento s del acero rápi OTY'lnOl'""t':1r<> d

64

61

60 59'----'-----'------'-----"'----..........---' 300 400 500 200 600 Temperatura de revenido oC

3. Aplicaciones en la construcción de máquinas herramientas precisión Es evidente un tratamiento la estructura de solución me la transformación más completa que cuando se nr~;¡('Tl(,fl revenido. ser la más las consecuencias que obtener la mayor dureza Vl.'" tratamiento cero de gran utilidad en la ha.,..... ... YTUfl""'1f-nC" de prE~CU'lOl[1. tJ

OVL .....U,''-'

""L'V ,

"''oT\

ot-'r111"f'1

307

Tenor de austenita residual %.

se~,rHlO

de

27

24 12

27

16

9 24

19

24 pIe, tratamiento peratura, revenido, nuevo temperatura, amiento a revenido

27

12

..a ...,AU .... ""'"

10

9

9

16

7

o

O

QU]!lerlSHmalles del

de

que pasan a constituir un factor de

3.1. Otras alJ'll(~a(,:w'ne's

a) Acero rápido Tal como se ha señalado con revenidos intercalados con n'nn.',., ..... la casi de la produciendo una cualidades de aumento de dureza Composición acero rápido: Cr = 4 W =1 V =1 Mo = 0,80 C = 0,80 Austenizado a 1.200 oC. Austenita residual hasta 50 % UlJ.'v'-'

:A" .. ·CH...

C'

H

27 -·31 -46 -67

65,3 67,3 67,4

64 91 91 112

165 176 174 180 186

67,9

119

Aceros cementados En las de aceros, cementados templados en un aumento de 2 a 7 puntos Rockwell aplicando el tratamientob cero, luego del en sin previo revenido. En pasa de 60 a 64 Rockwell C. Además la ha

TABLA

LompIOSl.ClO'n

5.

del acero

e

-40

oc

-62

oc

63 61 58 59

309 de alta

c)

134

190

168 C=

Mo= Austenizado :30 mm) enfriado

oc

Revenido 200 4 horas -196 oC Enfriado a -196 y revenido 4 horas 200 enfriado aire

aire

C OAO Ni :3,50 Austenízado 815 oC enfriado en aceite (sección 40 mm)

Revenido 1 hora 200 Revenido -196 1 hora Revenido 260 1 hora Revenido -196 oC + 1 hora

142

191

148

192

143

200 204 181 183

200 164 260 oC 167

Aceros para rodamientos

del acero: tipo 52100. e 0,95/1,10 Cr 30/1,60 % Austenizado a 830/850 enfriado en aceite. Enfriamiento bajo cero durante una hora. Revenido +180 °e durante media hora. Segundo enfriamiento a cero. Segundo a + 180 La dureza obtenida oscila entre 66 y 68 Rockwell con una estabiliid de cotas prácticamente absolutas. (Cohen)

Estabilización dimensional de

~a{,(lml~ento

térmico

evenído a 120 196 oC y rev. 120 ) ciclos -196

Variación de en 00-4 en el curso de un mantenimiento a 20 °D durante 1 semana 1 3 1 año +3

-3 O

+5 -6 O

+7 -9 O

O

310 fJ Aceros para estampas

Aceros autotemplantes, para la construcción de tiene acción muy favorable al tratamiento subcero, para obtener un roa rendimiento. Aceros con cinco por ciento o más de cromo, tienen pronunciada dencia a presentar austenita residuaL El revenido clásico para su roo cación (495 a 525 ocasiona una reducción de dureza, que pued~ apropiada para casos e inadecuado para los que requieren el rimo valor. Ciertas en la temperatura de austenización y en el ro de enfriamiento, suelen dar lugar a variaciones dimensionales; mien que con un tratamiento subcero a -85 oC se eliminan tales inconven tes. Con este tratamiento la transformación es completa y no pro<;luce ducción de dureza y las variaciones dimensionales son uniformes. Por otra la posibilidad de el tratamiento bajo cero, mite elevar temperatura de temple o de austenización, con lo mayor la proporción de carburos que entran en solución. Este proce miento conduce a una dureza más mejor resistencia al desg mayor constancia en las variaciones a la vez que pro un aumento dimensional que en muchos casos puede ser favorable.

Medios

enfriamiento utilizados

Los medios de enfriamiento más COJmente::i, para tratamientos su ro son: Nieve entre -55 y -65 oC. Acetona y anhídrido carbónico sólido hasta -75 oC. e) Mezcla de nieve carbónica y alcohol metílico para tempera de hasta -80 oC. Refrigerantes mecánicos para -100 oC. Oxígeno líquido (-180 líquido hasta -195 oC. lll~H:.alacaOIles apropiadas, hasta -100 oC. 4 se muestra un esquema de una sección de un refri rador a base de anhídrido carbónico sólido y alcohol metílico. La austenita retenida superficial, al por calentamiento puede ser modificada y producir ...... ,roY'f... c.f-""" SU]pel:-tlC:IaJles.
se mencionan: cero inmediato al lVUilll:.en.IIDllel1.W durante un que mediar entre minutos y ciento ochenta entre y -100 oC. tJV,;H.>JU:::;O

"<:;JcJLlI..fJLv

FRIO

c)

a

v'-' ..,..... 'v ..

d) Puede efectuarse otro tratamiento cero. e) En el caso de matrices o complicadas de fuertes ,.U:;,i:)c;\.1 U~ librios se efectuar en término el temun revenido a dado al transformarse austenita a bajo cero, aumento volumen y pueden producirse y roturas. En todos los casos, la austenita transformada debe revenirse a 150 oC para obtener toda la estructura constituida por martensita beta o de revenido. IEn'"''''T''''' sea el caso nerse .......... que los acero y que la prlllQlenC3la accms¡e.Ja ra casos un ciclo exc~eljen1Ge vocar en otros. El empleado como elemento en:gT,lSELU3lS (hecho comente en el caso de provocar un fenómeno de mucho a por razones es de -180 oC. del V""-L"'-'-,U.V y su C>C!L,. ..... t·O

'"'.." ........ ..,..\J' ...

1""IoaITr,a

J."\.4'UJ.UlV

312 poder más -195 oC. El líquido se manipula fácilmente y fluye como el Las que salpican sobre las manos del operador se eliminan tante por calentamiento. En el supuesto de manipular piezas enf en este es necesario utilizar guantes de amianto, sop tenazas otros dispositivos para evitar las quemadur o la a -195 Cuando las piezas metálicas se sumergen en el tacto entra en ebullición, Esta ebullición es y".nC'T'''' que la capa gaseosa que rodea a la impide un enfriam' rápido. Al encontrarse la pieza lo suficientemente fría como para el líquido la se observa un recrudecimiento considerable de la eh ción, que cesa en el momento en que el producto alcanza la tempera del baño. El anhídrido carbónico, llamado corrientemente gas carbónico, la particularidad de ser soluble en alcohol, acetona, etc 10 cual se pueden obtener mezclas a muy ras.

5) Duración del tratamiento El tiempo de del acero en el medio neral está comprendido entre treinta minutos y dos horas.

Capítulo XI

TRATAMIENTOS DE ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL POR CEMENTACiÓN

Los tratamientos de endurecimiento .ca se clasifican en: Tratamientos térmicos selectivos. Tratamientos termoquímicos. Tratamientos mecánicos.

un

tratamientos térmicos de consisten en calentar rápidamente un ........r'nnroTn selectiva a una al go enfriarlo de lluvia te o bien sumergirlo en un líquido El t-"' len1t;anlIeJnto superficial se de I'h-t,n...a,n-t<>o Por inducción eléctrica. Por llama oxiacetilénica. Por inmersión en un baño de metal o sales ...........".. . . . . .,......,. Por rayo laser. Por electrólisis. Por haz electrónico. t;C¿'l:'t..¿,¿,v'v,

c"nO"'~l... r<~ron

lln

L ....' " , ....."

.t;;Ill-t;;H,¡'Ul,/,UI'I-.

