o LU u
UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON
FACULTAD DE INGENIERIA M E C A N I C A Y ELECTRICA
DIVISION DE ESTUDIOS DE POSTGRADO
SECUENCIA DE PROCESAMIENTO DE ACEROS
'INOXIDABLES MARTENSíTICOS
C O N O P C I O N AL G R A D O D E M A E S T R O E N C I E N C I A S D E
LA I N G E N I E R Í A M E C A N I C A C O N E S P E C I A L I D A D E N
M A T E R I A L E S
P R E S E N T A
BUENAVENTURA JAVIER FLORES RODRÍGUEZ
Á S B O R : M O . J O S E LUÍS C A V A Z O S G A R C Í A
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA ÜE NUEVO LEÓN
FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
DIVISIÓN ESTUDIOS DE POSTGRADO.
TESIS:
SECUENCIA DE PROCESAMIENTO DE ACEROS
INOXIDABLES MARTENSÍTICOS
CON OPCIÓN AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE
LA INGENIERÍA MECÁNICA CON ESPECIALIDAD EN
MATERIALES.
QUE PRESENTA
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
DIVISIÓN ESTUDIOS DE POSTGRADO.
TESIS:
SECUENCIA DE PROCESAMIENTO DE ACEROS
INOXIDABLES MARTENSÍTICOS
CON OPCIÓN AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE
LA INGENIERÍA MECÁNICA CON ESPECIALIDAD EN
MATERIALES.
QUE PRESENTA
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
DIVISIÓN ESTUDIOS DE POSTGRADO.
L o s m i e m b r o s d e l c o m i t é d e t e s i s , r e c o m e n d a m o s q u e la t e s i s , s e c u e n c i a d e p r o c e s a m i e n t o d e a c e r o s i n o x i d a b l e s m a r t e n s i t i c o s r e a l i z a d a p o r e l I n g . B U E N A V E N T U R A J A V I E R F L O R E S R O D R Í G U E Z , s e a a c e p t a d a p a r a s u d e f e n s a c o m o o p c i ó n al g r a d o d e m a e s t r o e n c i e n c i a s d e l a i n g e n i e r í a m e c á n i c a c o n e s p e c i a l i d a d e n m a t e r i a l e s .
M.C. JOSE LUIS CAVAZOS GARCÍA ASESOR
M.C. HERIBERTO RUIZ CABALLERO COASESOR
í
Vo.Bo.
M.C. ROBERTO VILLAREAL GARZA
SUB- DIRECTOR DE LA DIVISIÓN DE POSGRADO S'ERTO
A G R A D E C I M I E N T O S
Q u i e r o e x p r e s a r mi m a s s i n c e r o a g r a d e c i m i e n t o a la Facultad de I n g e n i e r í a M e c á n i c a y Eléctrica, d e la U n i v e r s i d a d A u t ó n o m a de N u e v o León y a T r a t a m i e n t o s T é r m i c o s O m e g a , por p e r m i t i r m e utilizar s u s instalaciones, para e f e c t u a r las p r u e b a s practicas de los d i f e r e n t e s t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s .
A mi a s e s o r M . C . J o s é L u i s C a v a z o s García. Así c o m o al M.C. V í c t o r M . T r e j o y al M . C . H e r i b e r t o R u i z C a b a l l e r o , p o r sus v a l i o s a s sugerencias e interés en la r e v i s i ó n d e este t r a b a j o .
A mi f a m i l i a , por el a p o y o m o r a l q u e s i e m p r e m e h a brindado y a todas las p e r s o n a s q u e c o n t r i b u y e r o n de u n a f o r m a u otra en la r e a l i z a c i ó n de esta tesis.
A S A M A N T A , J A V I E R D E J E S Ú S , K A R I N A , L O R E N A Y
M A R Í A D E L C A R M E N .
PROLOGO
El o b j e t i v o p r i m o r d i a l d e ésta tesis es la de presentar una s e c u e n c i a d e p r o c e s a m i e n t o para los a c e r o s i n o x i d a b l e s m a r t e n s í t i c o s .
L o s t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s t i e n e n m á s de un siglo de ser a p l i c a d o s ( 1 8 9 0 ), p e r o e n los inicios su e n t e n d i m i e n t o era limitado. H o y e n día ( 1996 ), se e n t i e n d e n m u c h o m e j o r p e r o a ú n así se d e b e n h a c e r c o m b i n a n d o ; el arte, la técnica y la c i e n c i a .
La e s t r u c t u r a del a c e r o está r e l a c i o n a d a c o n sus p r o p i e d a d e s y c o m p o r t a m i e n t o . £ ! t r a t a m i e n t o t é r m i c o m o d i f i c a la e s t r u c t u r a y t a m b i é n s u s p r o p i e d a d e s .
E n los c a p í t u l o s l ,2 y 3 se e x p l i c a b r e v e m e n t e la teoría : d e q u e e s el a c e r o , los t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s b á s i c o s y los e q u i p o s para efectuarlos; r e s p e c t i v a m e n t e .
En el c a p i t u l o 4 se d e s c r i b e n los m é t o d o s de clasificación d e l o s a c e r o s , e n f a t i z a n d o en las n o r m a s S . A . E . , A.LS.I, y la U . N . S .
En el c a p i t u l o 5 se d e s a r r o l l a la s e c u e n c i a de p r o c e s a m i e n t o r e c o m e n d a d a p a r a los d i f e r e n t e s a c e r o s i n o x i d a b l e s m a r t e n s í t i c o s .
En el c a p i t u l o 6 se d a n las c o n c l u s i o n e s a q u e se llegó en la p r e s e n t e tesis.
S Í N T E S I S :
C A P I T U L O 1:
E n este c a p i t u l o se d a i n f o r m a c i ó n s o b r e el acero, las f o r m a s a l o t r ó p i c a s del hierro, c o n s u s r e s p e c t i v a s e s t r u c t u r a s cristalinas y las t e m p e r a t u r a s a las q u e ocurren d i c h o s c a m b i o s . T a m b i é n se d a el d i a g r a m a h i e r r o - c a r b u r o de h i e r r o y d i a g r a m a s triple T , d o n d e se m u e s t r a n los t i e m p o s y t e m p e r a t u r a s e n las q u e o c u r r e la t r a n s f o r m a c i ó n de la a u s t e n i t a a los d i f e r e n t e s f a s e s o b t e n i d a s según la v e l o c i d a d de e n f r i a m i e n t o .
C A P I T U L O 2:
E n este c a p i t u l o se da u n a breve e x p l i c a c i ó n de los d i f e r e n t e s t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s :
• T e m p l a d o • R e v e n i d o • R e c o c i d o • N o r m a l i z a d o • A u s t e m p e r i n g • M a r t e m p e r i n g • R e c o c i d o i s o t é r m i c o • C e m e n t a c i ó n • C i a n u r a c i ó n • N i t r u r a c i ó n
L a s v a r i a n t e s de c a d a uno de los p r o c e s o s , s u s o b j e t i v o s y las t e m p e r a t u r a s a las c u a l e s se aplican.
C A P I T U L O 3:
Para d a r un t r a t a m i e n t o t é r m i c o a un acero, es n e c e s a r i o c o n t a r c o n e q u i p o de r e s p a l d o , h o r n o s , m e d i o s de e n f r i a m i e n t o , d u r o m e t r o s , etc. E n este c a p i t u l o se e x p l i c a n a l g u n o s de los h o r n o s m a s u t i l i z a d o s en los t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s :
• H o r n o c o n t i n u o • H o r n o no- c o n t i n u o
• H o r n o de a t m ó s f e r a c o n t r o l a d a • H o r n o al vacío
• H o r n o de c a m a fluidizada
O t r o e q u i p o i n d i s p e n s a b l e para verificar la d u r e z a del a c e r o . son los d u r o m e t r o s . A q u í se d a una e x p l i c a c i ó n c o m p l e t a s o b r e los e n s a y o s de d u r e z a m a s u s a d o s :
• E n s a y o rockwell • Ensayo hrinell • E n s a y o vickers
C A P I T U L O 4:
E n este c a p i t u l o se m e n c i o n a n d i f e r e n t e s m é t o d o s de clasificar el acero. • S e g ú n el c o n t e n i d o de c a r b o n o .
• S e g ú n el uso o a p l i c a c i ó n . • S e g ú n su c o m p o s i c i ó n q u í m i c a
S e e x p l i c a n las c l a v e s de i d e n t i f i c a c i ó n , según las n o r m a s AISI y S A E p a r a los a c e r o s :
• T i p o m a q u i n a r i a • T i p o h e r r a m i e n t a • T i p o i n o x i d a b l e
Y por u l t i m o se d a u n a tabla de e q u i v a l e n c i a s e n t r e las n o r m a s A I S ! y U N S . C A P I T U L O 5:
E n este c a p i t u l o se citan a l g u n o s de los aceros tipo i n o x i d a b l e m a s c o m u n e s : • 4 1 0
• 4 1 6 • 4 2 0 • 431 • 4 4 0 C
Se dan s u s c o m p o s i c i o n e s q u í m i c a s , s u s características, la s e c u e n c i a ó p t i m a de p r o c e s a m i e n t o y la i n f o r m a c i ó n d e t a l l a d a de los d i f e r e n t e s t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s , q u e se le p u e d e n aplicar, i n c l u y e n d o g r á f i c a s q u e m u e s t r a n la v a r i a c i ó n de la d u r e z a c o n r e s p e c t o a la t e m p e r a t u r a de r e v e n i d o .
C A P I T U L O 6:
E n este c a p i t u l o se dan los r e s u l t a d o s q u e se o b t u v i e r o n e n p r u e b a s q u e se hicieron a d i f e r e n t e s a c e r o s y se h a c e la c o m p a r a c i ó n con los d a t o s teóricos q u e se tienen sobve e s o s m i s m o s a c e r o s .
