TEMA:
TRATAMIENTO TÉRMICO
OBJETIVOS:
· - Identificar
las leyes y los conceptos del tratamiento térmico.
· - Comprender
los tipos de tratamiento térmico.
· - Dar a
conocer al alumnado las propiedades mecánicas.
· - Una
investigación profunda acerca de la termodinámica y sus ramas.
MARCO TEÓRICO:
Se conoce como tratamiento térmico al proceso al que se someten
los metales u otros tipos de materiales sólidos como polímeros con el fin de
mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la
elasticidad.
Los materiales a los que se aplica tratamiento térmico son,
básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono.
También se aplican tratamientos térmicos diversos a los sólidos
cerámicos.
Propiedades mecánicas
Las características
mecánicas de un material dependen tanto de su composición química como de la
estructura cristalina que tenga. Los tratamientos térmicos modifican esa
estructura cristalina sin alterar la composición química, dando a los
materiales unas características mecánicas concretas, mediante un proceso de
calentamientos y enfriamientos sucesivos hasta conseguir la estructura
cristalina deseada.
Entre estas
características están:
Resistencia al desgaste: Es
la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en
contacto de fricción con otro material.
Tenacidad: Es
la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras
(resistencia al impacto).
Maquinabilidad: Es
la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por
arranque de viruta.
Dureza: Es la resistencia que ofrece un
material para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB), unidades
ROCKWEL C (HRC), VICKERS (HV), etc. Dureza mediante la prueba del mismo
nombre. También puede ser definido como la capacidad de un material de no ser
rayado.
Mejora de las propiedades a través del tratamiento térmico
Las propiedades
mecánicas de las aleaciones de un mismo metal, y en particular de los aceros,
reside en la composición química de la aleación que los forma y el tipo de
tratamiento térmico a los que se les somete. Los tratamientos térmicos
modifican la estructura cristalina que forman a los aceros sin variar la
composición química de los mismos.
Esta propiedad de tener
diferentes estructuras de grano con la misma composición química se llama alotropía y
es la que justifica los tratamientos térmicos. Técnicamente el poliformismo es
la capacidad de algunos materiales de presentar distintas estructuras cristalinas,
con una única composición química, el diamante y
el grafito son polimorfismos
del carbono.
La α-ferrita, la austenita y
la δ-ferrita son polimorfismos del hierro. Esta propiedad en un elemento
químico puro se denomina alotropía.
Por lo tanto las
diferentes estructuras de grano pueden ser modificadas, obteniendo así aceros
con nuevas propiedades mecánicas, pero siempre manteniendo la composición
química. Estas propiedades varían de acuerdo al tratamiento que se le dé al
acero dependiendo de la temperatura hasta la cual se lo caliente y de cómo se
enfría el mismo. La forma que tendrá el grano y el micro constituyentes que
compondrán al acero, sabiendo la composición química del mismo (esto es
porcentaje de Carbono y Hierro (Fe3)) y la temperatura a la que se encuentra,
se puede ver en el Diagrama
Hierro Carbono.
A continuación se
adjunta a modo de ejemplo una figura que muestra como varía el grano a medida
que el acero es calentado y luego enfriado. Los micros constituyentes a los que
antes se hizo referencia en este caso son la Perlita,
la Austenita y
la Ferrita.
En la figura que se
adjunta a continuación se puede ver con mayor claridad como varía el grano
del latón de
acuerdo a la variación de temperatura en un tratamiento térmico.
FÓRMULA DE TEMPERATURA TÉRMICA
T = (H-G)/C
Dónde:
· H=
Entalpia
· G=
Energía libre
· C=
Calor
Propiedades mecánicas del acero
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El acero es una aleación
de hierro y carbono que contiene otros elementos de aleación, los cuales le
confieren propiedades mecánicas específicas para su utilización en la industria
metalmecánica.
Los otros principales
elementos de composición son el cromo, wolframio, manganeso, níquel, vanadio,
cobalto, molibdeno, cobre, azufre y fósforo. A estos elementos químicos que
forman parte del acero se les llama componentes, y a las distintas
estructuras cristalinas o combinación de
ellas constituyentes.
Los elementos
constituyentes, según su porcentaje, ofrecen características específicas para
determinadas aplicaciones, como herramientas, cuchillas, soportes, etcétera. La
diferencia entre los diversos aceros, tal como se ha dicho depende tanto de la
composición química de la aleación de los mismos, como del tipo de tratamiento
térmico.
