“AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓN”
FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE:
INGENIERIA METALURGICA
II SEMESTRE-B
TEMA: PROCESOS Y TRATAMIENTOS TERMICOS
DOCENTE:
MAG.PEDRO ALAN FIGUEROA VILDOSO
PRESENTADO POR:
YANIRA MILAGROS CHAVEZ CARPIO
E-MAIL: milita_starforever@hotmail.com
CUI: 20153380
AREQUIPA-PERU
AÑO: 2015
Universidad Nacional de San Agustín
Facultad de Ingeniería Procesos
Ingeniería metalúrgica
PROCESOS Y TRATAMIENTOS TERMICOS
Chávez Carpio Yanira
Milita_starforever@hotmail.com
RESUMEN
El Tratamiento Térmico involucra varios procesos de calentamiento y enfriamiento para efectuar cambios estructurales en un material, los cuales modifican sus propiedades mecánicas. El objetivo de los tratamientos térmicos es proporcionar a los materiales unas propiedades específicas adecuadas para su conformación o uso final. No modifican la composición química de los materiales, pero si otros factores tales como los constituyentes estructurales y la granulometría, y como consecuencia las propiedades mecánicas. Se pueden realizar Tratamientos Térmicos sobre una parte o la totalidad de la pieza en uno o varios pasos de la secuencia de manufactura. En algunos casos, el tratamiento se aplica antes del proceso de formado (recocido para ablandar el metal y ayudar a formarlo más fácilmente mientras se encuentra caliente). En otros casos, se usa para aliviar los efectos del endurecimiento por deformación. Finalmente, se puede realizar al final de la secuencia de manufactura para lograr resistencia y dureza. Encontramos diferentes tipos y características.
Palabras clave: tratamiento, térmico, recocido, deformación y proceso.
SUMMARY
The Heat Treatment involves several heating and cooling processes for structural changes in a material, which alter their mechanical properties. The objective of thermal treatments is to provide materials about specific properties appropriate for its composition or end use.
Do not alter the chemical composition of the materials, but if other factors such as structural constituents and the particle size, and as a result, the mechanical properties. Treatments can be carried out on a heated part or all of the part in one or more steps in the sequence of manufacturing. In some cases, the treatment is applied prior to the process of formed (annealed to soften the metal and help construct it more easily while it is hot).
Key Words: treatment, thermal, Annealing, deformation and process.
INTRODUCCIÓN
Los aceros son unos de los materiales más utilizados en la industria, dentro del proceso de producción de estos se realizan diferentes tratamientos térmicos para mejorar las propiedades del material. Tratamientos como el temple, revenido, normalizado, etc. son necesarios para poder obtener un acero adecuado para los distintos usos. A su vez dentro de este contexto encontramos a los ensayos destructivos y no destructivos, que son parte fundamental de la industria para poder comprobar las propiedades del material, estos ensayos son de fácil aplicación y de bajo costo, y nos permiten tener una idea rápida y concreta acerca del material que se está poniendo a prueba.
Los tratamientos térmicos son combinaciones de calentamiento y enfriamientos a tiempos determinados aplicados a un metal o aleación en estado sólido con el fin de modificar propiedades de acuerdo a las condiciones de uso. Los tratamientos térmicos tienen como objetivo el estudio del efecto de la composición, temperatura, tamaño de grano y atmósfera del horno de calentamiento, sobre la microestructura y dureza de los aceros.
El primer paso en el tratamiento térmico del acero es calentar el material a alguna temperatura en o por encima del intervalo crítico para formar austenita. En la mayoría de los casos, la rapidez de calentamiento a la temperatura deseada es menos importante que otros factores en el ciclo de tratamiento térmico. Los materiales altamente forzados producidos por trabajado en frío deben calentarse más lentamente que los que se haya libres de esfuerzos para evitar distorsión. Se puede considerar la diferencia en temperatura que tiene lugar dentro de las secciones gruesas y delgadas de artículos de sección transversal variable y, siempre que sea posible, se debe tomar alguna medida para ser más lento el calentamiento de las secciones más delgadas, de tal modo que sea posible minimizar el esfuerzo térmico y distorsión. Por lo general se hará menos daño al acero al utilizar una rapidez de calentamiento tan lenta como sea práctico.