C A P I T U L O 7:
E n éste c a p i t u l o se t i e n e n las s i g u i e n t e s c o n c l u s i o n e s : • Hay q u e identificar el a c e r o .
• C a r a c t e r i z a r el h o r n o .
• m a q u i n a r todas las caras de la pieza. • evitar la o x i d a c i ó n
• e l i m i n a r la d e c a r b u r a c i ó n
B I B L I O G R A F Í A .
NOMENCLATURA
AJ,A
2,A
3.. Punto crítico 1,2,3..
AISI Instituto Americano del Hierro y el Acero
Aei Punto crítico 1 en equilibrio
B
sInicio de transformación de la Bainita
Bf Final de transformación de la Bainita
bcc Red cúbica de cuerpo centrado
fcc Red cúbica de caras centradas
HB Dureza Brinell
HK Dureza Knoop
HRA Dureza Rockwell A
HRB Dureza Rockwell B
HRC Dureza Rockwell C
HRD Dureza Rockwell D
NOMENCLATURA (CONTINUACIÓN )
L Fase Líquida
M
sInicio de transformación de la Martensita
Mf Final de transformación de la Martensita
Ps Inicio de Transformación de la Perlita
Pf Final de Transformación de la Perlita
RT Resistencia a la Tensión
SAE Sociedad de Ingenieros Automotrices
Ti Temperatura de Transformación 1
T2 Temperatura de Transformación 2
UNS Sistema de Numeración Unificada
30N Escala de Dureza Superficial N (30Kgf)
30T Escala de Dureza Superficial T (30Kgf)
a ferrita (Hierro a l f a )
ÍNDICE:
C A P I T U L O 1: I N T R O D U C C I Ó N . 1 1. í.- ¿ Q u é es el a c e r o ? - - 1
1.2.- E s t r u c t u r a del acero 2 1.3.- C a m b i o s a l o t r ó p i c o s del hierro p u r o — - — 4
1.4.- D i a g r a m a de f a s e h i e r r o - c e m e n t i t a - - 5 l .4.1 s o l u b i l i d a d del c a r b o n o e n el h i e r r o - - 6
1.4.2.- A u s t e n i t a — - - - — 7 1.4.3.- C e m e n t i t a - — — — 7
1.5.- T r a n s f o r m a c i ó n de la a u s t e n i t a <• 8
1.5.1.- A c e r o e u t e c t o i d e - - 9 1.5.2.- A c e r o h i p o e u t e c t o i d e - 9
1.5.3.- A c e r o h i p e r e u t e c t o i d e - - 9 1.5.4.- Histerisis - - - — 10
1.5.5.- H o m o g e n i z a c i ó n de la a u s t e n i t a - 11
1.5.6.- E f e c t o s d e los e l e m e n t o s de a l e a c i ó n - 11
1.5.7.- T e m p e r a t u r a d e t r a n s f o r m a c i ó n 12
1.5.8.- C o n t e n i d o d e c a r b o n o 12 1.5.9.- T r a n s f o r m a c i ó n i s o t é r m i c a d e la austenita - 14
1.5.10.- Bainita 18 1.5.11.- M a r t e n s i t a - 19
1.5.12.- P r o p i d a d e s de los p r o d u c t o s d e la t r a n s f o r m a c i ó n — 2 0 C A P I T U L O 2: T R A T A M I E N T O S T É R M I C O S M A S U S A D O S . 22 2.1.- R e c o c i d o — — - - 22
2.1.1.- R e c o c i d o d e a u s t e n i z a c i ó n c o m p l e t a o de r e g e n e r a c i ó n 22 2.1.2.- R e c o c i d o s u b c r í t i c o - - - 22
2.1.3.- R e c o c i d o s d e a u s t e n i z a c i ó n i n c o m p l e t a ( g l o b u l a r e s ) 24
2.2.- N o r m a l i z a d o - - — 2 5 2.3.- T e m p l e - - - 2 5
2.4.- R e v e n i d o - - - 2 6
2.5.- T r a t a m i e n t o s i s o t é r m i c o s de los a c e r o s - 26 2.5.1.- A u s t e m p e r i n g — - - - 26
2.5.2.- M a r t e m p e r i n g — - - - 27 2.5.3.- R e c o c i d o i s o t é r m i c o - - - - — 27
2.6.- T e m p l e superficial - 28 2.7.- T r a t a m i e n t o s e n los q u e hay c a m b i o de c o m p o s i c i ó n - 28
2.7.1.- C e m e n t a c i ó n 28 2.7.2.- C i a n u r a c i ó n — - — 28
2.8.- F i n a l i d a d e s del t r a t a m i e n t o t é r m i c o — — — 2 9 C A P I T U L O 3 : E Q U I P O U S A D O E N L O S T R A T A M I E N T O S T É R M I C O S 3 0
3.1.- H o r n o s p a r a t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s 30 3.1.1.- H o r n o s n o - c o n t i n u o s - - - - — 32
3.1.2.- H o r n o s c o n t i n u o s - — 32 3.1.3.- H o r n o s d e sales f u n d i d a s - - 34 3.1.4.- H o r n o d e m e t a l e s f u n d i d o s - - - - 35
3.1.5.- H o r n o s d e c a m a f l u i d i z a d a - - 35 3.1.5.- H o r n o d e a t m ó s f e r a c o n t r o l a d a - 36
3.1.7.- H o r n o s al v a c í o — — — — 3 7 3.2.- M e d i o s de e n f r i a m i e n t o — — - 3 8 3.3.- D u r ó m e t r o s - 4 0
3.3.1.- E n s a y o R o c k w e l l - - - 4 1 3.3.2.- E n s a y o Brinell 4 6 3.3.3.- E n s a y o V i c k e r s - 4 8
3.3.4.- E n s a y o d e m i c r o d u r e z a — - - 49
3.3.4.1.- E n s a y o K n o o p - - 4 9 C A P I T U L O 4: C L A S I F I C A C I Ó N D E L O S A C E R O S 5 6
4.1.- M é t o d o s de c l a s i f i c a c i ó n - 56 4.2.- I d e n t i f i c a c i ó n de a c e r o s tipo m a q u i n a r i a - 56
4.3.- I d e n t i f i c a c i ó n d e a c e r o s t i p o h e r r a m i e n t a 5 8 4.4.- I d e n t i f i c a c i ó n de a c e r o s tipo i n o x i d a b l e - 60
4.5.- S i s t e m a de n u m e r a c i ó n u n i f i c a d o ( U N S ) - 61
C A P I T U L O 5: A C E R O S I N O X I D A B L E S M A R T E N S l T I C O S 6 4 5.1.- I n t r o d u c c i ó n — - - — 64
5.2.- A c e r o i n o x i d a b l e m a r t e n s í t i c o 4 1 0 — 6 6 5.3.- A c e r o i n o x i d a b l e m a r t e n s í t i c o 4 1 6 - - - 6 9 5.4.- A c e r o i n o x i d a b l e m a r t e n s í t i c o 4 2 0 - - — 73
5.5.- A c e r o i n o x i d a b l e m a r t e n s í t i c o 4 3 1 — 7 6 5.6.- A c e r o i n o x i d a b l e m a r t e n s í t i c o 4 4 0 C — - - — 79
C A P I T U L O 6 : R E S U L T A D O S 8 3
C A P I T U L O 7: C O N C L U S I O N E S 8 4
B I B L I O G R A F Í A 8 6
C A P I T U L O I
I N T R O D U C C I Ó N
El a c e r o es el m a t e r i a l de ingeniería y c o n s t r u c c i ó n m a s i m p o r t a n t e del m u n d o . Es a p r o x i m a d a m e n t e el 8 0 % d e t o d o s los m e t a l e s p r o d u c i d o s . Este p r e d o m i n i o s e d e b e a la c o m b i n a c i ó n de resistencia, f a c i l i d a d de f a b r i c a c i ó n , un a m p l i o rango de p r o p i e d a d e s físicas y m e c á n i c a s , a u n b a j o c o s t o .
M i e n t r a s a l g u n o s a c e r o s s o n r e l a t i v a m e n t e s u a v e s y d ú c t i l e s y se t r a b a j a n f á c i l m e n t e ; c o m o las d e f e n s a s y c a r r o c e r í a s de a u t o m ó v i l e s . O t r o s p u e d e n ser e n d u r e c i d o s para usarse c o m o h e r r a m i e n t a s p a r a cortar m a t e r i a l e s a u n a f o r m a d e s e a d a ; u n e j e m p l o es la n a v a j a de rasurar. E x i s t e n m i l e s de t i p o s de c o m p o s i c i ó n de aceros, los c u a l e s presentan p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s d i f e r e n t e s y estas p u e d e n m o d i f i c a r s e m e d i a n t e t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s .
Se d e f i n e el t r a t a m i e n t o t é r m i c o , c o m o el p r o c e s o de calentar y e n f r i a r u n a aleación en el e s t a d o sólido c o n el fin de o b t e n e r p r o p i e d a d e s e s p e c i f i c a s .
A n t e s de c o n s i d e r a r el t r a t a m i e n t o t é r m i c o del acero, será de a y u d a e x p l i c a r q u e es el a c e r o y c o n s i d e r a r e m o s la e s t r u c t u r a interna del acero.
1.1 ¿ Q U E E S E L A C E R O ?