..."

consisten en calenen un medio durante dentro

t-n............" ... "'t-",,·'"

a)

b)

d) e)

D Ul2:aCloIl, cuando h) Otros tratamientos c) El endurecimiento por distintos Ii'C'U"C'

están estrechamente en la vida i formas de solución: el criterio tecnoló de resolver. En trata de lo una cierta confiabilida condiciones de elemento construido para con buen reúdimiento El reúne rosos los que pueden puede ser un costo más nlc,"-:',i"tr> sea de mayor resulte menos oneroso, por la inmovilizadó un menor durante menos tiempo mejor aprovechamiento. el punto de vista del cabe consignar que tanto la lidad y tipo, como su costo, no un factor determinante p uno de los métodos, dado que se en ambos casos de acero r"v.. r\J"n,c~· la diferencia estriba en su contenido y de aleados se tr . .""',..,,,... tener convenientes o necesaria de aleantes. Existen otros factores hacen a la que conducen a que el definido. Para ambos casos, merecen ffiemClOIlaI tes características: a) debe ser fino entre 5, 6, 8 Y en la norma A.S.T.M. b) iOrno;g-elleldaa de la estructura: en el la estructura debe estar por en unos casos sorbita o martensita revenida en aque que resistentes. ,"tOW"C>''1"t<::,,,,

vUJL'UUU

en la necesario que el contenido de en particular, se m~mt;en.ga dentro de los establec:;idos, en bastante En el es necesario e ausencia total de descarburación, grietas, escamas, óxidos, microfisuras suJ.J.vU:U.<:o"', etc. Es evidente cuando el acero es sometido a este evento se cuantrefilado o SUSCE~DtlbJle que se encuentren esas anormaVV.,UI.J''-'U.LvL'JLL.

res,pecto a las mecánicas del acero en luetratamiento por temple selectivo o tratamiento termono difieren fundamentalmente, aunque en ocasiones se Ina,..".·"n del límite de un tanto con el temple Con a la al por rozamiento no se ha hasustanciaL Bajo el teniendo en cuenta que el contenido o es superior en el tratamiento selectivo (0,37 a 0,50 ue se por temple en función de un enér'co que el acero recibe el enfriamiento externo por eCÍón de un e interno por la masa del metal. Es necesario en dos los casos tener en cuenta la la a tratar. El valor de los no gran aunque esventaja el temple por la necesidad de un técnico eS1Je(:laJlls1~a n electricidad y preparación del material. Un operario de menor uía, puede atender varios equipos de en virtud de lo JrOlOIJlga.GO del proceso. A título ilustrativo se mencionan una serie de que es necesario en número de unidades a tratar, volumen o dimensiosimplicidad de las . costo operacional del meca(desbaste tratadas; reE.pOltlS2LDUlG2lQ en lo características núcleo, etc. una de las aplicaciones más interesantes de las construcciones ya que su principio, como se ha dicho, lUl:l(1;arrleIlta en reunir en un material de dos pr(lPllea~laE~S que se con un solo acero, en la aII1lplJltud mrnellS10n que lo hacen en como son un tenaz y una capa resistente al Ut::;::>~i;;t"Lle. SíIJlte~ns, se que la oficina de costos sente todos los factores fundamentales de la "'ror1•.,.,."'·...... ción con la debe definir el camino más conveniente a . . T\T',oC!c:>rtf''''

-nll.,...'...

Así por si se observa el valor de las características mecá cas en aceros comunes con distintos contenidos de carbno, templados, 1 y 2, se puede que mientras en los de alto carbono, la SlstellCla y dureza el alargamiento y la disminuye en los de bajo carbono 0,1 a 0,2 el comportamiento es distinto.

crt

CEMENTACION

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 %

Dureza Rockwell

e

FIG. L Variación la ot y <5 en función del % e sobre ~_"h~t-~~ pequeña masa. ot después del temple nnl~"''''''''tl'''' 1: Máximo posible 2: En estado de recocido 3: <5% en estado recocido 4: 8% en estado templado

e 706050-

10 1L..._-JI_ _--t-1---ll--......J-I---11---1-1_ 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

FIG. 2. J.Y.lalAl1.UQ" durezas 1uego del temple en función del contenido de carbono.

ha rer)reserltado, c;"'~"LH;Hlal;l\"a.UH:;IIl;¡;;, realizado en de un acero con ternpJle el valor de la dureza y tensión de rotura ientras que en (b) un acero dulce, también con ..,J'\., total presenalta Quiere decir enor dureza y tensión de rotura, en un solo matepudiendo o reunir estas resueltas las características o se bIes a un acero cementado y En la (d) se han sobre secciones de los valores que reunirían un acero dulce cementado y templado y aleado con similar tratamiento. De acuerdo con los ""r"H"'.....l1'",..UJ.vJ.J.l;~}C por utilizar un acero al carbono o uno ... lTr~Hn:::llIP

""vl . .

""vlUIJIU'-"V

(b)

. J1

ACERO DURO TEMPLADO H 700 =250 kg/mm 2

p

ACERO DULCE TEMPLADO H 180 crt 60 kg/mm 2

O

20 Kgm/cm 2

/,

/.

(e)

(d}

~ .

"

1l .

r

'.

FIG.3.