TIPOS Y CARACTERISTICAS
Tratamientos Térmicos del Acero.
Los tratamientos térmicos tienen como objeto mejorar las propiedades y características de los aceros, y consisten en calentar y mantener las piezas o herramientas de acero a temperaturas adecuadas, durante un cierto tiempo y enfriarlas luego en condiciones convenientes. De esta forma, se modifica la estructura microscópica de los aceros, se verifican transformaciones físicas y a veces hay también cambios en la composición del metal.
El tiempo y la temperatura son los factores principales y hay que fijarlos siempre de antemano, de acuerdo con la composición del acero, la forma y el tamaño de las piezas y las características que se desean obtener. ([1]Grahl, 1961).
Tratamientos térmicos más usados.
Los tratamientos térmicos más usados son:
-Recocido
-Temple
-Normalizado
-Revenido
Recocido:
Con este nombre se conocen varios tratamientos cuyo objetivo principal es ablandar el acero; otras veces también se desea además regenerar su estructura o eliminar tensiones internas. Consisten en calentamientos a temperaturas adecuadas, seguidos generalmente de enfriamientos lentos.
Recocidos de austenización completa o de regeneración.- En este caso el calentamiento se hace a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior y luego el material se enfría muy lentamente. Sirve para ablandar el acero y regenerar su estructura.
Recocidos subcriticos.- El calentamiento se hace por debajo de la temperatura crítica inferior, no teniendo tanta importancia como en el caso anterior la velocidad de enfriamiento, pudiendo incluso enfriarse el acero al aire sin que se endurezca. Por medio de este tratamiento se eliminan las tensiones del material y se aumenta si ductilidad. Se pueden distinguir dos clases de recocidos subcríticos:
De ablandamiento
Contra acritud Globular
Recocido de ablandamiento.- Su principal objeto es ablandar el acero por un procedimiento rápido y económico. Con este tratamiento no se suelen obtener las menores durezas, pero en muchos casos las que se consiguen son suficientes para mecanizar perfectamente los materiales.
Recocido subcrítico globular.- En ocasiones para obtener en los aceros al carbono y de baja aleación una estructura globular de muy baja dureza, en cierto modo parecido a la que se obtiene en el recocido se les somete a los aceros a un calentamiento a temperaturas inferiores.
Normalizado.
Este tratamiento consiste en un calentamiento a temperatura ligeramente más elevada a la crítica superior, seguido de un enfriamiento en aire tranquilo. De esta forma, se deja el acero
Con una estructura y propiedades que arbitrariamente se consideran como normales y características de su composición.
Temple.
En metalurgia e ingeniería, proceso de baja temperatura en el tratamiento térmico del acero con el que se obtiene el equilibrio deseado entre la dureza y la tenacidad del producto terminado. Los artículos de acero endurecidos calentándolos a unos 900°C y enfriándolos rápidamente en aceite o agua se vuelven duros y quebradizos. Si se vuelven a calentar a una temperatura menor se reduce su dureza pero se mejora su tenacidad. El equilibrio adecuado entre dureza y tenacidad se logra controlando la temperatura a la que se recalienta el acero y la duración del calentamiento. La temperatura se determina con un instrumento conocido como pirómetro; en el pasado se hacía observando el color de la capa de óxido que se formaba sobre el metal durante el calentamiento.