F u n d a m e n t a l m e n t e t o d o s los a c e r o s son m e z c l a s de hierro y c a r b o n o ( m á x . 2 . 0 0 % ). Los a c e r o s c o m u n e s al c a r b o n o t a m b i é n t i e n e n p e q u e ñ a s c a n t i d a d e s de o t r o s e l e m e n t o s c o m o m a n g a n e s o , silicio, f ó s f o r o y a z u f r e . P o r e j e m p l o el a c e r o A I S I o S A E
A c e r o s a l e a d o s s o n aquellos, q u e t i e n e n c a n t i d a d e s e s p e c í f i c a s de o t r o s e l e m e n t o s e n su c o m p o s i c i ó n q u í m i c a . Los e l e m e n t o s m a s c o m ú n m e n t e aleados c o n el a c e r o son el n í q u e l , c r o m o , m o l i b d e n o . v a n a d i o y t u n g s t e n o ; el m a n g a n e s o t a m b i é n cae en esta c a t e g o r í a c u a n d o se e n c u e n t r a en c a n t i d a d e s arriba del 1% . U n o o m a s de e s t o s e l e m e n t o s de a l e a c i ó n p u e d e n ser n e c e s a r i o s e n el acero, p a r a darle las características e s p e c i a l e s q u e lo h a g a n útil e n alguna a p l i c a c i ó n de ingeniería. S i n e m b a r g o el c a r b o n o es el e l e m e n t o p r i n c i p a l de la m a y o r í a de los aceros, d e b i d o a q u e la cantidad de c a r b o n o p r e s e n t e en el a c e r o c o m ú n , tiene un e f e c t o p r o n u n c i a d o en s u s p r o p i e d a d e s y en la s e l e c c i ó n del t r a t a m i e n t o t é r m i c o , r e c o m e n d a b l e para o b t e n e r ciertas p r o p i e d a d e s d e s e a d a s .
1.2 E S T R U C T U R A D E L A C E R O .
T o d o s los m e t a l e s por n a t u r a l e z a son cristalinos. E n la s o l i d i f i c a c i ó n del acero, se f o r m a n p e q u e ñ o s cristales. O b s e r v a n d o m e t a l e s con un m i c r o s c o p i o de alto p o d e r , no se r e v e l a r a n los á t o m o s o las redes espaciales; solo se v e r á n g r a n o s i n d i v i d u a l e s o cristales. Para poder o b s e r v a r el arreglo de á t o m o s en el hierro o el acero, d e b e r á ser n e c e s a r i o , pulir , atacar y a m p l i f i c a r la s u p e r f i c i e del m e t a l ; 35 m i l l o n e s de v e c e s , q u e si se o b s e r v a r a a s i m p l e vista.
T o d o s los g r a n o s o cristales están c o m p u e s t o s de á t o m o s ligados en u n patrón d e f i n i d o . Esta e s t r u c t u r a a t ó m i c a es l l a m a d a red e s p a c i a l . A una t e m p e r a t u r a d e t e r m i n a d a los á t o m o s e n un g r a n o están e s p a c i a d o s u n a d i s t a n c i a d e f i n i d a y esta no p u e d e ser c a m b i a d a .
L a c ú b i c a c e n t r a d a e n el c u e r p o se a b r e v i a b.c.c., t i e n e un á t o m o e n c a d a esquina del c u b o i m a g i n a r i o y u n o e n el c e n t r o del c u e r p o . L a c ú b i c a c e n t r a d a e n las caras se a b r e v i a f.c.c., t i e n e un á t o m o en c a d a e s q u i n a del c u b o y u n o en el c e n t r o de c a d a una de las caras.
El hierro p u r o y el a c e r o al c a r b o n o t i e n e n la e s t r u c t u r a b.c.c. a la t e m p e r a t u r a a m b i e n t e m i e n t r a s q u e a a l t o s r a n g o s d e t e m p e r a t u r a el a r r e g l o es f.c.c.. H a y un rearreglo d e á t o m o s e n los g r a n o s del h i e r r o o del a c e r o , al s e r c a l e n t a d o s a ciertos v a l o r e s de t e m p e r a t u r a , d o n d e o c u r r e n c a m b i o s d e b.c.c. a f.c.c.. E s t e r e a c o m o d o de á t o m o s e s l l a m a d o c a m b i o alotrópico. La t e m p e r a t u r a a la cual e s t o s c a m b i o s o c u r r e n , s e l l a m a t e m p e r a t u r a de t r a n s f o r m a c i ó n . L a c i e n c i a del t r a t a m i e n t o t é r m i c o del a c e r o d e p e n d e de la a l o t r o p í a del h i e r r o y la v a r i a c i ó n d e la s o l u b i l i d a d d e c a r b o n o en c a d a f o r m a cristalina del h i e r r o .
F i g . l a . R e d c ú b i c a c e n t r a d a en el c u e r p o (b.c.c.)
1.3 C A M B I O S A L O T R Ó P I C O S E N E L H I E R R O P U R O .
D a d o q u e el h i e r r o es el e l e m e n t o p r e d o m i n a n t e en las a l e a c i o n e s hierro - c a r b o n o . Es c o n v e n i e n t e h a c e r un estudio de los c a m b i o s a l o t r ó p i c o s del h i e r r o por ser de gran i m p o r t a n c i a e n el t r a t a m i e n t o t é r m i c o del acero.
A s u m i r q u e el h i e r r o puro se f u n d e en un crisol a i s l a d o , de tal m a n e r a q u e p e r m i t a e n f r i a r l o l e n t a m e n t e y h a c e r u n a t a b u l a c i ó n de t e m p e r a t u r a contra t i e m p o .
En la f i g u r a 2 se o b s e r v a q u e arriba de 1540°C ( 2 8 0 0 ° F ) el hierro es l í q u i d o : a 1540°C ( 2 8 0 0 ° F ) el h i e r r o c o m i e n z a a solidificar y la t e m p e r a t u r a se m a n t i e n e c o n s t a n t e h a s t a q u e s o l i d i f i q u e t o t a l m e n t e . D e s p u é s de solidificar el h i e r r o la t e m p e r a t u r a c o m i e n z a a d e s c e n d e r a u n a r a z ó n u n i f o r m e h a s t a q u e a l c a n z a 1395°C ( 2 5 4 0 ° F ), a e s t a t e m p e r a t u r a hay n n a ligera p e r m a n e n c i a , c o m p a r a d a con la q u e se t u v o a 1540°C ( 2 8 0 0 ° F ). Entre 1540°C ( 2 8 0 0 ° F ) y 1395°C ( 2 5 4 0 ° F ), el hierro es c o n o c i d o c o m o hierro delta, con una e s t r u c t u r a b.c.c.. A 1395°C ( 2 5 4 0 ° F ) la curva de e n f r i a m i e n t o i n d i c a que hay un c a m b i o de h i e r r o delta (b.c.c.) a h i e r r o g a m a (f.c.c.) esta t r a n s f o r m a c i ó n no es de i m p o r t a n c i a en los t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s ; p o r q u e no se aplican a é s t a s t e m p e r a t u r a s .
C u a n d o t e r m i n a la t r a n s f o r m a c i ó n a 1395°C ( 2 5 4 0 ° F ) la t e m p e r a t u r a c o m i e n z a a d e s c e n d e r n u e v a m e n t e a una r a z ó n constante hasta los 915°C ( 1675°F ) d o n d e n u e v a m e n t e hay u n a p e r m a n e n c i a por un corto t i e m p o ; y a esta t e m p e r a t u r a el hierro g a m a (f.c.c.) c a m b i a a h i e r r o alfa (b.c.c.). Esta t r a n s f o r m a c i ó n es de gran i m p o r t a n c i a en el t r a t a m i e n t o t é r m i c o del acero. La p e r m a n e n c i a a 770°C ( 1420°F ) no tiene i m p o r t a n c i a en los t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s ya q u e representa un c a m b i o e n las p r o p i e d a d e s m a g n é t i c a s del hierro, al p a s a r de n o - m a g n é t i c o a m a g n é t i c o , y se le l l a m a p u n t o de Curie.
t r a n s f o r m a c i ó n . Y e s t a s t r a n s f o r m a c i o n e s s o n d e vital i m p o r t a n c i a en los t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s del acero.
1.4 D I A G R A M A D E F A S E H I E R R O - C E M E N T I T A .
C u a n d o el h i e r r o p u r o a l c a n z a la t r a n s f o r m a c i ó n a 9 1 5 ° C ( 1675°F ), lo h a c e a t e m p e r a t u r a c o n s t a n t e . A r r i b a d e 9 1 5 ° C ( 1 6 7 5 ° F ) e! h i e r r o es ( f.c.c. ) y a b a j o de ésta t e m p e r a t u r a es ( b.c.c. ). C u a n d o hay á t o m o s de c a r b o n o p r e s e n t e , dos c a m b i o s t i e n e n lugar. La t e m p e r a t u r a d e esta t r a n s f o r m a c i ó n es m e n o r y la t r a n s f o r m a c i ó n o c u r r e e n un r a n g o d e t e m p e r a t u r a s y n o a t e m p e r a t u r a c o n s t a n t e . E s t a i n f o r m a c i ó n a sido c o n d e n s a d a
en el d i a g r a m a de fase fig 3. U n a f a s e es u n a p o r c i ó n de m a t e r i a física, q u í m i c a y c r i s t a l o g r á f i c a m e n t e h o m o g é n e a , la cual esta s e p a r a d a d e las otras f a s e s por limites d e g r a n o .
L a s siguientes fases ocurren e n a l e a c i o n e s h i e r r o - c a r b o n o : a l e a c i ó n f u n d i d a , a u s t e n i t a , ferrita, c e m e n t i t a y g r a f i t o . E s t a s fases t a m b i é n s o n l l a m a d o s c o n s t i t u y e n t e s . N o t o d o s los c o n s t i t u y e n t e s c o m o la perlita o la bainita, son f a s e s , d a d o que, a l g u n a s son m e z c l a s y n o son t o t a l m e n t e h o m o g é n e a s .
