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TEMA 14. TRATAMIENTOSTRMICOS DE LOS ACEROS
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CURVAS TTT
Qu son?Las curvas TTT (temperatura, tiempo, transformacin) sellaman tambin curvas de las S o diagramas detransformacin isotrmicas de la austenitaExisten para una composicin y un tamao de grano dados
Sealan, para cada temperatura, el tiempo necesario paraque se inicie y se complete la transformacin isotrmica de
la austenita en otros microconstituyentes
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CURVAS TTT
s
Obte ci de a c rva TTT (abaj )a partir del % de tra sf rmaci ef ci del tiemp (arriba)
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CURVAS TTT
s
Tra sf rmaciis trmica dea ste ita e perlita
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CURVAS TTT
mt d metal grfic mt d dilat mtric
Obte ciSe emplean principalmente dos mtodos:
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CURVAS TTT
icroconstituyentes fuer el equili rio
Perlita
SorbitaTroostita
Bainita
Martensita
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CURVAS TTT
Micr c stit e tes f era del e ilibri : S rbita
Se obtiene por enfriamiento continuo o por transformacin
isotrmica de la austenita en la zona de 650 a 600 CRm = 88 z 140 kg/mm2; 250 z 400 HB; A = 10 z 20 %
S rbita v 500
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CURVAS TTT
Micr c stit e tes f era del e ilibri : Tr stita
Se obtiene por enfriamiento continuo o por transformacin
isotrmica de la austenita en la zona de 600 a 500 CRm = 140 z 175 kg/mm2; 400 z 500 HB; A = 5 z 10 %
Tr stita v 1000
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CURVAS TTT
Micr c stit e tes f era del e ilibri : Bai ita
Se obtiene por transformacin isotrmica de la austenita en
la zona de 500 a 225 C. Hay dos tipos: Superior: aspecto arborescente, formada a 500 z 450 C Inferior: aspecto acicular, formada a 450 z 225 C
Bai ita i feri r bte ida p r tra sf rmaci is trmica dela a ste ita a 290 C (f d bla c de marte sita) v 2500
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CURVAS TTT
Micr c stit e tes f era del e ilibri : Marte sita
Se obtiene por enfriamiento rpido de los aceros desde alta
temperatura (constituyente tpico de los aceros templados)Sus propiedades varan con su composicin, aumentado sudureza, resistencia y fragilidad con el contenido en carbono:Rm = 170 z 250 kg/mm2; 50 z 68 HRC; A = 0,5 z 2,5 %Aspecto acicular (agujas en zigzag, con ngulos de 60)
Cristaliza en el sistema tetragonalLa transformacin de austenita en martensita dependeexclusivamente de la temperatura p las lneas de las curvasTTT que marcan el avance de la formacin de martensitason horizontales
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CURVAS TTT
Ag jas de marte sitas bre f d bla c dea ste ita rete idav 1220
Celdilla idad tetrag alce trada e el c erp
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CURVAS TTT
C rva TTT de acer hip e tect ide: sei dica las l eas h riz tales e marcael ava ce de la f rmaci de marte sita
Ms = 500 - 350(%C) - 40(%M ) -35(%V) - 20(%Cr) -17(%Ni) -10(%C ) - 10(%M ) - 5(%W) +15(%C ) + 30(%Al)
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CURVAS TTT
F ctores que influyen en l s cur s TTT
Composicin: la adicin de elementos de aleacin tiende a
retardar las transformaciones: Elementos que forman carburos (Cr, Mo): actan ms
intensamente en las regiones perlticas que en las baincasformndose dos narices
Elementos que forman solucin slida con la austenita(Mn): retrasan todas las transformaciones
Tamao de grano: al aumentar se retrasa el inicio y fin de lastransformaciones
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CURVAS TTT
act res e i fl e e las c rvas TTT
I fl e cia de la c mp sici
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CURVAS TTT
act res e i fl ee las c rvas TTT
I fl e cia del tama de gra
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DIAGRAMAS ENFRIAMIENTOCONTINUO
DesplazamientoTiempos mayores y
Temperaturas msbajas
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DIAGRAMAS ENFRIAMIENTOCONTINUO PRACTICOS
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TRATAMIENTOS TRMICOS
Combinacin de operaciones de calentamiento y enfriamiento
Aplicadas a metales o aleaciones en estado slido
Para inducir cambios microestructurales por transformacionesde fase
Con el objeto de alterar sus caractersticas y propiedades
Tratamientos trmicos: slo se ve afectada la microestructuradel material y no su composicin qumica: recocido,normalizado, temple, revenido, etc.