A.CERO DULCE CEMENTADO Y TEMPLADO 700 ot 250 kg/mm 2 p O H 180 ot =60 kg/mm 2 p = 20 kgm/cm 2

~~~~~~~EClAl CEMENTADO Y H 700 H = 280

ot = 250 crt 120

P P

O 10 kgm/cm 2

A modo de se puede que el acero luego del ratamiento termoquímico o térmico superficial o selectivo debe reunir s propiedades: Poseer una buena resistencia al y a la en la de trabajo, condiciones estrechamente vinculadas con del producto "".rió""",:' ..." .. " " r1InY"O'1'r:1

b)

c)

para uso. Los de a) se logran como se ha dicho en THT''''.r,~ dureza acero carburado y templado o por temple selectivo. La capa dura implica satisfacer b) se me te un espesor o capa enriquecida de o carbono y geno y templada. La distribución de las tensiones superficiales que mejorarán o pr cirán un buen límite de fatiga, se con un selecto y bien re do las condiciones de enfriamiento y de tran mación nc<." ...,."·'T ......... Las condiciones es decir resistencia características de se concretan o nientes tratamientos térmicos apUC¡;lU{)::5 de cementación o y ..e",,,,..-,,,.,_,,

Si bien aún no el cual un acero se celrnenta, lla en síntesis en tres et:f.lnaH: Disociación. b) Absorción. Difusión.

el mecanismo considera que el proceso

pneClSlcm ..-nTY'ou

ULVU"LV,

a) Primera disociaci6n. Todo el proceso desarrolla en un medio gaseoso, aún con cem tante sólido. Disociación con la el átomo naciente q entra en el campo de fuerza del estar sometido a e vadas que llegan a El proceso efectúa en un medio gaseoso y en que las moléculas se descom nen átomos activos del elemento que va Así por 2 CO ~ C02 + La de la ae::;co,m¡)OSlClIJn, llama sociaci6n. b) .... n n · u n r.. , .

Bajo el efecto de la agitación una molécula de monóxido carbono situarse entre los átomos la red del hie de los evadirse la acción del campo fuerza del sóli Vale el proceso se en el límite y el mis o ciclo en que el acero en austenítico absor átomos libres de carbono.

319

lENTOS DE ENDURECIMIENTO

del proceso, los átomos de carbono OUUTIlOen como de inserción en la red del 1nn'''''t-·...ro (que la conductividad se con los del metal, contriUAAA'-'OLJ.

a..UO.l.a,\-lUIU

de áto-

En la actualidad ite la hipótesis de Y. l. Frenkel en virtud de cual es mecanismo de autodifusión {los átomos del metal se Ut;.::i¡JA,Gt.6et.l..l. he1ter'odlfulSH'm, es análogo. 4, si en las proximidades del áto\ "

~

_1>-

8

--~ ~ lA ~

\

o I ~S(~UE~m

una

un átomo dislocado.

,e Vacancia o hueco

Atomo dislocado

está determinada por la naturaleza de la sustancia. de un intersticio a otro o intercambiar nf""""'n~ otro. El mecanismo de la el más fácil de vela la diferencia tan de las de activación que la difusión se en realidad sólo por medio del vacancias. La infuencia de la telTIp1er;attlra ~.'J.V.'", se debe a al aumentan las OS(:1l2lCHmE~s en virtud esto crece el número de vacancias que "En síntesis en la carburación se producen dos grupos bien ""'-.u..,''" '-J."''''. a) Las que bIece una la C'."""v.·~. UL\J'-ULJ.J.J.OLLJlV

L ....

ant"T"CHT'=l

b) Las que tienen del carbono a las habrá de aportado a la carbono que difunde rior. el acero absorbe carbono en concentración entre ésta el núc LHA,"""""''' es la fuerza impulsora del paso carbon zonas de más contenido, en tanto que la concentración no uniforme, estando la masa de carbono que atraviesa la definida por la de Fick. NOTA: Primera un determinado funde de P a F.

de Fick: Sea una barra cilíndrica M, itiéndose que átomos de otro

Para que esto sea posible, es necesario que en el instante conside do, los átomos del metal MI, no hayan la distribuci uniforme en el M, y por consiguiente, la concentración c del primero v ría un máximo co en P de un mínimo CI en F. Si c es la concentración en masa del que se difunde en sección AB y c la de una sección A'B' a una distancia dx de la prim ra en dirección a se considerar la cantidad dm de que por difusión AB a la dirección COll1S1.oera( cuya en el dt se expres rá por la ecuación a la química: dc dm = -dS donde el

dt, dx del s~~~~..

'1.rJ.(J.v

miembro tiene en cuenta el hecho de que dm

DE ENDURECIMIENTO

"",n.01>"+'''''0

POR CEMENTACION

o sea, es la cantidad de materia unitaria en la unidad de ..... ~~-,~ de concentración en la dirección

as que o 'negativo. coeficiente de difusión D, mera de la ) D = Do.

de la forma:

y

expresa,

coeficiente de difusión (valor la ta1rn ....'",..'''t,,~·''' factor de frecuencia (cm2/s): que delDerlde hierro (5,8 prn,¿;f,U>N energía activación hierro gamma: t-C>1r'nn,,,...,,t-,,,,,,, absoluta. constante de los

1 I I

p

F

S

S'

En el caso de un acero de 0,1 de carbono, el valor a difusión del de alrededor de:

con ret:;OI=cto a

tanto R como Q, no dependen de la tel1nDf:;ratU]~a el coeficiente de difusión crece notaIJleml:ml~e elevarse razón por la cual de la ecuación se deduce que el coefide difusión del nivel la de actiCuanto mayor es valor de la energía de activación Q, tanto ás disminuirá el coeficiente D. de soluciones sólidas de el de difusión que no necesita quitar el átomo del soluto de su la de activación es menor que la rese tratara de una de sustitución. En síntesis: el de la carburación gaseosa, se basa en hacer una comente gas o gaseoso dentro del o cámara horno cerrado contiene las de modo esta afluencia continua de genera la carbono nunca alJ(:LU.'Ave,'C' O.UUIJA"-',

TU1'.U.,.-"

. . V ..... IJA<;;.U.... vA..........

eV'ldtmt,enlellte el carbono naciente nrl[}dlLlClldo

que carburante.

Carburación :1.1.

un tratamiento durante cierto a una en un medio capaz de cederle carbono y al aire o por o con un sólido.

3.2. Objetos de la carburación La u.u.uu.uu.u carbono

mediante la

lTH'(yrnn1"<:lt"l('

a) e)

d)

de acuerdo con los

rO'"1,,,,r"lrr'

323

"~r'T"'''C'':' más de la carburación son: Composición acero. Tamaño de grano. Cementante. Temperatura de carburación. Tiempo de carburación. Práctica de la carburación. Otros factores. Tratamientos térmicos de las

a) Composición del acero

El acero para cementación un acero de calidad. Un acero de caliaquel que reúne un conjunto de que le permiten salas requerimientos del uso. bien, esta debe estar acompañada, tal como dice el Rodríguez en su trabajo La forja y los aceros de cementación, una serie de condiciones que definen: La pureza o composición química del acero. en el e51:) a (:10 Homogeneidad, decir que no Regularidad, considerada como ri'C:'r.n,",""·,,, ... en el tiempo, vale decir que pueda ser enjuiciada como: 3a) Inicial o de fabricación. 3b) Final o de envejecimiento. De servicio o fatiga. Considerando a la calidad, desde el punto de vista de posición y ientación pueden facilitar cierta información sobre la homogeneinotar que las 0p1ercLCl(Jnt;S IIleta1l1rglc3ls d cabe er el origen de heterogeneidades, sea por set"E~gaLCl()n, enetración del temple, etcétera. De acuerdo con los esfuerzos a que está sometida la pieza, la orientaión de los mismos no sólo van a depender del acero sino del forjado que a sufrido, así como de la anisotropía resultante que puede producir díha trabajo que permitirán valorar realmente las propiedades en sentido longitudinal y transversal. Los parámetros más afectados en este sentido, son los que definen la apacídad de deformación, como ser el alargamiento, la estricción y la resiliencia. Por otra parte, el acero de cementación debe mantener regularidad en el tiempo, vale que sus características dentro del tiempo previsto, como de buen rendimiento, sin que esto implique lograr partidas con valores otras de menor calidad. 'v , las del acero de cementación deben condiciones de forjabilidad, de maquinabilidad como C;:"Ii.JU'G"l,a a los tratamientos térmicos y termoquímicos.

OJ'.... " ' " . ' " " " .

,""""JL"""'''V",,

'0'

OA.U.... OAJU '-"

324

Además de estas tres ~ . . . hacen al de

, i-.t- . .

UJ.A~AA""U. .-. ..."",1- ...,,,", ..... ,,,

r

del acero, en

de carbono.

del carbono de la capa carburada b) Distribución núcleo c) Tamaño del grano y su variación dentro del ción. Estado del acero en modo C;Llluc;'~ la estructura de bandas. Es de suma sencía de la influencia .. a L

e) f)

Bandas de características

,"CJ,u¡..aUUJ.JlJ.U<'lU

a la formación de redes de carburos.

Retención de austenita. h) de deformación. Con a las pr,optedladles para cementación 1) Buena al de~,gaste risticas satisfechas en "h.,... ~,.",~ contenido de carbono distribución "'''''.-..''''..+-,.,' .... altas espesor dual. como para Necesaria a da distribución de tensiones. N úc1eo resistente y tenaz para satisfacer las eXJLgenCLaS tá sometido el metal en en función del caso. un factor ""'............. n?'..... La Clom,tlt;u las prCJplea:aa~~s aceros tienen que cum"[lllr "V"~Ap""""J""JLU.""'''' normalizada. El tamaño del grano debe ser bien en virlud de su i distorsiones y defi dencia sobre las maciones que finaL '""'''UJ-J'J.CUJJ.J.JlUOLU