U n d i a g r a m a de fase e s u n a r e p r e s e n t a c i ó n g r á f i c a de la t e m p e r a t u r a de equilibrio y la c o m p o s i c i ó n de las fases. En el s i s t e m a hierro - c e m e n t i t a , la t e m p e r a t u r a es c o l o c a d a v e r t i c a l m e n t e y la c o m p o s i c i ó n h o r i z o n t a l m e n t e . E n un s i s t e m a m e t á l i c o , la presión, es u s u a l m e n t e c o n s i d e r a d a c o n s t a n t e , o p u e d e ser t o m a d a c o m o u n a v a r i a b l e adicional en c a s o s raros. Este d i a g r a m a es l l a m a d o i n c o r r e c t a m e n t e d i a g r a m a de equilibrio hierro -c a r b o n o , p o r q u e la fase del lado d e r e -c h o es -c e m e n t i t a , y n o -c a r b o n o o grafito, y el t e r m i n o e q u i l i b r i o , no es a p r o p i a d o p o r q u e la f a s e c e m e n t i t a n o es r e a l m e n t e estable. En otras p a l a b r a s , d a n d o s u f i c i e n t e t i e m p o ( m e n o s si la t e m p e r a t u r a es e l e v a d a ) el c a r b u r o de hierro o c e m e n t i t a , se d e s c o m p o n e a hierro y g r a f i t o . El a c e r o grafitiza. Esto es u n a r e a c c i ó n p e r f e c t a m e n t e natural y s o l a m e n t e el d i a g r a m a h i e r r o - g r a f i t o es p r o p i a m e n t e l l a m a d o d i a g r a m a de equilibrio.
E n el d i a g r a m a hierro - c e m e n t i t a se indican, q u e f a s e s están p r e s e n t e s a cada t e m p e r a t u r a y los limites d e c o m p o s i c i ó n de c a d a u n a de ellas. E n el d i a g r a m a la t e m p e r a t u r a es c o l o c a d a v e r t i c a l m e n t e y la c o m p o s i c i ó n h o r i z o n t a l m e n t e . C u a l q u i e r p u n t o en el d i a g r a m a r e p r e s e n t a u n a c o m p o s i c i ó n y una t e m p e r a t u r a d e f i n i d a , c a d a valor p u e d e ser e n c o n t r a d o s a c a n d o la p r o y e c c i ó n al eje c o r r e s p o n d i e n t e .
c a r b u r o de hierro d i s u e l t o e n el hierro sólido. L a h a b i l i d a d del h i e r r o y c a r b o n o para f o r m a r s o l u c i o n e s sólidas h a c e p o s i b l e el t r a t a m i e n t o térmico del acero.
R e f i r i é n d o n o s al d i a g r a m a hierro - c e m e n t i t a el á r e a m a r c a d a c o m o austenita. es u n a área d o n d e el hierro retiene m u c h o c a r b o n o disuelto. D e h e c h o , la m a y o r í a de los t r a t a m i e n t o s térmicos, c o m o el recocido, n o r m a l i z a d o y t e m p l e e m p i e z a n c o n el c a l e n t a m i e n t o del a c e r o d e n t r o del r a n g o austenítico, para d i s o l v e r el c a r b u r o en el hierro.
1.4.2 A u s t e n i t a . E s el t e r m i n o a p l i c a d o a la s o l u c i ó n sólida d e c a r b o n o en hierro f.c.c.. C o m o o t r o s c o n s t i t u y e n t e s en el d i a g r a m a , la a u s t e n i t a tiene u n a s o l u b i l i d a d d e f i n i d a por el c a r b o n o , la cual d e p e n d e de la t e m p e r a t u r a . El área s o m b r e a d a en el d i a g r a m a l i m i t a d a por A G F D E , es d o n d e se e n c u e n t r a la austenita. C o m o se m u e s t r a en el d i a g r a m a , el c o n t e n i d o d e c a r b o n o p u e d e variar de 0 a 2 % . D a d o q u e uno de los l í m i t e s del área de la a u s t e n i t a es h i e r r o g a m a , la a u s t e n i t a p u e d e ser d e f i n i d a c o m o u n a s o l u c i ó n sólida de c a r b o n o o c a r b u r o de hierro en hierro gama. B a j o c o n d i c i o n e s n o r m a l e s la austenita no p u e d e existir a t e m p e r a t u r a a m b i e n t e , en a c e r o s c o m u n e s al c a r b o n o . Esta sólo p u e d e existir a t e m p e r a t u r a s e l e v a d a s , e n la z o n a del d i a g r a m a l i m i t a d a p o r la línea A G F E D .
Los límites de s o l u b i l i d a d para el c a r b o n o , e n la e s t r u c t u r a b.c.c. del h i e r r o son m o s t r a d o s p o r la línea A B C del d i a g r a m a . Esta á r e a del d i a g r a m a se c o n o c e c o m o a l f a ( a ) y la f a s e es l l a m a d a ferrita. La m á x i m a solubilidad del c a r b o n o en el hierro a es . 0 2 5 % y o c u r r e a 725°C, a t e m p e r a t u r a a m b i e n t e s o l a m e n t e d i s u e l v e . 0 0 8 % d e c a r b o n o .
La t r a n s f o r m a c i ó n de a u s t e n i t a a ferrita y c e m e n t i t a p u e d e d a r d i f e r e n t e s m i c r o e s t r u c t u r a s d e p e n d i e n d o d e la c o m p o s i c i ó n y la v e l o c i d a d d e e n f r i a m i e n t o .
ig 2800 F
i\ (1540 °C) Peritectic¿
2725"F (1495 °C]
•• HYpereutecticC»
T y p i c a l a r i n e a l c d m i c r o s i i u ^ ^ ' e s
1.5.1 A c e r o e u t e c t o i d e . Un acero al c a r b o n o c o n t e n i e n d o 0 . 7 7 % de c a r b o n o es u n a s o l u c i ó n sólida e n el r a n g o de la t e m p e r a t u r a austenitica, entre 725°C a 1370°C. T o d o el c a r b o n o está d i s u e l t o e n la austenita. C u a n d o esta solución s ó l i d a se e n f r í a l e n t a m e n t e , o c u r r e n varios c a m b i o s a 725°C. Esta t e m p e r a t u r a es de t r a n s f o r m a c i ó n o t e m p e r a t u r a crítica del s i s t e m a hierro-cernentita. A esta t e m p e r a t u r a el acero se t r a n s f o r m a de u n a s o l u c i ó n s ó l i d a h o m o g é n e a a d o s n u e v a s f a s e s distintas. Este c a m b i o o c u r r e a t e m p e r a t u r a c o n s t a n t e y c o n g e n e r a c i ó n d e calor. Las n u e v a s fases son ferrita y c e m e n t i t a , f o r m a d a s s i m u l t á n e a m e n t e ; sin e m b a r g o , e s t o ocurre a u n a sola c o m p o s i c i ó n p u n t o "G" en la fig. 3. E s t o s d o s n u e v o s c o n s t i t u y e n t e s p u e d e n d e s a r o l l a r s e s e p a r a d a m e n t e de la a u s t e n i t a en o t r o s a c e r o s . La t r a n s f o r m a c i ó n e n el punto Í 4G" es c o n o c i d a c o m o r e a c c i ó n e u t e c t o i d e y por esta r a z ó n el a c e r o d e 0 . 7 7 % C es l l a m a d o acero eutectoide. La f e r r i t a y c e m e n t i t a f o r m a d a e n la r e a c c i ó n e u t e c t o i d e es l l a m a d a perlita. L a fig. 4 m u e s t r a la m i c r o e s t r u c t u r a de perlita y c e m e n t i t a . . La perlita esta c o m p u e s t a de placas a l t e r n a d a s d e ferrita y c e m e n t i t a . Se l l a m a perlita p o r q u e m u e s t r a un color similar al de la m a d r e perla. El acero de 0 . 7 7 % c tiene 1 0 0 % perlita, a t e m p e r a t u r a a m b i e n t e y m e d i a n t e e n f r i a m i e n t o lento.
1.5.2 A c e r o s h i p o e u t e c t o i d e s . Los aceros q u e c o n t e n g a n m e n o s de . 7 7 % C son c o n o c i d o s c o m o a c e r o s h i p o e u t e c t o i d e s . A t e m p e r a t u r a a m b i e n t e las f a s e s p r e s e n t e s son ferrita y perlita.
El c o n t e n i d o d e ferrita en e s t o s aceros, es i n v e r s a m e n t e p r o p o r c i o n a l al c o n t e n i d o de c a r b o n o del acero y el c o n t e n i d o de perlita es d i r e c t a m e n t e p r o p o r c i o n a l .
La línea B G del d i a g r a m a ñ g . 3 es l l a m a d a línea crítica inferior Ai y la línea AG es l l a m a d a línea crítica s u p e r i o r A3.
L a línea G F del d i a g r a m a fig. 3 es l l a m a d a línea crítica Ac n i o línea de la s o l u b i l i d a d d e la c e m e n t i t a y la línea G H es llamada línea crítica i n f e r i o r A3.1
F i g . 4 M i c r o e s t r u c t u r a d e los aceros e u t e c t o i d e e h i p e r e u t e c t o i d e a) perlita b) perlita y c e m e n í i í a
Por otra parte e n la p r a c t i c a c o m e r c i a l del e n f r i a m i e n t o , las t r a n s f o r m a c i o n e s o c u r r e n a u n o s c u a n t o s g r a d o s p o r a b a j o de las t e m p e r a t u r a s m o s t r a d a s e n la fig. 3 y estas s o n c o n o c i d a s c o m o Ar, el s u b í n d i c e r v i e n e de la p a l a b r a en f r a n c é s r e f r o i d i s s e m e n t , q u e s i g n i f i c a e n f r i a m i e n t o .
L a d i f e r e n c i a entre las t e m p e r a t u r a s de t r a n s f o r m a c i ó n e n el c a l e n t a m i e n t o o en el e n f r i a m i e n t o varia c o n la r a p i d e z del c a l e n t a m i e n t o y del e n f r i a m i e n t o . E n t r e m a s rápido se calienLe el acero m á s alta será la t e m p e r a t u r a Ac. Y e n t r e m a s r á p i d o se e n f r í e m e n o r s e r á la t e m p e r a t u r a Ar.