Tratamientos termoqumicos: afectan tanto a la microestructuracomo a la composicin qumica del material: cementacin,
nitruracin, cianuracin, carbonitruracin, etc.
L s tratamie t s trmic s p ede clasificarse e d s gr p s:
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TRATAMIENTOS TRMICOS
Tratamie t s trmic s
Tratamie t strmic s
Tra sf rmacide la a ste ita
Tra sf rmacide la marte sita
E friamie t s
c ti s
Tratamie t sis trmic s
A stemperi g
Martemperi g
Rec cid is trmic
Rec cid
Temple
N rmalizad
Reve id
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TRATAMIENTOS TRMICOS
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TRATAMIENTOS TRMICOS
Tratamie t s trmic s
Elevar la dureza y resistencia mecnica
Reducir la dureza para mejorar la maquinabilidad o la tenacidadEliminar tensiones
Homogeneizacin de la estructura
Mejorar la resistencia a la corrosin
Modificar el comportamiento elctrico o magntico
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TT / Tra sf rmaci de la a ste ita / tratamie t is trmic
RECOCIDO ISOTRMICO
Se calienta por encima de la T crtica superior o inferiorSe enfra rpidamente hasta la T de tratamiento: 600 z 700 C
Mantenimiento hasta que se complete la transformacin de laaustenita
Se utiliza para ablandar el aceroPermite ahorro de tiempo
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TT / Tra sf rmaci de la a ste ita / tratamie t is trmic
AUSTEMPERING
Se calienta por encima de la T crticaSe enfra hasta una temperatura entre 450 C y Ms
Se mantiene a esa T hasta que toda la austenita se transformaen bainita
La estructura baintica proporciona mayor tenacidad que lacorrespondiente a piezas templadas y revenidas con igualdureza
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TT / Tra sf rmaci de la a ste ita / tratamie t is trmic
MARTEMPERING
Se calienta por encima de la T crticaSe enfra hasta una T entre 200 y 300 C pero superior a Ms
Se mantiene el tiempo suficiente para homogeneizar la T entoda la pieza pero sin que se inicie la transformacin
Se enfra al aireSe obtiene una estructura martenstica con poco tensionada
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TT / Tra sf rmaci de la a ste ita / e friamie t c ti
RECOCIDO
Calentamiento a T adecuada seguido de enfriamiento lentoSus principales objetivos son ablandar el acero, regenerar suestructura o reducir tensiones internas
Hay tres grupos:
Recocidos de austenizacin completa Recocidos de austenizacin incompleta Recocidos subcrticos
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TT / Tra sf rmaci de la a ste ita / e friamie t c ti
RECOCIDO
Austenizacin completa: Recocido de homogeneizacin
Elimi aci de heter ge eidades micas Cale tamie t 200 C p r e cima de la T crtica s peri r E friamie t e h r
Recocido de regeneracin Afi del tama de gra Cale tamie t 50 C p r e cima de la T crtica s peri r E friamie t e h r
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TT / Tra sf rmaci de la a ste ita / e friamie t c ti
RECOCIDO
Austenizacin incompleta: Sobre aceros hipereutectoides para ablandarlos y mejorar su
maquinabilidad Calentamientos prolongados entre las Tas crticas superior e
inferior seguidos de enfriamientos lentos La cementita adopta forma globular en una matriz de ferrita
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TT / Tra sf rmaci de la a ste ita / e friamie t c ti
RECOCIDO
Subcrticos: calentamiento a T inferior a la crtica inferior Recocido de ablandamiento
Dismi ci de d reza de f rma rpida barata E friamie t al aire
Recocido contra acritud
A me t de la d ctilidad de acer s def rmad s e fr E friamie t al aire
Recocido subcrtico globular E acer s al carb de baja aleaci Dismi ci de d reza (f rmaci de estr ct ra gl b lar) E friamie t e h r
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TT / Tra sf rmaci de la a ste ita / e friamie t c ti
NORMALIZADO
Da al acero unas propiedades normales para su composicinEliminacin de tensiones internas, tamao de grano uniforme,modificacin la estructura de bruto de colada
Calentamiento a una T 50 z 70 C por encima de la crticasuperior
Enfriamiento en aire tranquilo
Para aceros de construccin al carbono o de baja aleacin
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TT / Tra sf rmaci de la a ste ita / e friamie t c ti
TEMPLE
Busca endurecer y aumentar la resistencia mecnicaCalentamiento a T ligeramente mayor que la crtica superior
Velocidad de enfriamiento superior a la crtica de temple
El microconstituyente obtenido es la martensita, pudiendoquedar austenita retenida.
