Tratamientos Termicos 3166b

Tratamientos Térmicos Ing. Guido Quispe Ampuero

DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES • Sistema: porción del universo que ha sido aislada de tal modo que sus propiedades pueden ser estudiadas. • Microconstituyente: aquello que es observable a nivel microscópico. • Fase: es un microconstituyente: – Parte homogénea de un sistema separable del resto a través de una barrera de separación (físicamente diferenciable de las demás). – Porción de un sistema material homogéneo y separado físicamente. – Una sustancia pura puede presentarse en tres fases: sólida, líquida y gaseosa: • • • •

Tienen una misma estructura o arreglo atómico. Tienen la misma composición química. Tienen las mismas propiedades físicas. Presentan una interfase definida con cualquier otra fase que la rodee.

DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES • Componente: elementos o compuestos químicos que entran a formar un sistema. • Un diagrama de fase es un mapa que describe las fases presentes en un material en función de variables termodinámicas. Se suponen condiciones de enfriamiento y calentamiento muy lentas. • Para especificar por completo el estado de un sistema en equilibrio, es necesario especificar tres variables independientes: temperatura, presión y composición. Si se supone que la presión permanece constante, el diagrama de equilibrio indicará los cambios estructurales debidos a la variación de temperatura y composición.

DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES • Coordenadas de los diagramas de fases: – Los diagramas se grafican con la temperatura (en grados centígrados) como la ordenada y la composición de la aleación (como porcentaje en peso) como la abcisa.

DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES • La información que se puede obtener en un diagrama de fases es:

– Mostrar qué fases están presentes a diferentes composiciones y temperaturas en condiciones de enfriamiento lento (equilibrio). – Indicar la solubilidad en estado sólido y en equilibrio de un elemento (o bien de un compuesto) en otro. – Indicar la temperatura a la cual una aleación que se ha enfriado en condiciones de equilibrio comienza a solidificar así como el rango de temperatura en el que ocurre la solidificación. – Indicar la temperatura a la cual empiezan a fundirse las diferentes fases.

EL SISTEMA HIERRO-CARBONO: MICROESTRUCTURAS • El hierro es un constituyente fundamental de algunas de las más importantes aleaciones. • En una forma casi pura, conocida como hierro dulce, se usa en alcantarillas, material para techos y conductos. Contiene aproximadamente 0.012% de carbono, 0.017% de manganeso, 0.005% de fósforo, 0.025% de azufre y pequeñas trazas de silicio. • El hierro es un metal alotrópico.

Austenita γ

Ferrita α:

Curva de enfriamiento para el hierro puro

Objetivo de los Tratamientos térmicos • Modificar la naturaleza de los constituyentes sin variar la composición. • Ocasionar modificaciones estructurales, de dimensión y de forma de los microconstituyentes, sin modificar su naturaleza. • Producir mediante procesos químicos o químicofísicos, modificaciones en la composición química del material en su superficie. • Conferir propiedades particulares a las capas superficiales. • Modificar la distribución y la intensidad de las tensiones internas.

EL SISTEMA HIERRO-CARBONO: MICROESTRUCTURAS • El acero se obtiene de mezclar hierro y carbono. • Las fases presentes en el acero son: – Ferrita α: es hierro con estructura BCC. La ferrita es dúctil y magnética. – Austenita γ: es hierro con estructura FCC. Es menos dúctil que la ferrita. Es no magnética. – Cementita (Fe3C): es un compuesto intermetálico, llamado también carburo de hierro. Es una fase muy dura y frágil. – Perlita: es la fase que resulta de la reacción eutectoide del acero:

Clasificación de los aceros • Los aceros pueden dividirse en tres tipos: – Aceros hipoeutectoides: %C < 0.77 – Aceros eutectoides: %C = 0.77 – Aceros hipereutectoides: %C > 0.77

Diagrama hierro-carburo de hierro (cementita): •Los aceros tienen un porcentaje en carbono máximo de 2% •Los hierro colados tienen un porcentaje de carbono entre 2 y 4,3% •Hay tres líneas horizontales que indican reacciones isotérmicas

Definición de las estructuras: * Cementita (carburo de hierro): fórmula química Fe3C contiene 6.67% de C por peso. Compuesto intersticial duro y frágil. * Austenita: es el nombre dado a la solución sólida γ. Es una solución sólida intersticial de carbono disuelto en hierro γ (FCC). Tiene baja tenacidad. No es estable a temperatura ambiente. Bajo ciertas condiciones se puede obtener. * Ledeburita: mezcla eutéctica de austenita y cementita. Contiene 4.3% de carbono. * Ferrita: es el nombre dado a la solución sólida α. Es una solución sólida intersticial de una pequeña cantidad de carbono (hasta 0.008% C a temperatura ambiente) en hierro α (BCC). Es la estructura más suave. * Perlita: mezcla eutectoide que contiene 0.8% de C. Es una mezcla muy fina de ferrita y cementita.

Microestructuras

Microestructuras

Evolución de la microestructura de un acero eutectoide:

Evolución de la microestructura durante el enfriamiento lento de un acero hipereutectoide:

Evolución de la microestructura durante el enfriamiento lento de un acero hipoeutectoide:

Carbono: • Es el elemento aleante más importante del acero y el que tiene la mayor influencia. • Aumenta la resistencia mecánica y las propiedades de dureza, pero disminuye la ductilidad, forjabilidad, soldadura y propiedades de corte.

Tratamientos térmicos • ¿Qué son? Acción de la energía térmica para producir cambios estructurales (microestructura). • ¿Para qué sirven? Con estos tratamientos se consigue: • Una estructura de menor dureza o mejor maquinabilidad. • Eliminar la acritud (aumento de dureza y resistencia a la deformación cuando el acero ha sido tratado mecánicamente en frío). • Eliminar tensiones de cualquier origen, que pueden ser la causa de deformaciones después del maquinado, o producir roturas en servicio. • Eliminar las tensiones internas, originadas por deformación de la red atómica, las cuales elevan la dureza y aumentan la fragilidad. • Una estructura más homogénea. • Máxima dureza y resistencia. • Mejorar la resistencia a los agentes químicos. • Variar alguna de las características físicas.

Recocido • Calentamiento hasta temperatura de austenización (800-925ºC) seguido de un enfriamiento lento. • Con este tratamiento: – Aumenta la elasticidad mientras que disminuye la dureza. – Se facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material. – Se elimina la acritud que produce el trabajo en frío. – Se eliminan las tensiones internas. – Se modifican las propiedades físicas y químicas.

TEMPLE: • Calentamiento hasta temperatura de austenización (800-925ºC) seguido de un enfriamiento rápido formándose martensita. Con este tratamiento: – Aumenta la dureza y resistencia mientras que disminuye la elasticidad. – Se modifican las propiedades físicas (magnéticas y eléctricas). – Se modifican las propiedades químicas (los aceros templados resisten mejor la acción de los ácidos).

TEMPLE: • Adecuado para la mayoría d e los aceros aleados

REVENIDO: • Calentamiento de las piezas después de templadas a una temperatura inferior a la austenización (300 – 400°C) para provocar transformaciones de la martensita en formas más estables, seguido de un enfriamiento más bien rápido. • Con este tratamiento: – Disminuye la fragilidad y las tensiones internas de las piezas templadas. – Disminuye la dureza y aumenta la elasticidad.

Esquema de TT