UC;,U .... H.HJ,

no una trasunta a las caracteristie~IJUI1Ut~r a

las caracterís-

deben sean al carbono como salvo una cantidad de carbono que no exceda de 0,20 voluminosas puede hasta alrededor de 0,30 % C. a estructura del acero en una sección transversal tituida por perlita (áreas oscuras) y ferrita fotomicro·fía 6. Debe en forma extrema que no subsista la estructura slsgI'egactas, por la serie de inconvenientes contratiempos se producen en el mecanizado, en el tratamiento, en deformacioy en la herencia estructural he·ter'ogénea. UUJI ....... L .. U

6. Acero al carbno: 0,13 recocido. >J"-",,""-,'U transversal: (áreas oscuras) (áreas claras o blancas).

IG.

e

v ••.LvU."'v.

razones:

debe ser de alrededor de

b) c)

e)

El núcleo luego del o de los var una conveniente Cuanto mayor la ",...,,,,,,r''''''''Art bIes las tensiones re~nQUale8 or1odlUClld8lS Cuanto más elevado el contenido de carbono, del como incidencia además Cuanto mayor la n"'("\'nf\r"~'f\n ce el sobre más los ""v"H~JV.:J

neso se ite como máximo ~ un contenido de fósforo supere 0,04 El fósforo tiene la de favorecer la fl ción de estructuras en bandas por esta característica rencia se mantiene luego de la no eliminado un tratanliento térmico que como el núcleo conservan al final del tratamiento netel~o~;erl.eIaaC1 de la estructura en por cansí con distinta de carbono. es válida para aceros aleados. el fósforo además de aumentar la un notable aumento del tamaño del ....F-."iL ...' .... de la ferrita y reduce la carburación. ......." i U " v .... LU.•'''"'

'4

El contenido de manganeso se tos del Habrá donde

----~-~--~---~-~~-~ ~~~-~----------------

IIIIIIIII

327

con el fm lado el T,".. {",rn'''-'~l'''''O " " " n r i n .. '~'" en el V'VU>~I-''''-. tratamientos con reaceros con alto manganeso, son IU3J:lganE::SO

f'nrnn,,,,,,,,nriH1n

entre 0,30 % Y

0,12 a 0,20 máx.0,04 = máx. 0,04 0,30 a %. =<Jt = 37 ± 3

enfriaComo se deducir de las consideraciones anteriores un acero ra carburación reúne una serie de características bien no define solamente porque sea de bajo carbono. Los aceros al carbono carburación tienen una serie de limitacioes o a a) Facilidad de por tratamiento muy nrrUrl1,",O'~l_ sobre todo en para un U~">L"U'''",''~ lo que obliga para rnri",.."'''' un doble tratamiento, es tratamiento de rp(:TPT\PT'>~f'llnn de grano; esto puede inducir deformaciones de conb) Los valores de resistencia del núcleo son relativamente bajos, que no a superar los sesenta cuando el contenido de carbono es inferior a 0,10 Sí se trata de secciones Ul'-'CF,"'Ul""", las mismas en función de la severidad del tar muy

c)

Por el los aceros como se verá a vV.lL"JlAJ...... a.',LV.U. sentan mediante menores velocidades de entnanaÍ€mt;os, cleo más con buena resiliencía remanente. Los elementos de aleación más frecuentes son: pUGIEmCW encontrarse simultáneamente los ellos como elementos aleantes. De acuerdo con Guillet, el estudio de la acción de los elE~mlen1tos aleación efectuarse teniendo en cuenta los i:!L¡:;UJ.C;J.LI"t;;C IJU.LLIJUO. Efecto sobre las características m(~C2lll1cas. refieren al u U,'-'J.<::'V ración y ae:SDUE~S Efecto sobre las de los tratamientos térmicos. Los elementos de aleación Forman solución sólida con ~'orman carburos: cromo, ULI.HLIUU'CLL'lJ, ... , ........"'1-,-,.",'" ra. e) Forman carburos entre El vanadio reúne las .::>J.I:::~UJ.vJ.L"vO sólida con el hierro forma carburos de vanadio. Los aceros en función de las que mente su uso: de núcleo: aumenta la tensión de rotura la resistencia a etcétera. b) o c) en los tratamientos térmicos. d) de deformación. de fisuras o medio de t;;LJ.LL AU.UL.lt;;LJ.liU, menos ..." .... ,-....., f) aceros +~~,~.~~~ res para La dureza r.o·.... i·6....'n.-, cio una elevación de ""'''!J.~IJ('vr'''''····~ ción que la resistencia al de:Sg::ist'e, variaciones de las prlóXl,m:iE: la dureza permanece más estable VIJJ.v\.J.U\.lc;.:::l

"'UAu'>L""J.

UiC;UU.V.::>,

...0'''' • • ' ' ' '...·''' .....

UH.,U].'L\,,-,

menor

es-

lo la solución del de se transforma al llevarlo a vale decir que existirá del hierro satura-

""U,',""'"

\..L ..

de ción de cementita. ,XI.Jel'leJlIClli:t::J realizadas con mismo carburante bario 40 0/<-") todos las condiciones de la de las condiciones de los resultados obtenidos sobre os con 0,1 % de carbono, sin aleantes con la misma n ..(\nr... "'I(Vn urezas con el cual se logró una penetración de 0,9 mm, ientes espesores en función de las proporciones de aleantes: UlU.,"'V'U

de aleantes

Penetración en milímetro

Ik

11

12 10 11 9

9 10,0 11,0

4

O 4 2

330

STURLA

La razón de que los aceros al silicio con 5 que la solución hierro alfa-silicio transformarse en hierro y "'","r.I~,nn no está al estado Los elementos constitutivos del acero, distinta '"n.~I bre el tratamiento térmico del acero carburado y sobre las mecánicas.

..

~._

del manganeso: El manganeso aumenta la fragilidad del núcleo de la "<:>y·hn""",,..~,{_ crecimiento del obligando aún con carburación a ra, oC al temple. Si un solo de carbono no debería exceder de La del doble LernpJle bre la del que el 'J'-.o~",""AL'U.'--" nor':>t'11r'" actúa como si fuera un revenido de resiliencia realizados con nr,,,h.e>1"":lQ "~ ....... , , ,..r,,,cnc.· valores: " ......C/"'_"'-"

vvA.&A¡J"v

vv<cutJ"'""

Resiliencia del metal recocido

Resiliencia del del metal no cementado .Y a 1.000 oC

e

Resiliencia del metal cementado durante 4 h a 1.000 oC

Mn 6 6

38 39

Los resultados obtenidos con doble a 1.000 a 750 oC produce el efecto de un. revenido alto) muest conveniencia de los mismos.

C!Dc,nr.rfn

Tenor

e

en Mn

Resiliencia del metal cementado durante 4 h a 1. 000 oC habiendo el doble de temp

28 20

TtUEmC¡~a

del

ConstIt.uv'e un gran beneficio la adición de

331 ro::> ,(>1" ,.,.r1<'1", .~ .... "

del

del n ú-

.1.'............. ...,''-'.

Sl~:ull:mt,es, reduce

el temperatura y tlem[)o

Acero extra-dulce común

Aceros extra-dulce con de

20

60 (no rompió) 60 (no 60 KHc)!n',ClmletnJS (no

4,0

La perlita de la capa ""'.. . +'1""0 se de los valores V""'-'''''J.Uu.vu, Mediante un "'.. . oJj,"U.~J1 O pueden A modo de síntesis decírse reúnen prone
l.UlJj' ....

.... ,

L"

e) Posibilidad de formaciones;

"''-'''.UIJ'''--

Influencia del cromo: ..... n1..TYl'1"n obtener capas

...... ,.,. ...',,.,. ...

único, con todas las ventajas (menores deetc.) y economía que el mismo

prt~senc]a del C'l""CU·nc],.........."... de

er en los aceros de cementagran dureza.

Las cáracterísticas en e-ene:ral son similares a las del manganeso. En el cuadro de valores se nv'r.,....c'oo .... los resultados del ensayo de flexión por sobre de es hacer notar la similitud de las cifras con los aceros al manganeso:

Resíliencia del metal

Cr

22 25

22 15

6 5

oscila entre 1 "U-<:-''''~'''.k

misma encontrar

molibdeno: Estos elementos el manganeso cromo; de los dos el más n,...","'.... ~ su máxima no excede en corrientemente encuentra alrededor de %.

Todos los

del

1"...

tienen:

DE ENDURECIMIENTO

P

0,40 %

....n,' ~'VLn.U POR CEMENTACION

333

S

que los de aH~aC:lml, tienen una la estructura de la capa mecanismo la de difusión. ale'l;UlLt:i::l forman carburos, pueden n cn en la capa dos fa1" ................, por austenita y carburos v'.., ... la concentración de carbono de la puede OUJ "', de la austenita a una determinada temperatura, al pr(~SenC]la de cromo, molibdeno o vanacio pue"\r'i •• f'l1..

¡;;, ...

aumenta el coeficiente de redupero la concentración de carconsecuentemente reduce espesor de la capa.

Sulfuros A, serie fma hasta N° Oxido de aluminio (alúmina) serie fina hasta N° 2. Silicatos

a)

en condiciones normales de uso, una con de r"~l diente en los aceros aleados. b) una distribución de carbono tJaU.l(Ávl.l1UU'~ <.,-. hacia el saltos e) Características constitutivas tales que constantes. el) .. n f \ n

f)

Que sea factible de ser re(~mplflZ2lC10 Tratándose de cementantes . tividad ténnica y débil capacidad , . J ' . A .....J U .

i)

las características relacionadas con la velocidad de a la A de de un cemento lento como el carbón de carbura UU'-'-UL.U'~U'J'-' el metal que uno es decir mediante e la duración del r...-,"Ir-c.cn saturación rtó..."r rel="nofollow"><:> y difusión carbono es menor. El cementante debe mantener constancia de sus Df()D1.eua cuando la varíe. Un cementante cuya rante variara mucho con la no seria r"E"·,,rr~........... n1ro ción

T'lú ...

j)

De acuerdo con las características can en: Cl)

Sólidos

los cementantes se

CeIDEmt;aclOn iónico

pnl~anteR

sólidos

ha

carbonato de bario en y efectiva la del solo. carbonato barío se basa en la

Tu·/"nK'\T'(VIAn

Ba C03 + e Ba o + COz

30

reacción:

Ba 0+ 2 ea BaC03

Las condiciones de restablecimiento del con carbonato de son más y más sensibles por una mayor saturación de carteóricamente no existiría consumo slemIlre se pnl(1tlCen