1.5.5 H o m o g e n e i z a c i ó n de la nustenita. El d i a g r a m a h i e r r o - c e m e n t i t a s o l a m e n t e m u e s t r a las fases q u e e x i s t e n en equilibrio. C u a n d o las r a z o n e s de c a l e n t a m i e n t o y de e n f r i a m i e n t o son m u y lentas, se p e r m i t e u n a c o m p l e t a t r a n s f o r m a c i ó n de los c o n s t i t u y e n t e s . Si el c a l e n t a m i e n t o es m u y rápido, la s o l u c i ó n y d i f u s i ó n del c a r b o n o no p u e d e p r e s e n t a r s e a d e c u a d a m e n t e , y esto p u e d e p r o v o c a r r e s u l t a d o s d e s a s t r o s o s .
P a r a corregir esta c o n d i c i ó n , la t e m p e r a t u r a d e b e ser e l e v a d a y d a r un t i e m p o s u f i c i e n t e para permitir q u e la d i f u s i ó n del c a r b o n o ocurra, y se d i s t r i b u y a u n i f o r m e m e n t e e n la a u s t e n i t a . Esto es l l a m a d o h o m o g e n e i z a c i ó n .
1.5.6 E f e c t o s d e los e l e m e n t o s d e a l e a c i ó n . El d i a g r a m a h i e r r o - c e m e n t i t a m u e s t r a las relaciones de equilibrio e n t r e c a r b o n o y h i e r r o puro. Sin e m b a r g o al agregar e l e m e n t o s de a l e a c i ó n especial, c a m b i a n las t e m p e r a t u r a s de t r a n s f o r m a c i ó n , y a m e n u d o es n e c e s a r i o c o n o c e r éstas t e m p e r a t u r a s .
a u n a v e l o c i d a d u n i f o r m e t o m a n d o datos de t e m p e r a t u r a c o n t r a t i e m p o . D e s p u é s se c o n s t r u y e u n a g r á f i c a s i m i l a r a la m o s t r a d a en la fig. 5
1.5.7 T e m p e r a t u r a de t r a n s f o r m a c i ó n . D u r a n t e el p r i m e r p a s o del c a l e n t a m i e n t o , la t e m p e r a t u r a d e la p r o b e t a se i n c r e m e n t a a u n a r a z ó n u n i f o r m e . A t e m p e r a t u r a Ti la r a z ó n d e calor a b s o r b i d o s e d e c r e m e n t a h a s t a q u e la t e m p e r a t u r a T2 es a l c a n z a d a , d e s p u é s d e este p u n t o la razón se i n c r e m e n t a n u e v a m e n t e . L a t e m p e r a t u r a Ti es la t e m p e r a t u r a critica e i n d i c a el c o m i e n z o d e la t r a n s f o r m a c i ó n de ferrita a a u s t e n i t a . Y la t e m p e r a t u r a T2 indica la total t r a n s f o r m a c i ó n a a u s t e n i t a . E n el e n f r i a m i e n t o ocurren los e f e c t o s i n v e r s o s .
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Fig. 5 C u r v a de c a l e n t a m i e n t o d e u n a c e r o h i p o e u t e c t o i d e .
t r a n s f o r m a c i o n e s son d e t e r m i n a d a s por condiciones de c a l e n t a m i e n t o y e n f r i a m i e n t o lento.
C o n d i c i o n e s de e n f r i a m i e n t o rápido, se a l e j a n d e las condiciones de equilibrio, y produce estructuras metaestables, y la relación m o s t r a d a en el d i a g r a m a de fase hierro cementita debe ser m o d i f i c a d o .
N o hay dificuJtad en c o m p r e n d e r por q u e en el e n f r i a m i e n t o rápido de u n acero hipoeutectoíde se obtiene un e x c e s o de perlita. La t r a n s f o r m a c i ó n de la austenita a ferrita y perlita es un proceso de d i f u s i ó n , el cual involucra el m o v i m i e n t o de á t o m o s de carbono. La velocidad de d i f u s i ó n d e p e n d e del t i e m p o y de la t e m p e r a t u r a . Bajo c o n d i c i o n e s de e n f r i a m i e n t o rápido, la temperatura crítica A3 , se pasa muy r á p i d o y se cuenta con un t i e m p o m u y corto para q u e los á t o m o s de c a r b o n o se d i f u n d a n . C u a n d o la temperatura es m e n o r a Ja temperatura critica A3 , habrá m á s austenita que se t r a n s f o r m e en perlita, ésto sucede hasta antes de alcanzar la t e m p e r a t u r a critica A\.
En m u c h a s o c a s i o n e s es posible estimar , el c o n t e n i d o de c a r b o n o d e un acero, mediante el e x a m e n de m i c r o e s t r u c t u r a , es decir, d e t e r m i n a n d o la cantidad de perlita presente en dicho acero. De lo anterior se d e d u c e q u e es importante conocer la historia previa del acero para hacer una estimación correcta. U n acero que se e n f r í a r á p i d a m e n t e tendrá m á s perlita q u e uno q u e se e n f r í a m á s lentamente, por lo q u e el c o n t e n i d o de carbono en relación con el contenido de perlita no es correcto.
El d i a g r a m a de fase hierro - cementita es t a m b i é n útil para estimar el c o n t e n i d o de carbono del acero, m e d i a n t e el e x a m e n d e la microestructura. Esto se hace c o m o sigue:
• La estimación se hace con las fracciones d e las áreas de perlita. de ferrita y de cementita. La cantidad de c a r b o n o en la ferrita es despreciable.
• Por lo t a n t o 0 . 7 7 % * la f r a c c i ó n de área de perlita + 6 . 7 % * f r a c c i ó n de área de c e m e n t i t a = % de carbono.
P o r e j e m p l o en la m i c r o e s t r u c t u r a b) de la f i g u r a 4 hay 9 3 % de perlita y 7 % de c e m e n t i t a . El c o n t e n i d o de carbón c a l c u l a d o es: 0 . 7 7 * 0 . 9 3 + 6 . 7 * 0 . 0 7 = 1.19% C y r e a l m e n t e este a c e r o contiene 1.25 % C.
C á l c u l o s del c o n t e n i d o de c a r b o n o m e d i a n t e el e x a m e n de la m i c r o e s t r u c t u r a , se h a c e n o c a s i o n a l m e n t e . Los m é t o d o s q u í m i c o s son m á s r á p i d o s y e x a c t o s , a l g u n o s de ellos lo hacen e n tres m i n u t o s , por s u p u e s t o se requiere d e u n a m u e s t r a r e p r e s e n t a t i v a del acero.
1.5.9 T r a n s f o r m a c i ó n i s o t é r m i c a de la a u s t e n i t a . C u a n d o e n un acero e u t e c t o i d e . la t r a n s f o r m a c i ó n de la austenita se lleva a c a b o , los á t o m o s de c a r b o n o se d i f u n d e n d e tal m a n e r a q u e el p r o d u c t o es perlita. E s t a sí es vista al m i c r o s c o p i o t i e n e la a p a r i e n c i a d e c a p a s alternadas. C o n v e l o c i d a d e s de e n f r i a m i e n t o m u y lento, la d i s t a n c i a e n t r e las c a p a s es m a y o r q u e en el caso de e n f r i a m i e n t o s m a s rápidos. La r a z ó n del p o c o es pac i a m i e n t o , se d e b e a u n a b a j a v e l o c i d a d de d i f u s i ó n . Y hay p o c o t i e m p o para la d i f u s i ó n del c a r b o n o . La distancia de translación de los á t o m o s de c a r b o n o es p e q u e ñ a , por lo t a n t o , el e s p a c i a m i e n t o de las c a p a s de c e m e n t i t a es p e q u e ñ o .
La f o r m a c i ó n de perlita a partir de la a u s t e n i t a es un p r o c e s o de n u c l e a c i ó n y c r e c i m i e n t o . C o m o e n lodo p r o c e s o de n u c l e a c i ó n , se r e q u i e r e cierto t i e m p o para q u e los á t o m o s t e n g a n la e n e r g í a s u f i c i e n t e y así e f e c t u a r el p r o c e s o de c r e c i m i e n t o . Al e m p e z a r a e m p u j a r u n a r u e d a e n u n a s u p e r f i c i e , se r e q u i e r e d e una e n e r g í a extra, por a l g u n o s s e g u n d o s , para p o n e r l a en m o v i m i e n t o , pero u n a v e z q u e e m p e z ó a m o v e r s e n o es difícil m a n t e n e r l a e n e s a c o n d i c i ó n . De m a n e r a similar s u c e d e en la f o r m a c i ó n de la perlita, la e n e r g í a e x t r a v i e n e siendo un s o b r e e n f r i a m i e n t o por a b a j o de la t e m p e r a t u r a critica Ai.
o b s e r v a q u e la t r a n s f o r m a c i ó n c o m p l e t a del a c e r o e u t e c t o i d e a a u s t e n i t a es a l o s 725°C, sin e m b a r g o para a s e g u r a r q u e t o d a s las p a r t e s del metal estén arriba d e Aci , las p r o b e t a s se c a l e n t a r a n h a s t a 7 6 0 ° C y r á p i d a m e n t e se p o n e n e n un b a ñ o de sales f u n d i d a s a 6 7 5 ° C . D e s p u é s de m e d i o s e g u n d o se saca u n a p r o b e t a , a un s e g u n d o la s e g u n d a , a d o s s e g u n d o s la tercera y las o t r a s a 4 , 8, 16, 32, 63, 125, 2 5 0 , 500 y 1000 s e g u n d o s , y éstas son e n f r i a d a s i n m e d i a t a m e n t e e n a g u a fría. Las p r o b e t a s se e x a m i n a n m e t a l o g r a f i c a m e n t e para d e t e r m i n a r , el t i e m p o n e c e s a r i o p a r a n u c l e a r la perlita y el t i e m p o n e c e s a r i o p a r a c o m p l e t a r la f o r m a c i ó n d e la perlita.
