TRATAMIENTOS TÉRMICOS. CARACTERÍSTICAS GENERALES

Universidad Nacional Experimental “Rafael María Baralt”[pic 1]

Programa de Ingeniería y Tecnología

Proyecto de Ingeniería en Mantenimiento Mecánico

Asignatura: Materiales para Ingeniería

TRATAMIENTOS TÉRMICOS. CARACTERÍSTICAS GENERALES

En general, un Tratamiento Térmico consiste en calentar el acero hasta una cierta temperatura; mantenerlo a esa temperatura durante un tiempo determinado y luego enfriarlo, a la velocidad conveniente. El objeto de los tratamientos térmicos es cambiar las propiedades mecánicas de los metales, principalmente de los aceros.

CLASIFICACIÓN DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Los tratamientos térmicos pueden dividirse en dos grandes grupos:

• Tratamientos sin cambio de composición, es decir, aquellos en cuyo tratamiento no varían los componentes.
• Tratamientos con cambio de composición, los que añaden nuevos elementos a sus propios componentes o cambian la proporción de los existentes. De aquí que se llamen con más propiedad Tratamientos Termoquímicos.

FASES EN TODO TRATAMIENTO TÉRMICO

En todo tratamiento térmico se distinguen tres fases:

• Calentamiento hasta la temperatura adecuada.
• Mantenimiento a esa temperatura hasta obtener uniformidad térmica.
• Enfriamiento a la velocidad adecuada.

De acuerdo con las variantes de estas fases se obtienen los distintos tratamientos.

Explicación de cada una de estas fases:

Fase 1. Si en esta fase se llega a la temperatura de transformación superior, toda la estructura se convierte en austenita. Si el calentamiento es suficientemente lento, la transformación se logra a las temperaturas que aparecen en la figura 1 (pág 2).

Si el calentamiento se hace a distintas velocidades, la transformación empieza y termina tanto más tarde cuanto mayor se la velocidad, aún para el mismo acero.

Fase 2. Esta fase tiene por objeto lograr el equilibrio entre la temperatura del centro y la periferia y con ello la homogeneización de la estructura. Deberá ser tanto más larga cuanto más rápido haya sido el calentamiento.

Fase 3. Es la fase decisiva en la mayoría de los tratamientos. Para lograr el constituyente deseado hay que partir de la estructura austenítica, si se quiere que haya transformación.

Figura  1

[pic 2]

Si el enfriamiento es lento, la temperatura de transformación y los constituyentes obtenidos son los que aparecen en la figura anterior, según la composición del acero.
Si el enfriamiento se hace a distintas velocidades, el comienzo y el final de transformación es distinto, y las estructuras resultantes serán distintas aún para el mismo acero.

Si esta tercera fase se hace escalonadamente, es decir, enfriando rápidamente hasta una cierta temperatura y luego se la mantiene a esa misma temperatura durante el tiempo suficiente, se comprueba que también se logra la transformación. Se dice de estas transformaciones que son a temperatura constante o isotérmica. Las transformaciones isotérmicas tienen la ventaja, sobre las logradas en el enfriamiento contínuo, de que la estructura resulta muy homogénea, mientras que en el enfriamiento contínuo pueden resultar varios tipos de cristales. Uniendo los puntos de principio de transformación resulta una curva característica para cada acero. A la izquierda o por encima de ella, todo está en forma austenita.

Uniendo los puntos finales de transformación se obtiene otra curva, detrás de la cual o debajo de ella toda la masa estará transformada. Estas se llaman de las "eses" por su forma característica, y al diagrama se le llama de las TTT (transformación, Tiempo, Temperatura).

Las temperaturas Ms  y Mf  son muy importantes y representan el principio y el final de la transformación en martensita respectivamente.

Con estas curvas resulta fácil comprender los efectos de los tratamientos térmicos. Variando las fases se pueden variar los resultados.

1. TEMPLE

El temple tiene por fin dar a un metal aquel punto de resistencia y de dureza que requiere para ciertos usos. Los constituyentes más duros y resistentes son las martensita y la cementita. Para lograr estos constituyentes, se sigue este proceso:

Fase 1. El calentamiento se hace hasta alcanzar la austenización completa en los aceros de menos de 0.9% de C; y entre la A1 Acm para los que pasan de 0.9% de C. En la figura 2 aparece la zona adecuada de calentamiento, en función del porcentaje de C.

Figura  2

[pic 3]

Fase 2. El mantenimiento debe ser suficiente para alcanzar la homogeneización entre el núcleo y la periferia. Las piezas gruesas necesitarán más tiempo que las delgadas. Si la velocidad en la fase 1. fue grande, hay que alargar el tiempo de permanencia de la fase 2.

Fase 3. La velocidad de enfriamiento debe ser tal, que no penetre la curva de enfriamiento en la S, hasta llegar a la temperatura Ms de la martensita. En la figura 3 (pág 4) se muestra el gráfico del temple.

El éxito del temple estriba en el conocimiento exacto de los puntos de transformación y del empleo del medio adecuado para lograr la velocidad suficiente de enfriamiento.

Figura  3

[pic 4]

[pic 5][pic 6]

1.1. Martempering

Así se llama a cierto tipo de temple diferido que se realiza según el gráfico de la figura 3.

La primera y segunda fase es iguales a las del temple con enfriamiento continuo. En la fase tercera se enfría la pieza rápidamente, sin llegar a la temperatura Ms y se la mantiene así unos momentos sin alcanzar la curva de principio de transformación. Con ello se logra una uniformidad térmica; se vuelve a enfriar seguidamente y se logra la transformación deseada: martensita. Seguidamente se enfría hasta la temperatura ambiente.

1. Temple superficial

Es un nombre que, como su mismo nombre indica, no alcanza más que a la superficie de la pieza. Se emplea para obtener piezas superficialmente duras y resilientes en el núcleo.

Fase 1. Se calienta la pieza a gran velocidad, cuidando que sólo llegue a la temperatura de austenización el espesor deseado de la periferia.

Fase 2. No existe, ya que no interesa lograr la homogeneización.

Fase 3. Se enfría rápidamente para lograr la transformación martensítica de la periferia.

1. REVENIDO

Es un tratamiento posterior al temple y que tiene por objeto: 1) Eliminar las tensiones del temple y homogeneizar el total de la masa: 2) transformar la martensita en estructuras parlíticas finas, menos duras pero más resilintes que la martensita.