diseño de un sistema de enfriamiento para el temple de aceros, carlos andrés galán

5/13/2018 dise o de un sistema de enfriamiento para el temple de aceros, Carlos Andr s Gal n - slidepdf.com

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Introducción.

Describir el procedimiento para el diseño de un sistema de enfriamiento para el templede aceros, teniendo en cuenta las variables temperatura, agitación y tipo de medio deenfriamiento.

El temple de los aceros es de gran aplicación industrial por eso buscaremos la forma demejorar el proceso y las características del material mediante el control del sistema deenfriamiento

DISEÑO DE UN SISTEMA DE ENFRIAMIENTO PARA ELTEMPLE DE ACEROS



Transferencia de calor durante el temple:

-enfriar el material rápido de modo que se forme bainita o martensita.- selección de un medio de enfriamiento: capacidad de endurecimiento, espesor,forma, velocidades, tipo de acero, dimensiones, composición, futura aplicación, mediosde enfriamiento, operaciones de mantenimiento, debe garantizar la seguridad de los operarios.

capacidad de endurecimiento: posibilidad de incrementar su dureza y su resistencia

por medio de templado.Facilidad de templar según los factores que influyen en el endurecimiento

Tamaño: espesor y forma: piezas delgadas y anchas∆T.

Consecuencias: la zona interior tiene una V de enfriamiento menos a la critica.

Velocidad critica de temple



Composición: La velocidad crítica de temple disminuye cuando elcontenido de carbono aumenta. Se modifica la estructura de lamartensita mas fácil:

Estructura FCC estructura tetragonal centrada en el cuerpo

los átomos de carbono se acomodan en el centro de la arista.



La temperatura Ms paraaleaciones Fe-C disminuye a

medida que el porcentaje en

peso de carbono aumenta en

estas aleaciones.



1. - El aluminio, el berilio, el niobio, el tántalo, el titanio y el circonio forman carburos y

aumentan, por tanto, el contenido de carbono del eutectoide desplazándolo hacia la derecha.

Influencia del contenido carbono en el endurecimiento obtenido por el temple de los aceros al

carbono.

2. - El cobalto, el cobre y el silicio forman soluciones sólidas con el hierro, pero no dan ningúncarburo. Como consecuencia, baja el contenido de carbono del eutectoide, desplazándose hacia

la izquierda.

3. - El molibdeno, el cromo, el wolframio, el manganeso y el níquel disminuyen o aumentan el

contenido de carbono del eutectoide, según la importancia de la aleación, pues de ella depende

que formen soluciones sólidas con el hierro y el carbono o carburos metálicos



M. Aall ha tratado de concretar los desplazamientos del punto eutectoide, tantovertical como horizontal, del diagrama hierro-carbono, en función de losporcentajes de aleación de los elementos. Una vez situado el nuevo puntoeutectoide, se dibuja el diagrama hierro-carbono, que sirve en primera

aproximación para estudiar las transformaciones de la nueva aleación.Los valores de los desplazamientos se obtienen en función de doscoeficientes: uno para los desplazamientos verticales y otro para loshorizontales.



El diagrama ttt es consecuencia de la cinética de la transformación

eutectoide y permite predecir la estructura, propiedades mecánicas y eltratamiento térmico requerido en los aceros.



La curva de la “S” o curva TTT (temperatura, tiempo, transformación) refleja claramentela influencia que tiene la composición y el porcentaje de elementos de aleación sobre lavelocidad crítica de temple.

podemos observar en este esquema si se calienta por encima de la linea A1 yenfriar hasta una temperatura por encima de 550ºc y manteniendo estatemperatura por un tiempo determinado podremos obtener perlita.



la fase ideal en procesos de temple es la martensita y esto ocurre al calentar por encimade la linea A1 a un ritmo lento y enfriar en un ambiente o método muy abrasivo como lopuede ser el agua con sal

fase de austenita con un cristal (FCC) pasa aun fase de martensita con un cristal

tetragonal.



Influencia del tamaño de grano: las velocidades críticas de

temple de los aceros de grano grueso son menores que lasvelocidades críticas de temple de los aceros de grano fino.