E n la f i g u r a 6 se o b s e r v a la mi ero e s t r u c t u r a de las m u e s t r a s e x a m i n a d a s , q u e no revelan perlita en las p r i m e r a s s e g u n d o s , p e r o e n los s u b s i g u i e n t e s , se v e un a u m e n t o en la c a n t i d a d de p e r l i t a . E n la ú l t i m a p r o b e t a t o d a la m i c r o e s t r u c t u r a es perlita. P o s t e r i o r m e n t e e n u n a s e g u n d a y tercera serie de probetas, son c o l o c a d a s en b a ñ o s de sales f u n d i d a s a t e m p e r a t u r a s de 620°C y 565°C; r e s p e c t i v a m e n t e y se a p l i c a el m i s m o p r o c e d i m i e n t o . E s t a s p r o b e t a s se e x a m i n a n para d e t e r m i n a r el inicio y el final de la t r a n s f o r m a c i ó n a perlita. D e los datos o b t e n i d o s e n la figura 6 se o b t i e n e la g r á f i c a de la fig. 7.
En la g r á f i c a de la fig.7 se o b s e r v a c u a n t o t i e m p o es n e c e s a r i o para iniciar y c o m p l e t a r la f o r m a c i ó n d e la perlita a c a d a t e m p e r a t u r a .
La línea Ps i n d i c a el t i e m p o q u e se n e c e s i t a para q u e inicie la f o r m a c i ó n de la perlita y la línea P,- i n d i c a c u a n d o , toda la a u s t e n i t a a sido t r a n s f o r m a d a a perlita.
En el d i a g r a m a d e fases hierro - c e m e n l i t a se o b s e r v a q u e a 725°C la p r o b e t a tiene u n a inicroestructura a u s t e n í t i c a en c o n d i c i o n e s de equilibrio. C u a n d o la p i e z a se e n f r í a por a b a j o de 7 2 5 ° C . la a u s t e n i t a tiene u n a alta inercia para c a m b i a r a perlita. Sin e m b a r g o la facilidad c o n la cual la a u s t e n i t a p u e d e t r a n s f o r m a r s e a perlita v i e n e c a d a v e z a m e n o s c o n f o r m e es m a s b a j a la t e m p e r a t u r a . H a y q u e r e c o r d a r q u e al a u m e n t a r la t e m p e r a t u r a se i n c r e m e n t a la v e l o c i d a d de reacción, y al bajar la t e m p e r a t u r a se r e d u c e la v e l o c i d a d de reacción. La m a y o r c a n t i d a d de a u s t e n i t a q u e sea e n f r i a d a por a b a j o de 725°c, los á t o m o s de c a r b o n o se m o v e r á n c o n m a s d i f i c u l t a d . Esto es, hay d o s f o r m a s o p o s i t o r a s d u r a n t e la t r a n s f o r m a c i ó n de la austenita. U n a es el i n c r e m e n t o d e inercia de la a u s t e n i t a para t r a n s f o r m a r s e en perlita ( n u c l e a c i o n ) . L a otra es el d e c r e m e n t o de la h a b i l i d a d de la a u s t e n i t a para t r a n s f o r m a r s e , a t e m p e r a t u r a s por a b a j o de la t e m p e r a t u r a critica, y d e c r e m e n t o en la m o v i l i d a d de los á t o m o s de c a r b o n o , es decir, v e l o c i d a d de c r e c i m i e n t o b a j o .
En la figura 7 se o b s e r v a q u e a la t e m p e r a t u r a de 675°C, la austenita no tiene prisa e n t r a n s f o r m a r s e , por otra parte, la t e m p e r a t u r a es lo s u f i c i e n t e m e n t e alta para permitir una fácil d i f u s i ó n a los á t o m o s de c a r b o n o y d e s p u é s de un t i e m p o s u f i c i e n t e m e n t e g r a n d e la t r a n s f o r m a c i ó n será c o m p l e t a , f o r m á n d o s e perlita g r u e s a . La d i f u s i ó n de los á t o m o s de c a r b o n o es m a s difícil a 565°C, la t e n d e n c i a de la a u s t e n i t a para t r a n s f o r m a r s e es s u f i c i e n t e m e n t e alta, pero c o m o los á t o m o s de c a r b o n o no se p u e d e n m o v e r f á c i l m e n t e , por lo t a n t o la perlita f o r m a d a es e x t r e m a d a m e n t e fina.
E n la f¡g 8, el l a d o i z q u i e r d o d e la c u r v a a b a j o d e la rodilla, indica el inicio de la f o r m a c i ó n de !a b a i n i t a y el lado d e r e c h o indica el final de t r a n s f o r m a c i ó n . La t e m p e r a t u r a a la cual se f o r m a ésta m i c r o e s t r u c t u r a es entre 525 y 2 7 5 ° C , p a r a el a c e r o e u t e c t o i d e .
T i m e ( s )
Fig. 8 D i a g r a m a d e t r a n s f o r m a c i ó n p a r a un a c e r o al c a r b o n o c o n 0 . 8 % C .
1.5.11 M a r t e n s i t a . E n f r i a m i e n t o a t e m p e r a t u r a s p o r a b a j o de 2 7 5 ° C , se o b t i e n e otro p r o d u c t o de t r a n s f o r m a c i ó n q u e se le l l a m a martensita.- La e s t r u c t u r a d e la m a r t e n s i t a es m u y s i m i l a r a la de la b a i n i t a f o r m a d a a b a j a s t e m p e r a t u r a s . E s t o es. tiene a p a r i e n c i a de a g u j a s .
E n ia f i s u r a 9 se o b s e r v a n las m i c r o e s t r u c t u r a s d e la bainita v de la m a r t e n s i t a . La o *
Fig. 9 M i c r o e s t r u c í u r a a c i c u l a r d e la b a i n i t a i n f e r i o r y d e la m a r t e n s í t a .
Las c u r v a s d e t r a n s f o r m a c i ó n a m a r t e n s í t a no p u e d e n d i b u j a r s e ( Ms y Mf), p o r q u e la f o r m a c i ó n d e la m a r t e n s í t a n o d e p e n d e de u n intervalo de t i e m p o a una t e m p e r a t u r a d a d a , p e r o si c o m i e n z a a f o r m a r s e c u a n d o se a l c a n z a u n a t e m p e r a t u r a d e f i n i d a . La t r a n s f o r m a c i ó n c o n t i n u a h a s t a la línea Mf. Si el e n f r i a m i e n t o es i n t e r r u m p i d o la t r a n s f o r m a c i ó n de la m a r t e n s í t a t a m b i é n se i n t e r r u m p e .
la c u r v a m o s t r a d a en la fig 8 e s l l a m a d a d i a g r a m a de t r a n s f o r m a c i ó n i s o t é r m i c a , d i a g r a m a t i e m p o - t e m p e r a t u r a - t r a n s f o r m a c i ó n , o s i m p l e m e n t e c u r v a T T T .
Las p r o p i e d a d e s de d u r e z a , t e n a c i d a d , ductilidad y resistencia a la t e n s i ó n , son d e p e n d i e n t e s del p o r c e n t a j e d e c a r b o n o y d e los p r o d u c t o s de t r a n s f o r m a c i ó n q u e c o n t i e n e el acero. E s p o s i b l e o b t e n e r un a m p l i o r a n g o de d u r e z a en el acero, m e d i a n t e el control de la cantidad de ferrita, perlita, bainita, c e m e n t i t a y m a r t e n s i t a o b t e n i d a . C a d a fase c o n t r i b u y e a la dureza del acero. Esta c o n t r i b u c i ó n es p r o p o r c i o n a l a la cantidad de fase p r e s e n t e . La p r o p o r c i ó n de c a d a f a s e esta r e l a c i o n a d a c o n el p o r c e n t a j e d e c a r b o n o y el t r a t a m i e n t o t é r m i c o .
C A P I T U L O 2
T R A T A M I E N T O S T É R M I C O S M A S U S A D O S
los t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s m a s u s a d o s son: el r e c o c i d o . T e m p l e , n o r m a l i z a d o , c e m e n t a d o , n i t r u r a d o , t e m p l e e n b a ñ o de sales, t e m p l e en b a ñ o d e p l o m o , etc. En la f i g ú r a l o se r e p r e s e n t a n g r á f i c a m e n t e los m á s i m p o r t a n t e s .
2.1 R E C O C I D O
C o n éste n o m b r e se c o n o c e n varios t r a t a m i e n t o s c u y o o b j e t i v o p r i n c i p a l es a b l a n d a r el acero; o t r a s v e c e s t a m b i é n se desea a d e m á s r e g e n e r a r su e s t r u c t u r a o e l i m i n a r t e n s i o n e s internas. C o n s i s t e en calentar a t e m p e r a t u r a s a d e c u a d a s , s e g u i d o s g e n e r a l m e n t e de e n f r i a m i e n t o s lentos. L o s d i f e r e n t e s tipos de r e c o c i d o q u e se e m p l e a n e n la industria se p u e d e n c l a s i f i c a r e n t r e s g r u p o s : r e c o c i d o s c o n a u s t e n i z a c i o n c o m p l e t a , r e c o c i d o s s u b c r i t i c o s y r e c o c i d o s c o n a u s t e n i z a c i o n i n c o m p l e t a .
2 . 1 . 1 R e c o c i d o d e a u t e n i z a c i o n c o m p l e t a o de r e g e n e r a c i ó n : E n este caso el c a l e n t a m i e n t o se h a c e a u n a t e m p e r a t u r a ligeramente m a s e l e v a d a q u e la critica s u p e r i o r y luego el m a t e r i a l se e n f r í a m u y l e n t a m e n t e . Sirve p a r a a b l a n d a r el acero y r e g e n e r a r su estructura.
S e p u e d e n d i s t i n g u i r tres clases d e r e c o c i d o s subcriticos : a).- D e a b l a n d a m i e n t o , b).- C o n t r a acritud y c).- G l o b u l a r .