Revenido.Los aceros, después del proceso de temple, suelen quedar frágiles para la mayoría de los usos al que van a ser destinados. Además, la formación de martensita da lugar a considerables tensiones en el acero. Por lo cual, las piezas, después del temple son sometidas casi siempre a un revenido, que es un proceso que consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la temperatura crítica. El objetivo del revenido es, eliminar las tensiones internas del material y aumentar la tenacidad y ductilidad del acero, aun cuando este aumento de ductilidad se logre normalmente a costa de una disminución de la dureza y de la resistencia. ([3]APRAIZ & José., (1974)) La temperatura de revenido varía con el tipo de acero y el empleo y tipo de solicitaciones que haya de soportar la pieza. De una manera general cabe indicar los intervalos siguientes: - Aceros de cementación..........................................................140º a 200ºC -Aceros de herramienta..........................................................200º a 300ºC -Aceros para temple y revenido................................................350º a 650ºC -Aceros rápidos.........................................................................550º a580ºC Los revenidos pueden ser homogéneos y heterogéneos:
Homogéneos: la pieza en su totalidad está a una temperatura uniforme, se realiza después del temple, con baños de aceite, sales, hornos de circulación de aire y de recocido, cuando las temperaturas son altas. Estas se usan en piezas de construcción, de fabricación en serie y herramientas.
Heterogéneo: la pieza es sometida a diferentes temperaturas de revenido en diferentes partes; para que sea esto correcto la temperatura ha de estimarse generalmente sobre la base de los colores del revenido. Se emplean 2 procedimientos:
Tratamientos isotérmicos de los aceros.- reciben este nombre ciertos tratamientos, en los que el enfriamiento de las piezas no se hace de una forma regular progresiva, sino que se interrumpe o modifica a diversas temperaturas durante ciertos intervalos, en los que permanece el material a temperatura constante durante ciertos intervalos, en los que permanece el material a temperatura constante durante un tiempo, que depende de la composición del acero, de la masa de las piezas y de los resultados que se quieren obtener. Campo de aplicación del ensayo Brinell.El ensayo Brinell, produce una huella relativamente grande que impide su aplicación a chapas delgadas, metales flaqueados metales endurecidos superficialmente, y piezas en general que no admitan huellas sobre sus superficies. Sin embargo en materiales heterogéneos como son las fundiciones y aleaciones es un procedimiento de medición de la dureza muy conveniente por permitir obviar la influencia de los micros porosidades en la medición por otros procedimientos. Termografía InfrarrojaLa termografía es la rama de la Teledetección que se ocupa de la medición de la temperatura radiada por los fenómenos de la superficie de la Tierra desde una cierta distancia. La principal técnica empleada en las pruebas infrarrojas es la Termografía Infrarroja. Esta técnica se basa en la detección de áreas calientes o frías mediante el análisis de la parte infrarroja del espectro electromagnético. La radiación infrarroja se transmite en forma de calor mediante ondas electromagnéticas a través del espacio. De esta forma, mediante el uso de instrumentos capaces de detectar la radiación infrarroja, es posible detectar discontinuidades superficiales y sub-superficiales en los materiales. Generalmente, en la técnica de termografía infrarroja se emplea una o más cámaras que proporcionan una imagen infrarroja (termograma), en cual las áreas calientes se diferencian de las áreas frías por diferencias en tonalidades. Como ejemplo, podemos observar la termografía de abajo, en la cual los tonos amarillos y rojizos representan las áreas calientes y los tonos azules y violetas representan las áreas frías. Inspección por Partículas MagnéticasEs un método de ensayo no destructivo del tipo superficial que consiste en la magnetización de una pieza por medio de un campo eléctrico o un campo magnético, después o en forma simultánea, se aplica sobre la superficie un polvo ferromagnético, el cual será atraído donde exista una distorsión de las líneas del flujo magnético, o más conocida como fuga de campo, formándose así las indicaciones, estas serán visibles bajo condiciones apropiadas de iluminación; se tienen partículas magnéticas con pigmentación visible o contrastante, fluorescente, y de color mixto (duales).El yugo es metálico con recubrimiento plástico en cuyo interior tiene un en bobinado en cobre para que se puede generar un campo electromagnético lo cual la norma específica el número de vueltas que debe tener el dispositivo y tiene dos extremidades que no tienen recubrimiento de plástico, son de metal ferro magnético y son articuladas. ([4]ASKELAND, 1998)
Ventajas
· Es portátil
· Fácil de utilizar con piezas grandes
· Determina la fisura más rápidamente
· Determina grietas superficiales y su superficiales
· Se puede usar en materiales ferro magnéticos
Desventajas
· Difícil de aplicar en piezas de geometría irregular
· No se puede inspeccionar sobre cabeza
· No se puede usar en materiales no ferro magnéticos
· Es imposible detectar grietas internas
Análisis de Vibraciones
La medición y análisis de vibraciones se usa en las industrias como técnica de diagnóstico de fallas y evaluación de la integridad de máquinas y estructuras. En el caso de los equipos rotatorios, la ventaja que presenta el análisis vibratorio respecto a otras técnicas como radiografía, ultrasonido, etc., es que la evaluación se realiza con la máquina funcionando, evitando con ello la pérdida de producción que genera una detención.