<;;aJLl.u,~u.

Carbón de madera Carbonato de bario Carbón de madera Carbonato de bario El cementante es Carbón de madera Carbonato de bario Carbonato de sodio Carbonato de calcio Fuel oil melaza 4) Carbón de madera Carbonato de bario Cake Como cake contener azufre se usa como analízarse con cautela las características de la capa resultante. Carbón de madera 60 Carbonato bario 40 1)

Este cementante muy data de mucho como cementante de Caron. Básicamente las mezclas carburantes sólidas contienen madera y uno o más que actuando como catalizadores el contenido de carbono que se incorpor nDT"ltor" de la zona carburada. n ..''' .... ' ' ' ' ' ' de carburación del acero con cementante sólido se desa forma: Sea un acero M, 7, rodeado de celment; te carbónico a una entre 900 Se produce una reacción del carbono con el del aire existe en el interior de las y se genera monóxido de IvL"-'.lHI-I\J

g

(1) 2

e

02

El monóxido

ca

2

ca

deSC()mpone a la telnnerl3.tllra considerada en:

+ C02 (reacción

rO'iroY'cnl,lo

El carbono molecular de la no tiene directas des no sobre el mientras xido de carbono (CO) en estado gaseso se difunde a través en un cierto espesor o capa en donde con el hierro al estado alotrópico y monóxido de I''':1,.. nr.n .. inestable en carbónico carbono al reaccionar con el hierro y da formación del

n ...r'T'\1l:H1

LLU'-LvU""

+

Fe

Fe~lC

inicia la absorción de carbono en la o difunde hacia interior del le decir que el proceso se desarrolla en fase gaseosa, dado forman en la el fundamento que

del

si que la e de anhídrido carbónico hacia exterior del onóxido de carbono hacia el interior de la capa. r carbónico emergente es absorbido por el carbono íncannte y genera nuevamente el monóxido de carbono. Simultáneamende monóxido de carbono se hacia el interior del meque produce nuevo el anhídrido tanto cementita, que al encontrarse el hierro al U.l"'V,",lo.~,lV'l, absoral límite de absorción deseado. ael)erlUe de:

Velocidad de difusión de la cementita de la "'"'HVV~, hacia el núcleo del se encuentra en COllmlCl()nf~S Cuanto más descompone el carburante, tanto más elevado será el nivel de absorción y tanto más pronto alcanzará el nivel de absorción. ....

cl

En

de acuerdo con lo expuesto se tiene: En la capa cemento y una atmósfera de monóxido de en la masa metálica incandescente. carbono que b) En del hierro al estado gamma, se produce la formayanhíción de cementita drido carbónico.

M

FIG.

338

ANTONIO E. STURLA TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE

Si solubilidad fuera muy se reduce la importancia capas límites. En la figura 8 se han trazado curvas de penetración en del tiempo-temperatura, considerando que la carburación propia dicha ha demandado e insumido un tiempo de dos pa ciar el proceso. .. 'C:'.Lj,.., ........ debidas a Harris con cementante de Caron (60 carbón madera y 40 % de carbonato de bario, cementante muy e co, susceptible de generar cenlentita libre) han dado para distinta peraturas las curvas de penetración-tiempo de la figura 9. Recordando que la de carburación debe ser cuanto más elevada sea (teniendo en cuenta que la difusión e O

E S

a 950 oC

....J

« o 11-

o

« o es z

0,75 0,50

:::J

u... O

0,25

a: Q..

t (horas)

O

FIG.

Profundidad total en función del supuesto de 2 horas).

pn~ca.lerltamlento fue

E S z

O Ü

CEMENTANTE DE CARON

60 % 40 % ,...",,",.... nn,,,t,..,

« a:

::::> al

a:

«

o

UJ

O

o o« O z

::::>

u...

,

O

a:

a..

2 3 4 5 6 7 8 9 10

de la temperatura (el

339

de la carburación con cementantes

"'V"H""~J<:)

cementantes ntes: tratamiento demanda mucho tiempo, La duración todo deben calentarse consumo de combustible calentar el cementante y m(let:lenaH~nt;e del ne<~esarllO para hacer lo con las \,.,U

costo de manipuleo colocación de las Dificultades para templar las directamente H 1<3"''''''(\

cuando se no siendo

,",v.l;'L¡J';U..l.l tJVCHVj,v

Irregularidades de temperaturas en el interior de cajas granno construidas con los correspondientes. g) carburan más. h) adecuaf)

'-L.lW'¡JUj'A'-'J.

t::-n~U/l,.¡'''

de los cementantes sólidos "'''A AU V'" ,

preE,entaIl. entre

Son de bajo costo y sU~,Cel)tll::)les ciertas r. ...."."rlnnl'l.nC' en más de una operación. Mezcla de componentes fácil de obtener y realizar. Mezcla de reconstitución simple, por re(~OnlP()Sll~lOn de aprovechando el anhídrido te. o· como para mantener sus n1"i.,nrl1"t"~ Las características del cementante varían poco, cuando la composición se desvía un tanto de la Cementante de fácil en lo que a su se refiere. ,",VAJ"UAAU;V

b) e)

d) e) f)

340

M 'PI"'''' , ,

'E. STURLA

TÉRMICOS DE LOs A

Aun en condiciones fuera de uso (gastado como r>",,,·h~~'r,,,, ... t ceptible para tratamientos de recocido o --~-~"''Vj h) Protección contra la carburación relativamente simple. i) 1tlediante la colocación probetas en apropiados, ceptible, ir controlando el desarrollo del tratamiento.

Cementantes

~",","""~hV'-'

En la carburación líquida (baños de el cementante tuido por cloruros y carbonatos compuestos activos como sódico o potásico y catalizadores como los cloruros y f1oruros de bari troncio, etcétera. En este proceso, no obstante la incorporación de una cierta de la dureza adquiere el acero, pn~SenCJla de carbono. rlv-I"U"',<",-,'n en un baño de sales no '''''TTU'''''''A 1)

Oxidación de los cianuros 2 NaCN + 02 ~ 2Na

formar cianatos:

""V'J~'-"'VAA del cianato para producir carbonato de s cianuro sodio, monóxido de carbono y 4 Na CNO -7' NazC03 + 2 NaCN + ca +

Carburación ca + 3 Fe

2 4)

acero: Fe:3C + C02

del acero: 2 (n) Fe + N 2 ~ 2 Fe

N

El cíanuro reacciona con el anhídrido carbónico formado n.Y',n.r1,nr>l·Y' cianato monóxido de carbono: +NaCN~ CNO+CO Cuando se desea un baño más activo (para penetracione, alrededor de 5 mm) se un activador, generalmente clorur bario suele completar además con floruro o cloruro de estroncio, por la de carbono produce más intensa que la señala en Las reacciones son: El cloruro de bario con el cianuro da lugar al cianuro de bario' 2 Na CN + BaC12 ~ Ba (CN)z + 2 NaCI El cianuro de bario a .. A'''''''''.''"'". ...... ,,,..., de tivo: (6) Ba ~ Ba eNz + En la tabla 1 se indica la COlnpOS1Cléln buración y fí::s]:)ectlV.. . nl"'t"\n!nnS"l

A"" ....AJ.",",.

re~:orrlen

341 TABLA

1

Para carburación rápida

17-23 15-40 % 20-30 30 máx. 1 máx.

%

45-55 % 2-10 % 0-15 % 30 % máx.

de acuerdo al contenido de cianuro usan para los espesores de capa

TABLA

2

850-900 875-930

"'<:l~·h~·I~<:1f"lr' ..... pre~,erltan

entre otras las si-

1) Es el proceso más de todos los de sobre todo para espesores. resultados son la carburación uniforme.

% de cianuro de sodio

10

~ r----5

~

~~ ~ ~

~~ ......

5 FIG.

~ubierto d~ ~ratifo

~

afito

"

10

10. Pérdidas de cianuro de sodio con

4)

5) 6)

8)

10) 11) 12)

se calientan en forma simultánea y con un en toda la periferia y el calor avanza regularmente h el núcleo. El acero tiene moderada, posibilidad de sobrecalentamiento. Las resultan libres de El rendimiento del baño es bueno. Es un medio pues tratar distintas mismo baño. La sal cementante protege las del enfriamiento antes temple, pues cuando las mismas se sacan del horno y se tr dan al baño de temple están protegidas por una capa de sal a rida. La temperatura del baño es homogénea y nn'~A"'Tn teniendo en cuenta la agitación del baño. La temperatura del baño es controlable y regulable con simplicidad. En un mismo baño pueden colocarse tas peJI1etra
13)

~~\ /'

V

V

l~

V

V I~

cJ~\) oC V V V 1/ l-V be n¡;"O .....- V /'

V /V

1.016

V /

V 0;762

1/ v /

/ v/

I

0,508 I

0,254

// / '/V/ v

)/ v ./"

V

V

~V

v

V

V

l/V

tr/ If¡

Tiempo '60mil1

G.

2

3

4

5

6

7 horas

11. Curvas de pelletra(:lÓll-tl.errlpos-temperat:ura para un acero dulce con de carburación con 12 %

carburantes del baño son de reCOInpnC¿lClIDm~s y en forma OeJrInalll:mt;e. rhr'+-,",'''CI~.n.'''''f~CI de las '..,L..." ... C.lH"".Jl\,...,

Inconvenientes de los cementantes líquidos Las sales que se utilizan son tóxicas para el uso y manipuleo. Proyección o eyeccÍón de en o con húmedas ,"~T"n'tn uno de los factores más debe para eviaCI~laentes por la sales que se al introhúmedas o en el baño de de 3) con nitritos y nitratos produce violentas eX1PlOS101nes, con de sales. 4) Es necesario preservar el o o la proximidad con para evitar la formación del gas cianhídrico letal), Es necesario mantener las sales en un lugar seco, con los envases o bien al total de la humedad o Para preservar de la cementación ciertas del acero es medio que ofrece más dado que sólo es mediante o buen cobreado ~1~~_~Ii+... ~~ el remanente de un 1)

7) 8) Cuando la circunstancia lo fusión en el mismo baño. una 9) Los baños