Influencia del medio de enfriamiento:

cada medio de enfriamiento proporciona una velocidad de enfriamiento diferenteelección del medio de enfriamiento va relacionada con el tipo de acero

• Agua

• Salmuera (Mezcla de agua y Cloruro de Sodio o sal común de mesa)• Salmuera con hielo

• Aceite para temple (baja viscosidad VG 32 o inferior y alto punto de “inflamación”)

• Aire tranquilo (sin agitar o convección natural)

• Chorro de aire a presión (convección forzada)

• enfriamiento en baño de sales a alta temperatura



Propiedades del fluido que influye sobre el temple:

Conductividad Térmica

Temperatura de Ebullicion

ViscosidadCalor de Evaporacion

Radiación

Conveccion

Conducción



Agua: templar partes simples y simétricas hechas de acero poco templable,ordinarios al carbono o poco aleados, donde el enfriamiento drástico queproporciona el agua no produzca distorsión excesiva o agrietamiento de lapieza, utilizada porque da una velocidad de enfriamiento que es casi la máximaobtenible con un liquido; es muy barata y muy fácil de conseguir; se puededesechar sin problema de contaminación.

peligro de agrietamiento que ocurre durante el temple.



Salmuera: soluciones acuosas con porcentajes variados de sal (NaCl o CaCl2) ~10%

capacidad enfriadora aumenta y al mismo tiempo su mayor poder de extraccion de

calor se da a 500 grados celsius. Esto hace que se requiera un control de temperaturamenos critico y que la posibilidad de aparicion de parches blandos o distorsion sea

menos severa que con agua.

Desventajas: costos, corrosividad,



Aceites: aceites minerales. Según su composición, efecto templante y temperatura de

uso, los aceites se clasifican como: rápidos, martempering y de temple en caliente.

Su velocidad de enfriamiento es un poco mas baja que la del agua, se usan generalmentepara aceros aleados o donde se requiera baja velocidad de enfriamiento.



http://blog.utp.edu.co/metalografia/page/3/



conocimiento del medio de enfriamiento permite evaluar:flexibilidad del medio, facilidad de mantenimiento, estabilidad, seguridad, corrosividad,

respuesta a la agitación, facilidad de limpieza, disponibilidad, costo y posibles fallas.



Según la dinamica, se consideran tres estados de la remoción de calor en laprobeta a templar:1) Etapa de enfriamiento por capa de vapor.

2) Etapa de enfriamiento por transporte de vapor.3) Etapa de enfriamiento por líquido



Etapa A: Etapa de enfriamiento por radiación y convección a través de la

envoltura de vapor.

Etapa B: Etapa de enfriamiento por transporte de vapor o convección. Esta etapa

empieza cuando el metal se ha enfriado a una temperatura tal que la película de vapor

ya no es estable y va desapareciendo paulatinamente, todavía queda austenita.

Etapa C: Etapa de enfriamiento por conducción y convección, la velocidad de

enfriamiento de esta etapa es mas lenta que en la anterior. Esta etapa empieza

cuando la temperatura de la superficie del metal alcanza el punto de ebullición del

líquido en temple esta etapa se presenta aproximadamente por debajo de los 300

grados Celsius



DISEÑO DE TANQUES

DE ENFRIAMIENTO



Descripcion del sistema:

el tanque debe tener controles de temperatura, agitacion, flujos, velocidad ~0,25 m/s.

Componentes del sitema:tanques de enfriamiento: debe tener un volumen especifico, calculado por ecuaciones empíricas.Agitadores.

Motor: velocidades entre 4000 y 6000 rpm

Sistema de calentamiento: el acero no se sumerge en un fluido a T ambiente.

Controles: temperaturas, flujos, agitación, velocidad,

Colector o brazo mecánico



PROBLEMA CAUSA

Ruptura durante el enfriamiento

•Enfriamiento muy drástico•Retraso en el enfriamiento

•Aceite contaminado•Mala selección del Acero

•Diseño inadecuado

Baja dureza después del temple

•Temperatura de temple muy baja•Tiempo muy corto de mantenimiento

•Temperatura muy alta o tiempos muy largos•Decarburación del Acero

•Baja velocidad de enfriamiento

•Mala selección del acero (Templabilidad)

Deformación durante el temple•Calentamiento disparejo

•Enfriamiento en posición inadecuada•Diferencias de tamaño entre sección y continuas

Fragilidad excesiva •Calentamiento a temperatura muy alta•Calentamiento irregular

PROBLEMAS Y CAUSAS QUE SE PRESENTAN EN EL TEMPLE DE LOS ACEROS



COSMOSFloWorks OVERVIEW:

programa que simula el flujo de fluidos, transferencia de calor, fuerzas ensolidos sumergidos o circundantes.



Simula todo tipo de fluidos.Flujos internos y externos.

Turbulentos.viscosos,.Compresibles.Transferencia de calor.Líquidos newtonianos y no newtonianos.Radiación, convección y conducción.Simular casi en condiciones de la vida real.Simula efectos de generación de calor.rugocidades

En si permite analizar todo lo relacionado con los fluidos, se utilizageneralmente para optimizar y diseñar procesos.

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