Las etapas seguidas para medir y/o analizar una vibración, que constituyen la cadena de medición, son:
- Etapa transductora
- Etapa de acondicionamiento de la señal
- Etapa de análisis y/o medición
- Etapa de registro.
Conclusión
Debido a la variedad de los tratamientos térmicos es importante saber y distinguir las diferencias y características que se obtienen con cada uno de los diferentes tipos de tratamientos térmicos , ya que podemos obtener mejor resultado sabiendo aplicar cada uno de ellos y entender los procedimientos básicos que este encierra para un mejor trabajo; hoy, mañana y siempre estos tratamientos estarán presentes porque este campo va a hacer infinito, el acero es una materia prima, podría existir diversas aleaciones pero acero estará presente y las características de este no se encajan del todo a nuestras necesidades y por eso es necesario el manipularlo hasta llevarlo a lo más extremo en lo que queremos obtener , mayor ductilidad, mayor dureza, entre otras propiedades presentes en los aceros.
Las pruebas mecánicas fueron creadas como respuesta a la necesidad de conocer el estado de los materiales, sin embargo, las pruebas destructivas tienen el inconveniente de que terminan con la vida útil de los elementos sujetos a prueba, fue entonces que surgieron los ensayos no destructivos, con los cuales se puede determinar el estado de los materiales sin inutilizar a los mismos.[8] (Amstead, (2003))
Al finalizar esta investigación se puede concluir que los tratamientos térmicos son una herramienta muy difundida en la industria, debido a que los procesos modernos exigen que los materiales tengan ciertas cualidades mecánicas, en especial de dureza y tenacidad, es ahí cuando los tratamientos térmicos encuentran su papel. Aunque la mayoría de estos tratamientos son para mejorar las cualidades mecánicas, así también existen unos pocos que ablandan los metales, esto para eliminar los esfuerzos residuales generados por los diversos procesos de manufactura.
Bibliografía
[1]Grahl, Fredo, Ensayo de los metales y de materiales de construcción. Barcelona : José Montesó, 1961
[2]HANS, Studeman, Tratamientos de los aceros. Manual del ingeniero Vol. XII Ediciones URNO SA :
[3]APRAIZ B; José. Tratamiento térmico de los aceros. 8va Edición editorial DOSSAT, S. A. Madrid España (1974).
[4]ASKELAND, Donal R., “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”, Thomson Editores. México, 1998.
[5]Anderson, J.C. y otros, “Ciencia de los Materiales”, Limusa Editores, México, 1998.
[6]Flim, R.A, y otro, “Materiales de Ingeniería y sus Aplicaciones”, Mc Graw - Hill, México, 1979.
[7]Budinsky, K. y otro, “Engineering Materials”, Prentice – Hall, U.S.A., 1999.
[8]Amstead, B. H. (2003). Procesos de manufactura version SI. México : CECSA .
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