R«Xenerioón
A u s t e m z a c i ó n
c o m p i t o
R e c o c i d o s S u b c r i t i c o s
O * C o n e r à G l o b u l a r a b l a n d a m i e n t o a c r i t u d
G l o b u l a r e s
Oscilante A u s t e n i z a c ú i n c o m p l e t a
D o b l a r e c o c i d o N o r m a l i z a d o
Temperati
c r i t i c a su p e r i o i
T e m p i « »
A c e r o s A c c r o i h i p o h i p « r
-e u t c c t o i d c s -e u t -e c t o i d -e s
T e m p l e y r e v e n i d «
R e c o c i d o s i s o t é r m i c o s
<v A u i u m p e r i n j
" A u i t e n ' z a c i ó n c o m p l e t a A u s t e n i u c i ó n i n c o m p l e t a A c e r o s b í p o e u c e c t o i d e t A c e r o i h i p e r e u t e c t o i d e *
M a r t e m p e r i n j
2.1.2.1 R e c o c i d o d e a b l a n d a m i e n t o : Su principal o b j e t i v o es a b l a n d a r el a c e r o por un p r o c e d i m i e n t o r á p i d o y e c o n ó m i c o . C o n este t r a t a m i e n t o no se s u e l e n o b t e n e r las m e n o r e s d u r e z a s , p e r o e n m u c h o s c a s o s las q u e se c o n s i g u e n s o n s u f i c i e n t e s p a r a m e c a n i z a r f á c i l m e n t e las p i e z a s . El p r o c e s o consiste en calentar el a c e r o hasta u n a t e m p e r a t u r a , q u e s i e n d o i n f e r i o r a la critica A c ¡ , s e a lo m á s e l e v a d a p o s i b l e y e n f r i a r luego ai aire. Las d u r e z a s q u e se o b t i e n e n en ciertos a c e r o s de h e r r a m i e n t a s y de c o n s t r u c c i ó n de alta a l e a c i ó n , d e s p u é s de éste t r a t a m i e n t o , s u e l e n ser a l g u n a s v e c e s d e m a s i a d o e l e v a d a s p a r a el m e c a n i z a d o .
2.1.2.2 R e c o c i d o c o n t r a a c r i t u d : Se e f e c t ú a a t e m p e r a t u r a s de 550 a 6 5 0 ° C . y tiene por o b j e t o a u m e n t a r la ductilidad de los aceros d e p o c o c o n t e n i d o de c a r b o n o ( m e n o s de 0 . 4 0 % ) e s t i r a d o s e n frió. C o n el c a l e n t a m i e n t o a esa t e m p e r a t u r a se destruye la cristalización a l a r g a d a de la ferrita, a p a r e c i e n d o n u e v o s cristales p o l i é d r i c o s m a s d ú c t i l e s q u e los p r i m i t i v o s , q u e p e r m i t e n estirar o laminar n u e v a m e n t e el material sin d i f i c u l t a d . El e n f r i a m i e n t o se suele h a c e r al aire.
2 . 1 . 2 . 3 R e c o c i d o s u b c r i t i c o g l o b u l a r : En o c a s i o n e s para o b t e n e r en los a c e r o s al c a r b o n o y de b a j a a l e a c i ó n u n a estructura globular de b a j a d u r e z a , e n cierto m o d o p a r e c i d a a la q u e se o b t i e n e e n el r e c o c i d o globular de a u s t e n i z a c i o n i n c o m p l e t a , se le s o m e t e a los aceros a un c a l e n t a m i e n t o a t e m p e r a t u r a s i n f e r i o r e s pero m u y p r ó x i m a s a la critica A c l , d e b i e n d o luego e n f r i a r s e el acero l e n t a m e n t e en el h o r n o .
h i p e r e u t e c t o i d e s , q u e la c e m e n t i t a y los c a r b u r o s de a l e a c i ó n a d o p t e n u n a d i s p o s i c i ó n m a s o m e n o s g l o b u l a r q u e d a para c a d a c o m p o s i c i ó n una d u r e z a m u y inferior a c u a l q u i e r otra m i c r o e s t r u c t u r a , incluso la perlita laminar.
A l g u n a s v e c e s se hace el r e c o c i d o e m p l e a n d o un ciclo oscilante de t e m p e r a t u r a s q u e son u n a s v e c e s s u p e r i o r e s y o t r a s inferiores a A c j . O t r a s v e c e s ( q u e suelen ser la m a y o r í a ) se e m p l e a n t e m p e r a t u r a s l i g e r a m e n t e s u p e r i o r e s a A c i . Al p r i m e r o d e estos t r a t a m i e n t o s se le suele llamar r e c o c i d o g l o b u l a r oscilante y el s e g u n d o se le l l a m a r e c o c i d o g l o b u l a r d e a u s t e n i z a c i o n i n c o m p l e t a .
2.2 N O R M A L I Z A D O
E s t e t r a t a m i e n t o c o n s i s t e e n u n c a l e n t a m i e n t o a t e m p e r a t u r a l i g e r a m e n t e m a s e l e v a d a q u e la critica superior, s e g u i d o de un e n f r i a m i e n t o e n aire tranquilo. D e esta f o r m a , se d e j a el a c e r o con u n a estructura y p r o p i e d a d e s q u e a r b i t r a r i a m e n t e se c o n s i d e r a n c o m o n o r m a l e s y características de su c o m p o s i c i ó n . S e s u e l e utilizar para p i e z a s q u e h a n s u f r i d o t r a b a j o s en caliente, t r a b a j o s en f r í o , e n f r i a m i e n t o s i r r e g u l a r e s o s o b r e c a l e n t a m i e n t o s , y t a m b i é n sirve para corregir los e f e c t o s de un t r a t a m i e n t o a n t e r i o r d e f e c t u o s o .
por m e d i o del n o r m a l i z a d o , s e e l i m i n a n las t e n s i o n e s i n t e r n a s y se u n i f o r m i z a el t a m a ñ o d e g r a n o del acero. Se e m p l e a casi e x c l u s i v a m e n t e para los a c e r o s de c o n s t r u c c i ó n al c a r b o n o o de b a j a a l e a c i ó n .
2 . 3 T E M P L E
E s un t r a t a m i e n t o q u e se da a las p i e z a s de a c e r o q u e h a n sido p r e v i a m e n t e t e m p l a d a s . C o n e s t e t r a t a m i e n t o , q u e consiste en un c a l e n t a m i e n t o a t e m p e r a t u r a i n f e r i o r a la critica A c 1, se d i s m i n u y e la d u r e z a y resistencia de los a c e r o s t e m p l a d o s , se e l i m i n a n las t e n s i o n e s c r e a d a s en el t e m p l e y se m e j o r a su tenacidad, q u e d a n d o el a c e r o con la d u r e z a o r e s i s t e n c i a d e s e a d a .
2.5 T R A T A M I E N T O S I S O T É R M I C O S D E L O S A C E R O S
R e c i b e n este n o m b r e ciertos tratamientos, en los q u e el e n f r i a m i e n t o de las p i e z a s n o se h a c e n de u n a f o r m a regular y progresiva, sino q u e se i n t e r r u m p e o m o d i f i c a a d i v e r s a s t e m p e r a t u r a s d u r a n t e ciertos intervalos, en los q u e p e r m a n e c e el m a t e r i a l a t e m p e r a t u r a c o n s t a n t e d u r a n t e un t i e m p o , q u e d e p e n d e de la c o m p o s i c i ó n del acero, de la m a s a de las p i e z a s y de los r e s u l t a d o s q u e se q u i e r e n obtener..
D e s p u é s de los e s t u d i o s r e a l i z a d o s s o b r e la c u r v a "S" de los a c e r o s , se h a n d e s a r r o l l a d o é s t o s t r a t a m i e n t o s , q u e se u s a n e n la a c t u a l i d a d para el t e m p l e de los troqueles, h e r r a m i e n t a s , e n g r a n a j e s , m u e l l e s , etc. Se obtiene de esta f o r m a u n a gran t e n a c i d a d , p e q u e ñ a s d e f o r m a c i o n e s y se e l i m i n a el riesgo de grietas y roturas. T a m b i é n se e m p l e a c o n gran é x i t o u n t r a t a m i e n t o de ésta clase, q u e recibe el n o m b r e de r e c o c i d o i s o t é r m i c o , para el a b l a n d a m i e n t o de los aceros.
2.5.1 A u s t e i n p e r i n g o t r a n s f o r m a c i ó n i s o t é r m i c a d e la a u s t e n i t a en la z o n a d e
Un t r a t a m i e n t o de esta clase, d e n o m i n a d o "patenting", se aplica d e s d e h a c e m u c h o t i e m p o para la f a b r i c a c i ó n de a l a m b r e s de a l t a resistencia, q u e se c o n o c e n g e n e r a l m e n t e c o n el n o m b r e de " c u e r d a d e p i a n o " . E n e s t e c a s o el e n f r i a m i e n t o se suele h a c e r e n b a ñ o de p l o m o , q u e d a n d o el a c e r o c o n u n a t e n a c i d a d y ductilidad e x c e p c i o n a l e s .
2 . 5 . 2 M a r t e m p e r i n g : Es u n t r a t a m i e n t o q u e h a c o m e n z a d o a d e s a r r o l l a r s e t a m b i é n r e c i e n t e m e n t e . Es un t e m p l e e s c a l o n a d o e n el q u e el m a t e r i a l caliente, a una t e m p e r a t u r a l i g e r a m e n t e m a s e l e v a d a q u e la critica superior, se e n f r í a e n un b a ñ o de sales, t a m b i é n c a l i e n t e , a t e m p e r a t u r a s c o m p r e n d i d a s e n t r e 2 0 0 y 4 0 0 ° C , p e r m a n e c i e n d o las p i e z a s e n el b a ñ o , d u r a n t e un t i e m p o q u e debe controlarse c u i d a d o s a m e n t e y q u e d e b e ser s u f i c i e n t e para q u e i g u a l e la t e m p e r a t u r a e n toda la m a s a , antes de q u e e n n i n g u n a p a r t e de ella se inicie la t r a n s f o r m a c i ó n de la austenita, y luego se e n f r í a al aire. D e esta f o r m a se c o n s i g u e q u e la t r a n s f o r m a c i ó n de t o d a la m a s a del acero se v e r i f i q u e casi al m i s m o t i e m p o , e v i t á n d o s e d e s i g u a l e s y p e l i g r o s a s d i l a t a c i o n e s que o c u r r e n en los t e m p l e s o r d i n a r i o s , en los q u e las t r a n s f o r m a c i o n e s de las distintas z o n a s del m a t e r i a l ocurren en m o m e n t o s d i f e r e n t e s .
i n c o r p o r a c i ó n d e a z u f r e a la s u p e r f i c i e d e las p i e z a s de a c e r o sin q u e c o n ello se a u m e n t e m u c h o la d u r e z a .