Carburación líquida sin cianuro La carburación líquida puede realizarse pero sin conteniendo 75 a 85 15 de cloruro de sodio 6 a 10 de ,....-.'.. ht'r'., La carburación en este baño se produce en base al monóxido bono, de con la reacción. +

+ 2CO +

Na:: CO:¡

Escoria óxido de esta reace bailo forma una eSCOrIa. 5 (X de cloruro amonio ) habilita saturación del acero simultáne y proceso. sales no son ~Uld.UJ.\JO con temple en sales a tempera comunes. En estas sales L.UIllIJUI;;~ cianuro son de más menos de un con cianuro. Las sales sin cianuro no requieren talaciones y no producen problemas de El de carbono de las sales de 0,9 a 1,0 para temper de 870 a 950 y espesores de capa similares los de 10 métodos de carburación. La relación entre el espesor de la capa de difusión y el tie mantenimiento a 850 oC en el bailo carburante caracteri los valores: '"'tJ,,'U ..

IJVJ.U"'lVU

~spe:::;or

de carburacíón en horas de la de mm

En la

ha t-"'<: rel="nofollow">'7<:>/"I", en de la ,·,d·.'.... ra un acero S.A.E. 1018. t" . . ." ' ..... " ...

n

C24) Determinación del contenido de cianuro Teniendo en cuenta el papel fundamental que ,. ....~~I..., sodio en el proceso de carburación con es necesario dicamente una de su para tener la condiciones del tratamiento satisfactoriamente.

345

.uw ,........c:;

900

800

~~

700

~

....

"'\~\ ~ "'~ I~ "-

227

~

\i'

I\~ \~ 1\ ~_ ~\ ~\ <;fo

~

600

\

500

\

400

213 " 6'1)

197

~~. . .

"\ "-

\

181

1\

156

"

300

101

0,508 Profundidad

dureza debajo de la superficie (en mm)

carburadas en sales con 12 % teDClplad1is en

citan dos de 1

Disolver dos gramos tomadas del baño, en un erIenmede 250 que contiene agua destilada hasta alrededor de mitad. Disuelta la sal se 5 cma de una solución de ioduro de I-I'-"""""'."'J, con la cual el líquido cierta turbieza.

E

E

á5

en Q. en u

FlG. 12.l.Curvas de capa total (,lu"h"ranl" en función de tenlPeratura y del de pel'TIU:lnE:nC:la para baño de sales sin cianuro. A~T\P~(lr de

1,8

346 con agua destilada la '-'dilJdl~luau tar para favorecer una SOlUClOll nomCHEenea, se filtra. 4) Tomar la mitad del líquido filtrado y se va agregando me de una graduada, una solución de nitrato de hasta que el líquido en su totalidad una e ción amarillo verdosa. Medir la cantidad de centímetros cúbicos h grar el cambio total de coloración. El valor medido correspo contenido de cianuro del baño. 6) el proceso con la mitad restante . '::H".. ~>Y'<:1r>,"'T'I de las soluciones. . .# ....

1)

Solución de nitrato de plata. Nitrato de plata g destilada 1.000 cm:¡ Solución de ioduro de potasio Soda cáustica 100 Ioduro de 6g elementos se en 500 cm:¡ de

MÉTODO 2

un gramo de sal de 300 Pasar a un en un mortero 100 mI de agua destilada, hasta disolución. 2) 1 a mI de solución indicadora de OlJme:tllg110Xlma. 3) o-r.::>cr desde una bureta solución de sulfato de níquel y a 4) (NH4)z) hasta color rosado permanente (T) prod preC],prtar de níquel. 1)

lrr,"'O''J, ....

c

....

5) cianuro de sodio:

T

P

: factor sol.

de la solución de de y amonio Disolver 19,234 g de sal en 1.000 mI de agua; se lizar sal comercial (tomar apr(y?.::j:ATAa.~A.a.AU.:;;AA!Jc; 21 titulando y obte do el factor contra cianuro Solución indicadora Amonio Alcohol de 96°

10 g 100 mI 900 mI

u...."", ..... -., .. "v en agua en un se agregan agitando 10 mI de áci-

;:)U.1.1avv,"-algr~ag<Jmalo

10 mI de

PI 100

cloruro de bario:

Pg

Las atmósferas se preparan, en portante o de relleno y un gas o vapor activo, carburante. Una de las tantas mezclas de gas portador está constituida por

ca = 20

Hz

39

%

H20 ==

COz

CH4 CZH6

2 Hz

e H4 + Hz

CH4=

%

Nz

un

= 40 %

(C) + C2Hn + CH4 + + H20

2CO C02 + H;¿

H;¿

+

El carbono naciente (e) se

el que al ponerse en o en el hierro gamma forma

gaseosa es frecuente realizar el tratamient se la carburación a elevad atlmolstE~ra muy en la segunda, se r pr()xrma.C1amente 800 oC en a la difusión y eliminando En la 13 para cementación gaseosa y con los tres cementantes.

o

(J)

a.>

CL

(J)

W

4

8

12

16

20

24

Tiempo de carburación a determinadas temperaturas. en horas

c;u)

Eliminar el ..."......"."' ..." ración culC1~ld{)sa 2) El gas activo es ........"'..."......,,allí la Obtener recocidos LLU""LL'".-,''' entre 600 y 800 oC. El por ""'....,..,0;;;. a·cor:lsellalJle 1)

U.U!-'V':HUJlU.ULGlU

U

La

de la capa carburada

•. L

..........

uniforme.

349

E E e(J)

1.270

~

1.016

Q;

0.762 t'()v<" (J)

"O "O

'O e

0,254

::J

75

/J

v

0.508

~

v

~

".

,,-/ ,..-

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IV

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1/' .....~ ?J.v'I.

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V

a:

.k' ./

VI

ca

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.......... v

oC

I

/

2

c~'

3

6

4

tiempo en horas

prC¡tmlo10a<1es útiles realizadas con tres cementos.

La capa, aun la ''.rI'" Para pr oC111CC:10lles "'F, '...... u ... del proceso y de buena calidad. paulatino y ......'''....... El calentamiento reduce las deformaciones y con frecuencia el endelre2;an:nentl). de realizar la difusión en el mismo horno o con sólo modificar la composición del gas. están convenientemente aU'Plles,ta:s, 10) Si las cmnpOSlCl01n de la capa es el o se COl:TeSp(Jn(jlentl~, y mediante una modificación de la temperealizarse el temple del horno al mesin que el acero o con el resultan no 1",.... .-11'" n.mlPlE~za del tratamiento. h.THY..'<''"''.. h .....

1

LULU.....

'001.'''1'\

'-LLLLU,UU

VOJ.IJL,UuaU

ULC, ....U,'<..J.

"<.4"U.. ".L""'V,

11"1'\,... , " , ......

punto de vista y economlCO. El es más lento, hasta ciertos espesores, que el al en baños de La instalación es más costosa y un de de control y C!t::un' ...... El proceso para rearlr.rI

lizar un contralor frecuente (h~ la~ ~(mrli~i()nE's es asistencia de la constancia del cementante gaseos El medio más directamente adecuado para controlar t mientos en es mantener el punto de rocío a un minado valor.

b)

diante

ENDURECIMIENTO

POR

que realizarse en un horno adicional que 'nir"',-..".. .... el de cementación. En el se ae1t;ectaI'a grano, por la !:ll""p hasta temperatura uU.UJ"~,U ntre 850 Y 870 oC para Este tratamiento da a1l2mCllOn del acero, que produce el afino del último término la pieza se reviene entre 160 y'ISO tnlt2lmlellW descripto se complementará, identificando en la una de las partes de la instalación. a elevada temperatura tiene un amplio campo de Realizado por los medios de calentamiento, eso se ve por la reducción de la las compodel equipo; este inconveniente se elimina el úa inducción con corrientes de alta frecuencia. o instalación consta inductora 1 el 2. colocada para evitar o nrt:nro.n el alineamiento de las .. +'0-1

\"vl ..... v L.. "

..... .., .. V.L..

vUJLvL;'vUU"Jlvl,L"U

.LJ'U'ULJL.LtA

U-lU .• v

......... U

rHynü1r"l"''>

en el horno por conducto 4. escapa por el

vVLJLU.\.¿'-

son introducidos en el un 8. El

I

H==.::~=tf::==H=:=:::::ff=====ti

1 Fw. 15. Unidad para carburación

con calentamiento

5) 6)

7)

La 9) El ciclo tal como mente automático de des.

es com entre a3 la tratan por hora oscila entre 20 y 40 u

de carburación

la definición, para cumplir al punto crítico superior al de llevar al acero al estado austenítico completo. En gen entre los 800- 1.000 oC. Prácticamente teniendo cuenta diversos corno ser: velocidad de duración de las v'-'AH""""""AA"'-', facilidad de trabaja álrededor ~C-"~¡J'-/';:¡

de carburación

El o la duración del tratamiento ro"O"rnI'V'f1,"rn ción del de la capa deseada, Si bien en entre 1 2 para los con duración hasta cuando de h"""'ri ..... r~ l"lt:>Y-<:l

V'-'L'UtJ'vL

1)

Entre 7 y 9 minutos por centímetro de la mínima unnenSllon rior de la El a tenlDeratura un tamaño mínimo externo de la para un espesor de capa de

uemplo será de 9 a 11

carburadas de la capa carburada como Se ha dicho, favorecida por la reacción en a los fenómenos de absorción y illl,enSlUlau cuanto más elevada la más "''"'l-'vA.:I.>.''''''''',,,,

u. ................L>(..u

la capa carburada el se el contenido carbono metal

o

eQ)

oe

$?

Tenor base

Profundidad en mm

la capa martensítica de gran fraÉ,rilidad, la proveniente de la solución de continuidad que rodeando el borde del comprenderá q para usos, en p y para como el

a

tJU1.VJ.J.CiJ

e

Debe los aceros al carbono un tenor de carbono alrededor mientras que en los al como muestra en la caso de la influencia del níquel, con el del aleante es menor. Como tenido de carbono de de estabilidad de la austenita la ...... <>. . el n",nn'(''''·',,,n de aleante y la ru-••

.400

1.200

1.000

800

600

I...---I.-----I-----J-

FIG. 17. del Variación de los dominios

Fe-C

-+-_ _~__illiloo

la acción de adiciones de níqueL

0,5

950 ~

T1

2

900 850

lU

~

Q)

a.

E

T2

1-

800

ID

750 700

máximo de la solución 'Y función de la temperatura de carburaaceros de cementación al