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TT / Tra sf rmaci de la a ste ita / e friamie t c ti
TEMPLE
Factores que influyen:Composicin qumica y tamao de grano. Un aumento deltamao de grano o del porcentaje de elementos de aleacinreduce la velocidad crtica de temple
Temperatura de austenizacin: Aceros hipoeutectoides: T superior a la crtica superior Aceros hipereutectoides: austenizacin incompleta y por
tanto presencia de cementita residual
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TT / Tra sf rmaci de la a ste ita / e friamie t c ti
TEMPLE
Factores que influyen:Tiempo de calentamiento
Velocidad de enfriamiento Forma y dimensiones de las piezas Conductividad trmica del acero Medio empleado para el enfriamiento
Ag a Aceite Sales Aire
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TT / Tra sf rmaci de la a ste ita / e friamie t c ti
TEMPLE
Defectos originados:Oxidaciones y descarburaciones
Exceso de fragilidad. Si el calentamiento se hace a elevadatemperatura aumentando as el tamao de grano
Falta de dureza. Si la velocidad de enfriamiento es demasiadobaja o si han existido descarburaciones
Deformaciones. Si aparecen apreciables diferencias de Tas endiferentes zonas durante el calentamiento o el enfriamiento
Grietas. Si se dan grandes variaciones de volumen
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TEMPLETipos:
Temple total
Martempering
Temples interrumpidos
Tratamiento subcero
Templabilidad
Es la penetracin en la pieza del tratamiento de temple
Depende de los elementos de aleacin y del tamao de grano
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TEMPLE. Ensayo Jominy
Se utiliza para determinar la templabilidad de un acero
Procedimiento: Mantenimiento de la probeta a T de austenizacin 30 min Enfriamiento de la base inferior de la probeta con un chorro
de agua (10 min) Se planean dos generatrices a 180 Se miden durezas en la lnea central de la superficie plana
cada 1/16t Ordenadas durezas HRC; abscisas distancias a la base inferior
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TRATAMIENTOS TRMICOS
I stalaci para el temple dela pr beta J mi
rma de bte er la c rva J mi
La templabilidad ser mayorcuanto menor sea la disminucinde dureza al ir aumentando aldistancia a la base inferior
La mxima dureza se consigue enel extremo enfriado con agua
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TT / Tra sf rmaci de la marte sita REVENIDO
Se efecta con posterioridad al temple para modificar los
efectos de ste.Disminuye la dureza, la resistencia y las tensiones internas
Incrementa la tenacidad, la ductilidad y la resiliencia
Calentamiento a una T ms baja que la crtica inferior y
enfriamiento generalmente al aire
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TRATAMIENTOS TRMICOS
REVENIDO. Etapas
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Cambios microestructurales
Durante el proceso de revenido ocurren cambiomicroestructurales debidos a reacciones en estado slido.Las ms importantes son:
Segregacin de tomos de C Precipitacin de carburos Descomposicin de la austenita retenida Recuperacin y recristalizacin de la matriz ferrtica No todas estas reacciones ocurren a la misma temperatura
y en el mismo perodo de tiempo. Muchas de ellas sucedensimultneamente, esto determina que las microestructurasresultantes sean muy complejas.
