Su estructura y endurecimiento mediante tratamiento térmico

Presentación del tema: "Su estructura y endurecimiento mediante tratamiento térmico"— Transcripción de la presentación:

1 Su estructura y endurecimiento mediante tratamiento térmico
ALEACIONES METÁLICAS Su estructura y endurecimiento mediante tratamiento térmico

2 INTRODUCCIÓN Los elementos que acompañan a los metales son llamados elementos aleantes o componentes base de la aleación. Normalmente estamos acostumbrados a escuchar el término Aleación en muchos lugares. pero realmente no tenemos idea de lo que significa esa palabra, mas que una vaga idea de que tiene que ver con metal, que en este caso tiene mucha relación. Resumido es una mezcla homogénea de dos o más elementos en la que al menos uno es un metal

3 ESTRUCTURAS DE LAS ALEACIONES
Las sustancias puras (metales, compuestos de tipo NaCl,...) cristalizan siempre según el mismo tipo de estructura cristalina. Esta estructura cristalina puede cambiar con la temperatura o con la presión; por ejemplo, el hierro puro si se enfría desde una temperatura superior a1536ºC (punto de fusión del hierro) y este enfriamiento se hace muy lentamente a 1536ºC el líquido (hierro fundido) se trasforma en cristales de hierro puro con estructura cúbica centrada en el interior; si se continúa el enfriamiento, a 1398ºC los cristales BCC se transforman en FCC y si se continua enfriando, a 911ºC el FCC se transforma en BCC nuevamente. Este fenómeno según el cual por variación de temperatura puede cambiar la estructura de la sustancia se conoce como Alotropía y cada uno de los estados o estructuras cristalinas se conocen como estados alotrópicos de dicha sustancia. Este fenómeno se conoce también como polimorfía

4 DIAGRAMAS DE FASE En termodinámica y ciencia de materiales se denomina diagrama de fase o diagrama de estados de la materia, a la representación entre diferentes estados de la materia, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo.​ Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación ,diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado

5 SISTEMA O DIAGRAMA HIERRO CARBONO
En el diagrama de equilibrio o diagrama de fases hierro-carbono (Fe-C) (también diagrama hierro-carbono), se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente, de modo tal que los procesos de difusión (homogeneización) tengan tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones por diversos métodos.

6

7

8 HIERROS FUNDIDOS Las fundiciones de hierro de acuerdo a (Castro, 2009) son aleaciones de hierro carbono del 2 al 5%, cantidades de silicio del 2 al 4%, del manganeso hasta 1%, bajo azufre y bajo fósforo. Se caracterizan porque se pueden vaciar del horno cubilote para obtener piezas de muy diferente tamaño y complejidad pero no pueden ser sometidas a deformación plástica, no son dúctiles ni maleables y poco soldables pero sí maquinables, relativamente duras y resistentes a la corrosión y al desgaste.

9 HIERROS FUNDIDOS VENTAJAS
son más fáciles de maquinar que los aceros; se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad; en su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos; absorben las vibraciones mecánicas y actúan como autolubricantes; son resistentes al choque térmico, a la corrosión y de buena resistencia al desgaste

10 HIERROS FUNDIDOS Los elementos que siempre se encuentran presentes en los hierros fundidos son carbono, manganeso, silicio, fósforo y azufre; aunque en algunos casos podemos encontrarnos: níquel, cobre, cromo. Los hierros fundidos difieren de los aceros en: 1. Mayor contenido de carbono. 2. En su estructura pueden aparecer ledeburita, grafito, perlita, ferrita. 3. Menor punto de fusión lo que provoca mayor fluidez. 4. Poca capacidad de deformación plástica. 5. Mayor contenido de silicio, manganeso, fósforo, azufre.

11 Según el método de obtención de los hierros fundidos y atendiendo al estado o forma del grafito se clasifican según Guliaev, 1978, Hardbroken 1966 (Iron Casting Society)en: Fundiciones blancas: Se caracterizan porque en ellas todo el carbono se va a encontrar combinado con el hierro. Las estructuras que presentan son de perlita, cementita y ledeburita. En ellas la zona fracturada presenta un color blanquecino caracterizándose además por:  Elevada dureza.  Elevada fragilidad.  Baja maquinabilidad.  Elevada resistencia al desgaste

12 Fundiciones grises Se caracterizan porque la mayor parte del carbono se encuentra en estado libre de grafito laminar. Presenta las siguientes propiedades:  Buena maquinabilidad.  Elevada resistencia al desgaste.  Buenas propiedades de fundición. Por su forma son capaces de amortiguar vibraciones. Atendiendo a su estructura las fundiciones grises se dividen en:  Fundición gris perlítica.  Fundición gris ferrito-perlítica.  Fundición gris ferrítica.

13 Fundiciones de alta resistencia
Fundiciones de alta resistencia (nodulares): Se caracterizan porque todo el carbono se encuentra en forma de grafito nodular. Esta fundición se obtiene añadiendo magnesio o cerio a la carga de metal fundido durante el proceso de fundición. Presenta las siguientes propiedades:  Mayor ductilidad.  Mayor resistencia al fuego.  Mejor resistencia al desgaste.