Tratamientos térmicos del acero
El tratamiento térmico
en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las
propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos
consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido
para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se
pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la
tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. La clave de
los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el
material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren
durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas
pautas o tiempos establecidos.
Para conocer a que
temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es
recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el del hierro. En
este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los
cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los
materiales diluidos.
Los tratamientos
térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con
las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias
tanto al desgaste como a la tensión. Los principales tratamientos térmicos son:
Temple: Su
finalidad es aumentar la dureza y
la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura
ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se
enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un
medio como agua, aceite, etcétera.
Revenido: Sólo
se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los
efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El
revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se
eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando
al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del
temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.
Recocido: Consiste
básicamente en un calentamiento hasta la temperatura de austenización
(800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra
aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el
mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y
ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y
las tensiones internas.
Normalizado: Tiene
por objetivo dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de
tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele
emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.
Cada proceso de tratamiento térmico
consiste de los siguientes pasos individuales:
Calentamiento:
Eleva
la temperatura de una pieza
Pre-calentamiento:
Calentamiento
seguido de un mantenimiento a una o más temperaturas (pre-calentamiento de
múltiples etapas) por debajo de la temperatura máxima seleccionada. El objetivo
del pre-calentamiento es reducir las tensiones de fisuras ocasionadas por
tensiones térmicas.
Calentamiento
superficial:
Consiste en un
calentamiento hasta que la zona superficial de la pieza obtiene una temperatura
específica.
Calentamiento
a Fondo:
Calentamiento
Superficial + igualación de la temperatura.
Mantenimiento:
Consiste en
mantener una cierta temperatura sobre toda la sección.
Enfriamiento:
Consiste en
disminuir la temperatura de una pieza. Todo enfriamiento que sucede más
rápidamente que aquel que se presenta al aire quieto, es denominado temple.
(cuando se enfrían acros austenítica con buenas propiedades de tenacidad, el
enfriamiento en aire también es denominado temple.)
El tiempo de
exposición:
(Antiguamente
llamado tiempo de inmersión, en caso del temple en baño de sales), p.ej. el
período de tiempo transcurrido entre la introducción de la pieza en el horno y
su retiro, comprende el tiempo de calentamiento a fondo y el tiempo de
mantenimiento.
Limpieza de las piezas antes y
después del tratamiento
Dependiendo
del tipo de tratamiento térmico, medios de enfriamiento y calentamiento y del
equipo de tratamiento térmico puede ser necesaria la limpieza de las piezas,
particularmente antes del proceso y en algunas ocasiones después.
Antes del
Tratamiento Térmico:
Solo
es posible realizar una correcta inspección dimensional de las piezas si estas
están perfectamente limpias. Las piezas que hayan sido mecanizadas, deben
encontrarse libres de grasa, aceite y otras suciedades antes de ir al temple.
Con esto se evita que estas substancias se quemen sobre las superficies
mecanizadas, que se presenten reacciones químicas con las resistencias de los
hornos eléctricos o que se den influencias indeseadas en la atmósfera del
horno. En un buen número de tratamientos térmicos superficiales, es pre
requisito que las piezas tengan una superficie perfectamente limpia para
obtener resultados satisfactorios. Esto es válido también para la aplicación de
recubrimientos de protección en el caso de tratamientos térmicos parciales.
Para garantizar la seguridad durante la operación (el agua o residuos de sales
con bajo punto de fusión sobre la superficie de la pieza pueden causar
explosiones durante la inmersión en el medio de temple) y para evitar el riesgo
de polución ambiental o la contaminación del medio de temple, deben evitarse
las impurezas sobre la superficie de la piea. Al escoger un baño de sales debe
considerarse la reacción de este baño con otros o con el medio de temple.
Después del
tratamiento térmico:
La
limpieza de las piezas después del tratamiento térmico es requerida
principalmente cuando se trabaja con sales y así se evita cualquier corrosión
sobre la superficie de las piezas. Este problema no ocurre en tratamientos
térmicos al vacío, en gases inertes o en lechos fluidizados. El temple en
aceite requiere también de una limpieza posterior. Para obtener protección
contra el óxido, las piezas deben ser tratadas con una emulsión anti óxido después del lavado. Las operaciones de limpieza pueden ser ejecutadas
manualmente pieza por pieza o mediante equipos de lavado automático.
MÉTODO
Algoritmo
1.- inicio
2.- H;G;C : son enteros
3.-ESCRIBIR: "LOS VALORES SON"
4.-LEER: H; G; C
T = (H - G) / C
5.-Escribir: "EL RESULTADO ES"
6.-FIN
Diagrama de flujo
Resultado
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA:
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