2.7.4 N i t r u r a c i ó n : E s un t r a t a m i e n t o d e e n d u r e c i m i e n t o s u p e r f i c i a l a b a j a t e m p e r a t u r a , e n el q u e las p i e z a s de a c e r o t e m p l a d a s y r e v e n i d a s , al ser c a l e n t a d a s a 500°c e n c o n t a c t o c o n u n a corriente de a m o n i a c o , q u e se i n t r o d u c e e n la c a j a de nitrurar, a b s o r b e n n i t r ó g e n o , f o r m á n d o s e e n la c a p a superficial n i t r u r o s d e gran d u r e z a , q u e d a n d o las p i e z a s m u y d u r a s sin n e c e s i d a d d e n i n g ú n otro t r a t a m i e n t o posterior.
2.8 F I N A L I D A D E S D E L T R A T A M I E N T O T É R M I C O
El t r a t a m i e n t o t é r m i c o del a c e r o es g e n e r a l m e n t e a p l i c a d o para lograr a l g u n o de los s i g u i e n t e s o b j e t i v o s :
• E l i m i n a r e s f u e r z o s i n d u c i d o s por el t r a b a j o e n f r i ó o por e n f r i a m i e n t o n o u n i f o r m e de m e t a l e s calientes.
• R e f i n a r el t a m a ñ o d e g r a n o d e a c e r o s t r a b a j a d o s en caliente, los cuales p u d i e r o n h a b e r i n c r e m e n t a d o el t a m a ñ o de grano.
• O b t e n e r u n a e s t r u c t u r a de grano a p r o p i a d o • D i s m i n u i r la d u r e z a e i n c r e m e n t a r la ductilidad • I n c r e m e n t a r la d u r e z a y la r e s i s t e n c i a al desgaste
• I n c r e m e n t a r la t e n a c i d a d , esto es p r o d u c i r un a c e r o q u e t e n g a a m b o s alta resistencia a la t e n s i ó n y b u e n a d u c t i l i d a d , es d e c i r alta resistencia al i m p a c t o .
• M e j o r a r la m a q u i n a b i l í d a d
• M e j o r a r las p r o p i e d a d e s de corte en a c e r o s de h e r r a m i e n t a s • M e j o r a r las p r o p i e d a d e s eléctricas
C A P I T U L O 3
E Q U I P O U T I L I Z A D O E N L O S T R A T A M I E N T O S
T E R M I C O S
3.1 H O R N O S P A R A T R A T A M I E N T O S T É R M I C O S
Los h o r n o s p a r a t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s varían e n t a m a ñ o , d i s e ñ o , m o d o de c a l e n t a m i e n t o , etc. P o r lo t a n t o no e s p o s i b l e t e n e r u n a c l a s i f i c a c i ó n p r e c i s a . H a y h o r n o s en los c u a l e s se usa un c o m b u s t i b l e y la c a r g a esta e x p u e s t a a los gases d e l a c o m b u s t i ó n , m i e n t r a s q u e e n otros la c a r g a se calienta i n d i r e c t a m e n t e , e s t o es la c á m a r a de c o m b u s t i ó n e s t á ' s e p a r a d a de la c a r g a . H a y h o r n o s q u e se calientan p o r r e s i s t e n c i a s eléctricas.
L a a s o c i a c i ó n de e q u i p o p a r a c a l e n t a m i e n t o industrial, c l a s i f i c a los e q u i p o s en : e s t u f a s y h o r n o s . E s t a s e p a r a c i ó n se h a c e e n b a s e d e la t e m p e r a t u r a d e o p e r a c i ó n ; s f l a t e m p e r a t u r a de o p e r a c i ó n llega a
600°C
es u n a e s t u f a , p e r osí
la t e m p e r a t u r a d e o p e r a c i ó n es m a y o r d e 6 0 0 ° C , se l l a m a horno. Esta s e p a r a c i ó n basada e n la t e m p e r a t u r a de o p e r a c i ó n es r e l a c i o n a d a c o n el m o d o d e c a l e n t a m i e n t o . H a y b á s i c a m e n t e tres m o d o s d e t r a n s m i s i ó n de calor, q u e s o n : c o n d u c c i ó n , c o n v e c c i ó n y radiación. E n el t r a t a m i e n t o t é r m i c o industrial, e s t o s m o d o s de c a l e n t a m i e n t o p u e d e n ser u s a d o s en f o r m a individual o c o m b i n a d a .C o n d u c c i ó n . - La c o n d u c c i ó n d e calor en un sólido, tal c o m o lo e s u n a p i e z a o
-> .
El t i e m p o d e p e n d e d e la c o n d u c t i v i d a d t é r m i c a del m e t a l e n c u e s t i ó n , p e r o e n general la v e l o c i d a d de c o n d u c c i ó n d e calor e n los m e t a l e s e s r e l a t i v a m e n t e rápida.
E n la m a y o r í a de los p r o c e s o s de t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s la c o n d u c c i ó n de calor j u e g a un p a p e l m í n i m o en la t r a n s f e r e n c i a de c a l o r d e s d e la f u e n t e a la pieza de t r a b a j o , p e r o es el m o d o único de t r a n s f e r e n c i a de calor de la s u p e r f i c i e al centro de la pieza. U n a e x c e p c i ó n a la regla es : sales f u n d i d a s , m e t a l e s f u n d i d o s y c a m a fluidizada, e n e s t o s el m e d i o d e c a l e n t a m i e n t o e s t a ' e n c o n t a c t o directo c o n la s u p e r f i c i e d e la p i e z a .
C o n v e c c i ó n . - I n v o l u c r a el c a l e n t a m i e n t o a t r a v é s de u n liquido o un gas. El m o v i m i e n t o del fluido p u e d e ser d e b i d o a la d i f e r e n c i a d e d e n s i d a d o c a s i o n a d a p o r la d i f e r e n c i a d e t e m p e r a t u r a ; a la cual se le l l a m a c o n v e c c i ó n natural o t a m b i é n p u e d e p r o d u c i r s e por m e d i o s m e c á n i c o s y se le l l a m a c o n v e c c i ó n f o r z a d a , e n é s t e m é t o d o se u t i l i z a n a b a n i c o s o p r o p e l a s .
E n el r e v e n i d o del a c e r o es c o m ú n la a p l i c a c i ó n del c a l e n t a m i e n t o p o r c o n v e c c i ó n . La e s t u f a q u e se utiliza e n el r e v e n i d o del acero o p e r a e f i c i e n t e m e n t e a los 480°C; por a r r i b a de esta t e m p e r a t u r a d e c r e c e la e f i c i e n c i a de la t r a n s f e r e n c i a d e calor por c o n v e c c i ó n .
R a d i a c i ó n . - U n c u e r p o e m i t e e n e r g í a r a d i a n t e e n t o d a s d i r e c c i o n e s por m e d i o de o n d a s e l e c t r o m a g n é t i c a s , el r a n g o d e longitud d e o n d a varia de 4 a 7 m i c r ó m e t r o s . C u a n d o esta e n e r g í a toca otro c u e r p o , a l g o de la e n e r g í a es a b s o r b i d a e i n c r e m e n t a el nivel de a c t i v i d a d m o l e c u l a r , p r o d u c i e n d o calor. A l g o de la e n e r g í a es r e f l e j a d a , la c a n t i d a d de la e n e r g í a a b s o r b i d a d e p e n d e d e la e m í s i v i d a d de la s u p e r f i c i e d e la pieza
c u e r p o n e g r o a la m i s m a t e m p e r a t u r a . El s i g n i f i c a d o practico es q u e c u a n d o la carga es c o l o c a d a en el h o r n o y e x p u e s t a a un c a l o r r a d i a n t e , s u razón d e c a l e n t a m i e n t o d e p e n d e d e su s u p e r f i c i e ; u n a p i e z a a l t a m e n t e r e f l e j a n t e ( a c e r o i n o x i d a b l e p u l i d o ), a b s o r b e m e n o r cantidad d e c a l o r q u e u n a p i e z a o x i d a d a .
T i p o s d e h o r n o s :
• H o r n o s n o - c o n t i n u o s • H o r n o s c o n t i n u o s • H o r n o s d e sales f u n d i d a s • H o r n o s de m e t a l e s f u n d i d o s • H o r n o s de c a m a f l u i d i z a d a • H o r n o s d e a t m ó s f e r a c o n t r o l a d a • H o r n o s al v a c í o
3.1.1 H o r n o s no - c o n t i n u o s : E s t o s h o r n o s se utilizan por carga, es d e c i r se c a r g a n las p i e z a s y se p r o c e d e a e f e c t u a r el cfclo de t r a t a m i e n t o t é r m i c o . L o s h a y de tipo c a m p a n a , d e piso, de fosa, retorta o m u f l a . Y p u e d e n ser c a l e n t a d o s p o r c o m b u s t i b l e o e l é c t r i c a m e n t e . Ver f i g u r a 11.
3.1.2 H o r n o s c o n t i n u o s : E n este tipo de h o r n o s la carga entra p o r un e x t r e m o y sale por el otro. Se usa para c a r g a s c o n t i n u a s de alta p r o d u c c i ó n de p i e z a s s i m i l a r e s .