14 Fundiciones maleables:
Se caracterizan por presentar el carbono libre en forma de grafito, el cual se encuentra en forma de roseta y se obtiene a partir de someter a la fundición blanca a un recocido degrafitización (existen otros métodos como la cementación continuada de aceros de alto carbono). Presenta las siguientes características: Alta resistencia a la tracción.  Elevada plasticidad.  Elevada viscosidad al impacto

15 Fundiciones aleadas Se caracterizan por presentar elementos maleantes como el cromo, níquel, manganeso, silicio, aluminio, cobre, titanio, molibdeno, vanadio los cuales influyen en la microestructura y propiedades de las mismas. Sus propiedades fundamentales son:  Resistencia a la formación de cascarilla.  Resistencia a la abrasión.  Resistencia a algunos ácidos.  Termo resistencia.

16 TRATAMIENTO TÉRMICO PARA ALEACIONES FERROSAS
El tratamiento térmico se define como una combinación de operaciones de calentamiento y enfriamiento aplicadas a metales y aleaciones en estado sólido para obtener las condiciones o propiedades deseadas. Los tratamientos térmicos pueden utilizarse para homogeneizar el fundido de las aleaciones metálicas, para mejorar su ductilidad en caliente, para ablandar los metales antes o durante su procesamiento en frío o en caliente, o para modificar su microestructura con el fin de obtener las propiedades mecánicas deseadas. También se utiliza el tratamiento térmico de aleaciones metálicas para modificar la estructura química superficial de los materiales. Este objetivo se logra mediante la difusión de carbono, nitrógeno y otros materiales sólidos o gaseosos en la superficie del componente. Estos procesos se utilizan para obtener superficies con una dureza determinada y para mejorar su resistencia al desgaste, la corrosión y la fatiga.

17 Parámetros de tratamiento
Los parámetros y procesos que afectan la composición y propiedades materiales de los componentes metálicos incluyen los siguientes: -Tipo de aleación -Calentamiento -Enfriamiento -Trabajo -Tiempo -Atmósfera -Recubrimiento superficial -Difusión superficial

18 Tratamientos generales
Homogeneización Este tratamiento se utiliza antes de los procesos en caliente y se aplica para igualar la temperatura en toda la aleación o para reducir el efecto de segregación provocado por la composición química desigual. Recocido​ El recocido abarca una variedad de procesos de tratamiento térmico utilizados para ablandar las aleaciones e incrementar su ductilidad como ayuda al proceso en frío. Estabilización y normalización Tratamientos térmicos realizados para eliminar las tensiones internas de los componentes después de la soldadura, el fundido o el enfriamiento rápido.

19 Tratamientos que modifican la estructura de fases de una aleación
Endurecimiento Las aleaciones de metales pueden endurecerse por medios mecánicos, pero además las aleaciones de acero pueden endurecerse mediante tratamiento térmico. La capacidad de endurecimiento de una aleación de acero depende de su contenido en carbono u otras aleaciones. Las aleaciones con mayor porcentaje en carbono alcanzan superior nivel de dureza. El proceso de endurecimiento se obtiene calentando una aleación a una temperatura predefinida y después templándolo en aceite, agua, aire o un polímero de templado especial. La temperatura y los parámetros del templado dependen del tipo de acero que se procese.

20 Tratamientos que modifican la estructura de fases de una aleación
Endurecimiento por inducción El calentamiento rápido mediante una bobina de inducción seguido inmediatamente del templado en un chorro de templado permite también endurecer aceros con contenido de carbono medio y alto. Este proceso también puede realizarse utilizando un impacto de llama caliente o técnicas de calentamiento con tecnología láser.

21 Tratamientos que modifican la estructura de fases de una aleación
Revenido El revenido suele darse después del proceso de endurecimiento y se utiliza para eliminar gran parte de la fragilidad de la aleación manteniendo la dureza de los componentes. Para conocer el resultado de estos procesos y las temperaturas a las que deben realizarse, es necesario estudiar el diagrama de fase de la aleación.

22 Tratamientos térmicos para aleaciones y metales no ferrosas
METALES Y ALEACIONES NO FERROSAS

23 Tratamientos térmicos para aleaciones y metales no ferrosas
Bases para el tratamiento térmico. El atributo esencia! de un sistema de aleación tratable térmicamente por precipitación es la dependencia de la solubilidad con la temperatura. Por lo que, su requerimiento básico, es el decremento en la solubilidad en el estado sólido de uno a más de los elementos aleantes al descender la temperatura, (aleaciones parcialmente solubles en estado sólido) Se debe tener un buen control de los elementos de aleación(composición química), temperatura y los pasos a seguir para efectuar el tratamiento térmico. El único tratamiento térmico que se le puede hacer a ciertas aleaciones de aluminio es el de envejecido, esto se obtiene al elevar la temperatura hasta un punto donde se tenga completamente soluble al elemento de aleación, después de un cierto tiempo de homogeneización, se baja la temperatura rápidamente para mantenerlo en solución y, por último, se lleva a una temperatura a la cual se logra el fenómeno de envejecido, que no es otra cosa que la precipitación controlada del elemento aleante.