Cabe recordar que el tenor suficiente está asociado además al del cemento utilizado. De acuerdo con Sourdillon "el decrecimiento del tenor de carbono en proentre la velocidad de didad en la capa carburada depende de la olución del carbono y la velocidad de difusión en profundidad; velocidades 11e están vinculadas, la primera al cementante y a la temperatura, a la y al de ,..."'...,,<'>OT... +-...,.......,I'T"I l;eIlllerlUO en cuenta es conveniente de las mismas y se produce por encima de Acl. curvas tipos de la 16 se curva 1 donde el contenido de carbono es un poco eSp,eS(}r de apenas mm puede servir para el caso "'".,.........."...."......"" y en condiciones de Ca'''''';1,,.... n de la e::;pE~citlca es conveniente para muchas apjllC~lCllJn(~S dado que tiene i"n de alrededor de 0,6 mm y es de quitar por 0,1 a 0,2 mm. La curva III presenta hipercarburación, puede servir para nos casos, aunque es por la de cementita libre y su poco de ¡;;uyr,nY"1rQ que mediante un tratamiento de difusión nrn.. '- ·C'o una curva como la que se en la y obviar n_.....,... ·"'nt·'"

.... "" • .&vJ.

TU""'''.HI1 rel="nofollow">T>

<:!"'T.",...

..........,"'" • .&......." ,

....... \;,

c.u.tc;J.J.l.>C

ln(~OrLV€~nl'entes 3.J.'1tes

citados.

Después de la carburacíón

u

""'<:;"'1-"."__'> de la carburación

<5

e

ID

1-

2

Profundidad

FIG.19.

La difusión realiza durante cierto la del con lo cual difunde el carbono hacia el núcleo ciende el de la al tenor deseado. Para obtener la capa ctmveniente por difusión (en efectúa una menor: 800 a 850 OC) de la lTt:llnt:lY'51

Te Tt siendo:

C):¿

Tc

duración de la cementación en horas

Tt

duración total (es de carburación y sión). C concentración máxima en carbono, de minado por la carburación a la tempertura utiliz exceso con al tenor de carbono del base). C'. concentración máxima lue la difusión exceso con relación al tenor de ca no del metal En función de lo a 1) La curva del tratamiento, de carburación y difusión. de difusión necesarios para <"e........ne.... los resultados -,-" ...... ,,-. ?

En síntesis los hechos que deben tenerse determinadas curvas de cementación, se

t'"\?,nC'l'>n1I"n

1) Tener en cuenta velocidad de difusión del carbono en la au nita y su con los elementos en el acero. La es función de la y la r11rr!lf'lf'1n forma de la curva está relacionada con el contenido máxi de carbono que en la capa.

cómo aumenta y que la misma no

nhC!D"r""'I1Q'"

"""'LU""J

C

=0,15 %

Cr

=0,50 %

Ni

1%

Cementante de Caron

o

mm

2

20. Profundidad de T\D>~Dt-'''''''''',Án del horas de cementación.

e a diferentes

ton... nn,r",tll"""

en función

c { Cr Ni

0,15 0,50 1% Temp: 925

Cementante Caran

4

3

FIG. 1. mlJQEHCJIOn de la capa cementación.

'-"'-'·J'H'-'Hu

mm

en funcÍón de la duración en har

C015% jI"

Cementante Caron

%C

Cr: 0,50 % {

Ni: 1 %

\

1,80

\

\

1,40 \

\\ 1,00 0,60

\o '-'-

1036

~~ -- "'~ -""" ~ ~ ~ - - ,... ~1" -- ~ :r ..... .-4 -~

v

0,20

15 ~

o

----

Composición apr del límite de la e

,~ Il:-

p,t;;

-.r:. ~ ~ ~

-- -~13 - - ... :::::-.....

...::--:....

Profundidad de penetración del C p

2

3

4

mm

FIG. 22. Cementación durante 48 ca'ml0mnCllon de la capa CerneJ1W.03, función de la temperatura de cementación.

1

N

2

0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04

~.....O,O~ 1-I--+--l'-+-+-4-4-H=t=~4-I....

..J,."...j--l-.....-¡....¡..-+-.¡.....¡.,-+-.¡.....¡.........

Profundidad de la capa cem 1/10 mm

Profundidad de la capa cem en 1/10 mm

23.

para una capa cementada de 13 décimas de mm en 3 112 horas de cementación en baño de sales a 930 oC. "% para una capa cementada de 13 décimas de mm en 3 112 horas de cementación en baño de sales de 930

Una vez concluida la el acero está constituido por una que en su periferia puede tener un contenido de carbono irr€~splon.aH:ml~e a un acero hipereutectoide o eutectoide y con un decreciiento del mismo paulatino hasta el núcleo, es decir hasta llegar al mabase. Las características de algunos aceros responden más a un material grano y con una dureza que aún no es la requerida, r en base a estas es necesario reducir la diensión grano y conferir a la periferia la dureza el uso reclama. A este es conveniente una de acotaciones: en si el metal está por un esfuerzo constante sin golpes ni lJr2lCIcmes, la finalidad del tratamiento térmico estribará en lograr la dureza superficial; mientras que si las por ejemplo, entrr::m::l1eI3. coronas de están sometidas a fatiga, prE~S1C)n(~S elevadas, es necesario producir el afino del grano para conferirle la máxima tenacidad. Para las características técnicas más apropiadas que rán a los requerimientos del uso tanto del núcleo como de la periferia mediante la aplicación de tratamientos es necesario las siguientes re1:enen(~la,s: de duración y del tratamiento; estas dos afectar el tamaño del grano y por es conocerlos bien. Características del acero: a) aceros al b) aceros aleados. u .....n.... u .....

;:)a·... j.;:)La-

360

ANTONIO E. STURLA TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE

Tamaño de grano del acero. Aquí debe ponerse 4) Dimensiones y geometría de las cial cuidado, sobre todo por las posibles deformaciones, dist nes, alabeos, que suelen causar los tratamientos térmic 5) Exigencias técnicas impuestas por el destino del acero, de desde el punto de se trata de aceros será necesario regene núcleo templando sobre es decir entre 920/950 oC para aceros bono un segundo temple entre 760/800 oC lo máxima dureza superficiaL Un revenido final entre 160/180 reduc buena parte de las tensiones internas generadas por los tratamientos. El criterio de realizar el temple suave de regeneración del núcl motivo de opiniones ya que autores como Brealy acon reemplazar dicho temple por un recocido corto (15 a 20 minutos misma temperatura (900/920 con lo cual reduce el peligro distorsiones y posibilidades de roturas. Oertel considera conveniente efectuar un recocido intermedio a en lugar del temple de regeneración, así como otros aconsejan entre temples, intercalar un recocido intermedio. Este recocido subcrítico ( de ACI) permite transformar la perlita lam~nar grosera en perlita glo con lo cual se lograría una mayor tenacidad del nÚcleo y de la zo an:SH'::lUIl. También sería favorable este' tratamiento en el caso de carburación, porque podría romper la red de cementita libre y obt en vez de la a una fina dispersión de carburos, cual se una mayor resistencia al desgaste en la periferia. Es conveniente hacer notar la necesidad imperiosa de conciil tratamientos térmicos de manera tal que, en piezas muy exigidas, 1 sencia de ferrita libre en el núcleo sea mínima y con preferencia uul En general la tendencia moderna es realizar un solo temple so do en los aceros aleados, pero teniendo en cuenta lo antes comenta particular para los aceros al carbono, pueden realizarse dos tipos d tamientos térmicos: f'<: rel="nofollow">'r"hr'Tlr.

1)

sir.n]Jle

En los aceros al carbono cuando interesa lograr una mejora de.l racterísticas del núcleo y buena dureza superficial se templa a 850 no interesa la tenacidad del núcleo y se desea reducir al míni deformación de la se templa entre 760/800 oC en agua. En lo casos citados, con objeto de reducir las tensiones de temple, aun s de es conveniente un _~,,,~.... ficando tre 1 1/2 a 2 horas.

rlIA

361

.U'A""",",'V,

suelen estar compren-

...o.rlln,crrc.n

U~F, "U'v~L'IJ'-'U

un núcleo de tratamientos térmi-

Calentamiento a 925/950 oC y según la forma dimensiones de las con predouna dimensión las se hace en aceite o al aire y en las de secciones donde se pueden efectuar enfriamientos bruscos o viose realiza en agua. En el calentamiento para efectuar el ,",,-,.n'T'"'' niente tomar ciertas o In..... f-<>11'Y\"~ ...... en lenta va hasta alrededor de 550 oC friar en agua; en este caso revenido como en la "n'"\~'ll""""rl Las características para el núcleo prl~nclldlas dentro de los C'l"nll,(Yn'~r>'" f·A

tJU'''U.U.,",UJLU

,",UL.1UJJlvlJ.

8

25/10

aPJlIC2lr un solo

además de lo variedad, como más aconsejable se en los eXl[)rE!sado. teniense recomien-

U.l""UUVO,

rel)re!Se]nt~ldo

una serie de valores se han y templados de acuer-

,'.... ".h., ... n'~"'C'

362

E.

TRATA1\1IENTOS TERMICOS DE

tación el acero, en lo que al contenido de carbono derárselo como constituido por dos aceros: 1) El núcleo de la pieza por un acero extradulce. 2) La capa carburada por un acero de alto carbono. En virtud de lo expuesto, es que deben considerarse los posibl tamientos térmicos a En la tabla 3, se da una síntesis de las distintas corTeEmondwntes a la 25. UIJLH_<-

bajo la capa carburada de distintos aceros de

FIG. 24.

cementación templados. Acero (2) Acero (3) Acero (4) Acero (5) Acero (1)

Cr-Ni-Mo: C Cr-Ni .C Cr-Mo .C Ni :C al C .C

== 0,15 == 0,10

