Los tratamientos térmicos de los aceros son los procesos que se realizan en ellos para mejorar ciertas características por medio del calor.
En general el tratamiento térmico consiste en:
1) Calentar el acero hasta una cierta temperatura durante un tiempo determinado más o menos largo.
2) Mantener el acero en dicha temperatura durante un cierto tiempo.
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3) Enfriar el acero según el modo conveniente al tratamiento a seguir.
Tres son las operaciones principales de los tratamientos térmicos de los aceros: temple, revenido y recocido, siendo las dos primeras las más empleadas en la preparación de las herramientas de corte.
TEMPLE
Es el tratamiento térmico con el cual se persigue el endurecimiento de los aceros aumentando al mismo tiempo su resistencia. Su proceso se realiza en tres fases que son:
Fig. 4.1Aceros hipereutectoides Fig. 4.2 Aceros hipereutectoides
1- Calentamiento hasta una temperatura ligeramente superior, en unos 50º C. a la crítica, que es de 720º C, para los aceros “Hipereutectoides”, los cuales son empleados en las herramientas de corte (figuras 4.1 y 4.2). Este calentamiento ha de procurarse que sea lo más uniforme posible y debe de llegar hasta el corazón de la pieza, para lo cual debe realizarse lentamente a fin de que
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exista la menor diferencia de temperaturas entre el exterior y la periferia, ya que en caso contrario se puede crear fuertes tensiones internas que pueden dar lugar a grietas y roturas. Para evitar que las tensiones sean peligrosas, conviene que en la sección transversal o sea, en el espesor de la pieza, la diferencia de temperaturas entre un milímetro no sea superior a 1º C. Para conseguirlo, la duración del calentamiento desde la temperatura ambiente hasta los 770º C., debe de ser de un minuto por milímetro de diámetro y mejor aun de 2 minutos por mm.
El estado de las superficies del material tiene también gran influencia en la duración del calentamiento, existiendo por esta circunstancia diferencias notables. Así se tiene que, cuando se trata de superficies brillantes, la duración del calentamiento es unas dos o tres veces mayor que cuando se trata de superficies rugosas o oxidadas. Como el mayor crecimiento de los granos de la austenita tiene lugar entre los 850º C. y los 1000º C., se procurará no pasar de los 850º C., ya que tiende a producir un acero de bajas características.
2- Duración del calentamiento: para conseguir que toda la masa del acero esté formada por cristales de austenita hace falta que el
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acero permanezca a la temperatura de tratamiento un cierto tiempo.
La duración del calentamiento depende la masa de la pieza, de la velocidad de calentamiento, de la clase de acero y del estado inicial y final del material.
El tiempo de mantenimiento del acero, a la temperatura de tratamiento, comienza cuando toda la pieza, incluyendo las zonas del interior ha alcanzado la temperatura de los 770º C. Aunque al rebasar el acero esta temperatura todo el carbono forma solución con la austenita, unas regiones de austenita pueden tener más carbono que otras. Entonces el porcentaje de carbono tiende a igualarse en toda la masa. Como la difusión del carbono es mucho más rápida a altas temperaturas, para reducirse el tiempo de calentamiento, podría efectuarse el tratamiento a temperaturas superiores a la crítica, pero como estos calentamientos dan lugar a un gran crecimiento de los cristales, generalmente se prefiere prolongar un poco su duración y efectuarlo a temperaturas relativamente bajas.
Si el calentamiento ha sido bastante rápido, el tiempo de permanencia deberá ser grande, en cambio, si la primera fase de calentamiento hasta alcanzar la temperatura conveniente ha sido larga, el
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tiempo de permanencia será menor, ya que la penetración del calor habrá sido mejor y la última fase del calentamiento puede considerarse casi como parte de permanencia de la temperatura.
En general, para este tratamiento, el tiempo de permanencia oscila entre 1 y 2 minutos por milímetros de espesor. Para procesos de calentamiento, cuya duración es de 2 minutos por mm suelen utilizarse permanencias medias de 1 minutos por mm, y para procesos cuya duración es de 1 minuto por mm permanencias de 2 minutos por mm.