24 Endurecimiento superficial
Procedimiento que permite, mediante tratamientos de varios tipos, dar a una pieza metálica una dureza superficial especial. Esta característica es indispensable para garantizar cierta resistencia al desgaste de las superficies sometidas a deslizamiento. Por otro lado, no es preciso obtener un endurecimiento durante el frenado, el par de frenado desarrolla un trabajo a expensas de la energía cinética, que resulta disminuida (y con ella la velocidad), transformándose en calor o en energía térmica en el rozamiento entre las pinzas y los discos o entre los tambores y las zapatas; al final, el vehículo se encuentra detenido (v=0), por lo que su energía cinética se ha anulado y transformado totalmen-cimiento de la parte interior de la pieza, ya que la dureza siempre va acompañada de cierta fragilidad y, por ello, la resistencia de aquélla quedaría comprometida.

25 Endurecimiento superficial
Los tratamientos para obtener un endurecimiento se clasifican, según el procedimiento empleado, en: - térmicos, como el temple, que puede ser profundo, superficial o local; - químicos, como la cementación, la nitruración y el cromado; - mecánicos, como el bolado o granallado y el bruñido. Además, se produce cierto endurecimiento superficial en las piezas sometidas a una deformación plástica, como la estampación.

26 RECOCIDO Se puede entender el recocido como el calentamiento del acero por encima de las temperaturas de transformación a la fase austenítica, seguida de un enfriamiento lento. El resultado de este lento enfriamiento es el de obtener un equilibrio estructural y de fase en los granos del metal.

27 Con el recocido se logra
- Aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. Facilitar el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura y afinar el grano Eliminar la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas. Aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad del material.

28 Proceso de recocido Este proceso se efectúa totalmente en estado solido y puede dividirse en las tres fases siguientes: Recuperación o restauración: La restauración consiste fundamentalmente en la eliminación de tensiones internas y se realiza con simples calentamientos a bajas temperaturas. Recristalización: Al aumentar la temperatura de restauración se hacen perceptibles en la microestructura nuevos cristales diminutos. El crecimiento del grano: La energía libre de los granos grandes es inferior a la de los granos pequeños.

29 Hornos y equipos para el tratamiento térmico
HORNOS DE MUFLA-HORNOS ELÉCTRICOS SERIES TM y TL Estos hornos ofrecen mínimo mantenimiento, funcionamiento constante y sin averías, fácil manipulación y control del trabajo y la mejor relación de costo por unidad fabricada. El sistema de calefacción eléctrica de estos modelos no necesita de trámites oficiales ni proyectos de homologación para su instalación HORNOS DE CÁMARA Estos hornos se utilizan especialmente para el tratamiento térmico cuando se requieren calentamientos y enfriamientos controlados, como por ejemplo en procesos de soldadura, temple, revenido, recocido, normalización, etc.,

30 Hornos HORNOS DE SALES El horno es de construcción metálica, electro soldado, a partir de chapas y perfiles de acero laminado en frío, de gran robustez, con avanzado diseño y protección con imprimación fosfocromatante y pintura epoxídica. Existen diferentes tipos de hornos continuos en función del material a tratar y las temperaturas. Uno de los posibles hornos continuos está formado por una mufla (3) colocada en el interior de la cámara de calentamiento. La mufla es atravesada por una corriente de gas formando una atmósfera inerte de tratamiento. Las salidas al baño de temple y retorno de cinta (8) son estancas. HORNOS CONTINUOS

31 Hornos HORNOS DE CAMPANA
El control de la temperatura se lleva a cabo mediante termorreguladores electrónicos de alta fiabilidad que procesan la señal recibida por los sensores térmicos. El oportuno enclavamiento de las señales y órdenes de mando impiden la realización de maniobras indeseables. GENERADORES DE ATMÓSFERA En los tratamientos térmicos de los metales se producen siempre corrosiones y oxidaciones que, en algunos casos, pueden causar serios perjuicios a las piezas a tratar. Para evitarlo es preciso crear en el horno una atmósfera adecuada que evite la oxidación o permita la adición de carbono, nitrógeno u otros elementos para conseguir cementaciones, carbonitruraciones etc.

32 Fuentes Montes, J. R., Martínez, L. C., & del Real Romero, J. C. (2006). Procesos industriales para materiales metálicos:(2ª EDICIÓN). Editorial Visión Libros. MOLERA SOLÁ, Pere. Tratamientos térmicos de los metales. Marcombo, 1991. Gil, F. J., Fernández Aguado, E., Arcas, R., & Planell Estany, J. A. (1994). Endurecimiento superficial mediante tratamiento térmicos y anodizado de la aleación Ti-6A1-4U para implantes quirúrgicos.

33 . Ciencia e Ingeniería de los materiales Profesor: Jorge Meza Jiménez
Alumno: Abraham Escalera Bernardino 26/Marzo/2020