Ni == 3,5 Ni

0,10 :::: 0,10 :::: 0,10

Ni::::- 2,0

==

C:::: 0,10

Cr == 1 Cr:::: 1,0 Mo

Mo == 0,2 Cr

0,8

dúctil. a la herramienta. En aceros de grueso no es rptln~lrI(\ y es Poca distorsión por tener un solo tratamiento térmico. Estructura: ferrita y martensita. Tratamiento adecuado para aceros que resisten al sobrecalentamiento. Tratamiento característico de nUJi:1I,i:tUJll:::

Parcialmente refinado. Más resistente que el A. Endurecimiento en Estructura: martensita menor cantidad de que en A. ara aceros de media ación y fino. ros al recalentamiento. mple

Se favorece el de carburos en solución. En aceros de alta aleación se favorece la retención de austenita critico más bajo). dureza no es mayor la de una cantidad de austenita residual. lY1"{)Q<>f1{)

Refinamiento de la capa carburada. Buena distribución de la cementita porque favorece su pasaje en solución y la difusión por el primer calentamiento. Retención mínima de austenita. Endurecimiento del espesor carburado.

Refinado. Máxima resistencia dureza. dos casos anteriores. Poca distorsión por tratarse un solo pero mayor que en anteriores. Estructura: malrtelnSJlta, poco n ..",,'v,n,o de encontrar L~C;UJ..la.U'J, dulce y traloa,]arl1e. Revenido para máxima tenacidad por efecto del segundo calentamiento. Buena resistencia. Deformación variable en función de las dimensiones de las Tratamiento que buena resistencia a la

364 TABLA

Tratamiento térmico

Capa

E. Aceros de grano fino. no directo, refina ni núcleo En de

No refinada. Si excedente de cementita, buena dureza resistencia al de la capa. Favorece retención de austenita residual.

carbono aceite. voluminosas o robustas el realizarse

delg-a
G.

Valen las consideraciones hechas en "E" habrá menos por el enfriamiento que ha hecho en un medio entre

Núcleo

Refinada. Favorece el de ,,':>,.. h,rrn.C' Austenita residual ser mínima.

Idem a "E" Reduce la retención de austenita.

Menor distorsión "El> y buena teIlacida

200-250 oC.

Aceros aleados de grano controlado que no se modifica con la

El acero debe ser revenido entre 160/180 con lo cual en martensita 1"0"'0"'...1·" de la martensita del tensiones.

900 800

700

600 500

Temperatura crítica de la periferia (C ::; 0,9

25.

366

En ocasiones se observa en aceros de cementación car que del manchas blandas, no obstante sea muy la de enfriamiento. En se consí los aceros anormales son los que dan lugar a esta falta de unifo de dureza. Si se analizan aceros carburados por en lentitud se observan ciertas diferencias estructurales en . . . ,"" ..'t-,,,.,. capa perlita

cementíta

Fw. 26. Microestructura de acero normal.

¡

ferrita perlita

~~r

()~, ~\..~ '

~ ;¡

I"f

~:ts

/

ferrita

FIG. Microestructura anormal.

mal La zona eutectoide es similar los dos aceros. En cuanto a la z hIlae]relltE~ctlDicle se encuentra que el acero normal la perlita es de gr de forma triangular y de ' mientras que en el granos ..... "',.. h.¡.·.....

El núcleo del las

<;;¡;:){;;.u.I..,Q.

cas: Acero normal: grano grueso, p lita a vivos.. Acero anormal. más p

a 975 oC la diferencia

ate-

el temple del acero carburado, se observa que el normal dando estructura martensítica de dureza el anormal está constituido por martensita y manchas menor dureza, que son de estructura troostítica. al temple en el acero anormal las de menor "U~.~¿~~- de lugar. normales se a baja "'V~.UIJ'~.L los anormales a y mismo 950 oC. en cuenta que los aceros anormales U.'~ se los suele con chorro de agua preH .....

......,'-'

elevadas sobre 950 oC las diferencias

en la selección del acero tratando de evitar la estructura es conveniente: Emplear aceros con 0,4/0,8 de manganeso. los aceros sean bien deoxidados. con aluminio, por la gran de las de alúmina. del tratamiento y cementantes para producir capas eutectoides. Tratar que el enfriamiento de la carburación no sea lento. """".J'-''''.....''''''''"•.

'U . . .

Práctica de la carburación.

factores

Siendo la carburación uno de los tratamientos termoquímicos de más difusión se efectuarán una serie de recomendaciones de orden s bien praC1Clc:as.

Cementantes

El cementante sólido con base carbón utilindo trocitos de carbón de madera dura etc.) de una sjUllml3ní31On variable entre 3 7 mm de GunenSlOfles menores de mm, en forma casi de 'Vu,_ . . ., .... una serie de inconvenientes a .L ..

b) e)

b)

d) e)

f)

'rnJIJ1I)'PT/,ClLL:i

a tener en caso de intoxicación con cianuro

SU1PUiesto caso de accidentes por intoxicación debe así: Llamar de U~íU'-'\.UL"'''V a un médico. No mover al bien y mantenerlo caliente. Tener u ... "' .... "'.o...... I'-'.o.'- el equipo de artificial. Es necesario au,p(mt:~r de un botiquín de auxilios con los ,~·.nMnnT\·r"ü elementos: de nitrato de amilo. b) Tiosulfato de amonio. e) Medio litro de una solución al 1 de hiposulfito de sodio. Es conveniente cada dos meses, renovar esta solución. el intoxicado y no ha perdido el conocimiento embebido en nitrato amBo. ente sobre la nariz un tapón de provocarle vómitos, haciéndole Si ha ingerido cianuro, es esta solución ber 112 lítro de la solución de hiposulfito de sodio al 1 suministrándole tiosulfato de amonio. ede ser Si el no debe con una licarle el médico una rgada con solución inyectable al 10 % de hidrosulfito

para cementación dimensiones y clases dentro de la .o.UUJAU.,A, de su incidencia en la economía del

han eSl::lUieIIJlaLlz,clUU de n~ntXrf'<;:1I("lf)n 1J'~LJ tivo que produce la chimenea de la B con la buración de 8 horas a 950 oC. En dichas res de colocación de las ......... nn.uT'''<.: t~f"~n("l ~

.. jLVL.• '-A.V

recomendadas para carburación con cementa a

b

c

5-15

15-25

20-30

d

FIG. 29. de los resultados de carburación con de una llena y la ó con chimenea (Jean Durand). Ubicación de las n ....r,h<>t'.:><;;! Tratamiento: 8 horas Penetración:

de mayores UllnenSJlOneS, de paralelepípedo el resultado .nrr_nr.n por las correspondient 31.

o ubicación dentro de las un factor de no sólo por carburación sino que también existe una 'mayor dad de calentamiento ende economía la necesaria o sumida en la del ""u.J'~.u,""u.uu,-,u"v.

de carburación en una

de

en un [ Carbonato de bario: 40

L Carbón de madera: 60 mm (máximo) c±' "1:QrIPQ,f'lr~l"

obtenidos:

{

mm (mínimo)

IG. 31. de cementación con chimeneas (Jean Durand) limensión la 500 x 300 x 250 mm ratamiento: 12 horas a 950 iferencía de imensiones de 60 mm 0 0 l - . 0 0 .... Y'..

orte-

inferior de debe la de las llenado con cementante moderadamente '<JUL,",,~,."""V en cuenta la importancia que revisten las de carburación y en la economía del nuación de las características que deben reunir: a) tienen que ser resistentes al calor y una buena duración o rendimiento de uso a temp turas del orden de 1.000 b) deben ser lo suficientemente livianas para redue muerto de calentamiento. el El metal utilizado no debe producir porque adem a la transmisión de tiene gran afinidad por el ma al mezclarse con el cementante en las cementadas y Desde otro punto de la calamina al afectar a los del horno, obstruir la buena marcha de los dores y provocar cortocircuitos en los hornos eléctricos. d} necesario que buena resistencia mecánica condiciones de trabajo, a IJ"I."'~"":' de fácil de f) La forma de las tiene la más simple IJV¡~HIJ'JI::;. para el armado como para y cierre fácil. Las tienen que ser en todas las <:1¡JILlVILUUV.

l-O:;lIlkJ'lCl'Ua,Ll.

O:;;:'L<:1JlH... ,::\;::),

Las no o poros que posi ten la de gases o entradas de aire. i) La forma debe permitir tintas es decir la de las mismas. j) El de fabricación Las tienen que ser SUSCl::mt:lbles nimiento. 1) Es necesario que el sistema de cierre sea realizar en las mismas condiciones rabIe de r.""""'..,.<:lr>"""J... v,e>. En la fabricación de las suele utilizarse teriales .. vJj, " •.,,"'. Acero soldado. b) inoxidables soldados. refractarios fundidos. UC,;:'Ul.lCi:l

7'1';' ......

la la acción de '-'<J~.J""'-J."U resistente al calor.

c,,-,.r-,.¡n,..I-...,Y"

preservar de la carburación ciertas una gran variedad de recursos para nr'''t-l:.....t-'r>.. ~lC! tienen que entre de no escumientras dura el proceso

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total. al cementante. De fácil y bajo costo. de quitar con facilidad. Luego del tratamiento, ser '-"LI,:nA~lJL' En el caso de ser .... , .. v_H... ~ aplicar más de una capa que su no ofrezca UU.~V''''J.''U''''''-''J. Entre los numerosos protectores que se utilizan para nr,pQ':>"'j'~r ir la en con cementantes susc(mtJbJles en el más de los laboratorios de tratamientos térmise cita a: a) Aplicación de tierra refractaria con arcilla o barro de tierra. b) Tierra refractaria con cierto contenido de para reducir el de la misma. 1"'·n.,",.,~>f"""'0 <:,::llJt:;vl,aJ.C:o::l de fácil u.uu.IJ"u.'~"J~~ uVJU."",'U_7,

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