3- Enfriamiento: en los aceros hipereutectoides, el temple, se suele realizar con calentamientos de austenización incompleta, ya que la práctica ha demostrado que de esta forma se obtiene, en general, los mejores resultados. Cuando se calientan estos aceros, en la masa, hay austenita, una cantidad de cementita (figura 4.1) y carburos aleados y complejos sin disolver que, en el enfriamiento, dan martensita (de la austenita transformada), carburos y cementita (más dura que la martensita).
Si se deja enfriar el acero muy lentamente desde una temperatura superior a la crítica (770º C) la zona de transformación de la austenita, en
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otros constituyentes, aparece a una temperatura próxima a los 723º C., y el acero queda blando.
Si se aumenta progresivamente la velocidad de enfriamiento, la temperatura 723º C., que señala la transformación de la austenita, aparece cada vez a temperatura más baja. Al aumentar la velocidad, también vemos que la estructura microscópica resultante va cambiando progresivamente. Cuando la velocidad es muy pequeña aparece perlita, cuando la velocidad de enfriamiento es mayor, aparece un nuevo constituyente denominado sorbita; al aumentar la velocidad aparece otro también duro llamado troostita, y se aumenta la velocidad entre los 0º y los 350º C., aparece la martensita que es la estructura típica de los aceros bien templados y que corresponde a un gran aumento de dureza.
La velocidad de enfriamiento de los aceros muy carburados y en los aleados es sensiblemente menor que en los aceros con bajo contenido de carbono. La velocidad de enfriamiento del acero con un contenido de C. del 0,9% llega a unos 100º C/seg., o sea, que el enfriamiento desde los 770 hasta los 200º C., debe durar unos 5 seg. Según cada clase de aceros debe elegirse el agente de enfriamiento, antiguamente el temple de los aceros se efectuaba siempre por enfriamiento rápido en agua; entonces se empleaban exclusivamente los aceros al carbono, con el inconveniente de que cuando
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las piezas eran complicadas aparecían con frecuencia deformaciones y grietas, para evitar esto se recurrió al empleo de los aceites, aire a presión y petróleos ya que de ellos depende la velocidad de enfriamiento, por lo que es de suma importancia la elección del medio de enfriamiento. En general se templan en agua los aceros de bajo contenido en carbono y los de alto en aceites, ya que la acción más poderosa de enfriamiento la posee el agua de lluvia a 18 o 20º C., que se refuerza con adición de sal común.
El enfriamiento es la fase de los tratamientos térmicos que se le da más importancia, pudiéndose decir que la velocidad de enfriamiento es lo que caracteriza y diferencia los tratamientos térmicos de temple, revenido y recocido.
TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS ACEROS RÁPIDOS
Los tratamientos térmicos de estos aceros constan al igual que los ordinarios de tres operaciones como son: Calentamiento, mantenimiento a la temperatura y enfriamiento.
Tratándose del temple, el calentamiento debe ser lento al principio hasta sobrepasar unos50º C. la temperatura de máxima fragilidad que en estos aceros viene a ser de 825ºC., a fin de evitar diferencia de temperaturas entre la misma masa, el tiempo que se da es de 4 minutos por
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1 m/m de espesor ya que son de mala conductibilidad calorífica, una vez sobrepasada la temperatura de fragilidad, se calentará rápidamente hasta unos 1.225 a 1.300º C. que es la temperatura del temple.
Los elementos de aleación hacen en general disminuir la velocidad crítica del temple, pudiendo algunos aceros aleados templarse al aire, a velocidades inferiores a 50º C/seg. Algunos aceros se enfrían en baño a temperaturas de 500 a 580º C., continuándose después de adquirida la temperatura del baño, el enfriamiento al aire. La ventaja principal del temple con baño caliente, es el desprendimiento uniforme del calor, que disminuye las tensiones de temperatura y evita las deformaciones y las grietas del temple.