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Cambios Microestructurales
Precipitacin de carburos
En aceros al carbono se han identificado tres tipos de carburos que difieren en composicin
qumica y estructura cristalina.1. En revenidos entre 100 y 200C, en aceros sobre 0,2%C, se produce precipitacin decarburo e, (composicin Fe2-3C, con una estructura cristalina HCP), el cual es metaestabley se disuelve a altas temperaturas. Los carburos e se caracterizan por ser finos y muypequeos, por lo cual es necesario mucho aumento para observarlos, adems precipitansegn ciertos planos cristalogrficos especficos figura a Es importante destacar el hechoque en aceros de bajo carbono, menos de 0,2% de C, estos carburos no precipitan.
2. Para revenidos entre 250 y 700C, precipita cementita, (composicin Fe3C y estructuracristalina ortorrmbica), Figura (b). En un comienzo y con revenidos a menores
temperaturas, 200 a 300C, la cementita aparece en forma de agujas, en cambio, pararevenidos a mayores temperaturas, entre 400 y 700C, las partculas de cementita crecenpor coalescencia y toman forma esfrica. Si el tiempo de revenido se prolonga mucho loscarburos crecen demasiado y se pierde completamente la dureza del temple, se obtiene deesta forma una matriz de ferrita con partculas gruesas de cementita, llamada esferoidita,
Figura (c).
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Cambios Microestructurales
Descomposicin de la austenita retenida
En aceros de ms de 0,4%C al templar a temperatura ambiente queda austenita retenida,
El revenido a temperaturas entre 200 y 300C produce transformacin de esta austenita enbainita, esto explica el aumento de dureza en aceros de alto C para revenidos de bajatemperatura, debido a que la bainita es ms dura que la austenita. Sobre 350C la prdida
de dureza es causada tambin por un efecto de recristalizacin.
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TRATAMIENTOS TRMICOS
TT / Tra sf rmaci de la marte sita
REVENIDO. Fragilidad del revenido
Fragilidad del revenido en la zona de 250 C a 400 C. Ladisminucin de tenacidad se debe a la pelcula de cementita queenvuelve las agujas de martensita
Fragilidad de Krupp. Tpica de aceros al Cr-Ni cuando elrevenido se efecta entre los 450 C y 550 C. Para evitarla se
aade Mo (0,15 % z 0,50 %)
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TRATAMIENTOS TRMICOS
Tratamie t s term mic s
CEMENTACIN
Procedimiento de endurecimiento superficialSe aplica sobre aceros de 0,08 z 0,25 % C
Aumento del contenido en carbono de la superficie de la piezarodendola de un medio rico en C a alta T (850 C z 1000 C)
Posteriormente la pieza se templa y se reviene quedando conalta dureza superficial
Se emplean cementantes slidos, lquidos o gaseosos
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TRATAMIENTOS TRMICOS
NITRURACINPor absorcin de nitrgeno se alcanzan extraordinarias dureza(1100 a 650 Vickers) en las superficies de las piezas
Sobre aceros de 0,2 z 0,6 % C aleados con Al, Cr, Mo y VEn primer lugar las piezas se someten a temple y revenido
A continuacin se nitruran haciendo pasar amoniaco a 500 C
Posteriormente el enfriamiento se hace al aire p ausencia dedeformacionesEl mecanismo de endurecimiento se asocia a al formacin denitruros que originan una fuerte deformacin de la red cristalina
Puede presentarse descarburacin superficial
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TRATAMIENTOS TRMICOS
CIANURACIN
Endurecimiento superficial de pequeas piezas de acero
Se utilizan baos con cianuro, carbonato y cianato sdicoTas de 760 a 950 C
CARBONITRURACINEndurecimiento superficial basado en la accin del nitrgeno ydel carbono
Las piezas se calientan a 850C en una atmsfera que cede C y N
Posteriormente las piezas se templan y revienen
El N absorbido reduce la velocidad crtica de temple del acero
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TRATAMIENTOS TRMICOS
SULFINIZACIN
Aumenta la resistencia al desgaste por accin del azufreEl S se incorpora al metal por calentamiento a baja T (565 C)en un bao de sales