Punto 8 Hornos%20de%20tratamientos%20termicos

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE QUERÉTARO

LABORATORIO DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

MANUAL DE OPERACIÓN HORNO DE RESISTENCIA
ELÉCTRICA

HORNOS

DETRATAMIENTOS TÉRMICOS

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN.............................................................................................................1

HORNOS ELÉCTRICOS.................................................................................................2

AJUSTES/ SEGURIDAD/ INSTALACION...................................................................15

OPERACIÓN DE EQUIPO............................................................................................18

MANTENIMIENTO........................................................................................................37

POSIBLES FALLAS Y SOLUCIONES..........................................................................37

EQUIPO AUXILIAR.......................................................................................................37

APENDICES....................................................................................................................40

Instituto Tecnológico de Querétaro

INTRODUCCIÓN

Para tener éxito en el funcionamiento y servicio de una herramienta o pieza, el diseñador
debe tener conocimiento del uso de los materiales, seleccionando el que responda a las
exigencias de servicio, aplicando el más económico sin descuidar la calidad y no olvidando que
la forma de diseño es fundamental.

En el presente trabajo se pretende mostrar un panorama general de la aplicación de los
tratamientos térmicos a los aceros.

Analizaremos los tratamientos térmicos más comunes como son: el recocido, el
normalizado, el temple, el revenido, los procesos termo – químicos como la cementación y la
nitruración.


HORNOS ELÉCTRICOS

Los hornos alimentados con energía eléctrica son de un uso muy extendido por su comodidad y
fácil manejo. En la actualidad con los sistemas de programación que se incorporan son muy
útiles y fiables. En las cámaras de estos hornos van alojadas, en unos surcos o vías de las
paredes, unas espirales de hilo conductor de energía eléctrica, que actúan de resistencia
formadas por aleaciones de cromo-níquel y de otros metales cuya característica es la buena
conductibilidad, según las temperaturas que se quiera alcanzar.

Calentamiento

Las resistencias eléctricas están colocadas en los laterales, solera, fondo y puerta del horno
(según modelos), e incorporadas a una masa de hormigón refractario, que las protege de
golpes y rozaduras durante la carga y descarga.

Los calefactores están ampliamente sobredimensionados para una larga vida. Son de hilo
resistor de aleación Cr-Al-Fe y preparados para ser conectadas a la red de 230/400 V 2 ó 3
fases.

Aislamiento

El aislamiento se realiza mediante fibras minerales y cerámicas de baja masa térmica y gran
poder calorífico, cuidadosamente dispuestas en estratos para reducir las perdidas de calor. La
perfección en el aislamiento conseguido permite un ambiente fresco de trabajo y un
extraordinario ahorro energético.

DESCRIPCION E ILUSTRACION DE OPERACIONES QUE SE PUEDEN REALIZAR EN EL

HORNO

Este horno puede ser empleado en una gran variedad de procesos industriales, tales como:

1. Tratamientos térmicos de los metales y de los polvos.

2. Secado a alta temperatura de productos varios.

3. Precalentamiento de resinas termoplásticas con alta temperatura de ablandamiento.

4. Cocido de esmaltes y óxidos.

5. Cocido de muelas con ligante vítreo.

6. Quemado.

7. Descerización de premoldeados quot;al verde”.

8. Cocido de pinturas encima del barniz en la porcelana, para artículos de fayenza y
de gres.

2


Indicad
o
r

de Encendido de indicador de temperatura
temper
atura
I

Indicado
r de
temperat

ura
requ
erida Caseta de

control

S
e
l
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c
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a
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r

d
e

h
o
r
n
o


Polea

Regulador de
flujo de aire

P

R

a

P

Pedal de
para abrir
y cerrar


R
R


1. Descripción de función de cada parte:

• Switch de encendido del horno RO: Al accionar este botón el horno comienza a
trabajar abasteciendo de energía eléctrica al horno.

• Caseta de control: En esta parte se encuentran todos los controladores del horno
como son temperatura, tipo de horno entre otros.

• Seleccionador de horno: debido a que la caseta de controladores es para varios
tipos de hornos es necesario tener este botón que nos permite seleccionar el tipo de
horno que se va a usar.

• Seleccionador de medición:

• Indicador de temperatura: Nos indica la temperatura a la que se necesita para llevar
a cabo el tratamiento y así mismo nos muestra la temperatura real, cuando la
temperatura es alcanzada el horno se apaga automáticamente pero nunca deja bajar
la temperatura enciente cuando así se requiera.

• Indicador de temperatura real: Indica la temperatura actual del horno en una escala
de 0-1200 grados centígrados.

• Indicador de temperatura requerida: Indica la temperatura que uno desea para
llevar a cabo el tratamiento térmico en una escala de 0-1200grados centígrados.

• Encendido de indicador de temperatura: Permite encender el indicador de
temperatura para poder regularla y manejarla durante el tratamiento.

• Polea: Ayuda en la apertura de la puerta del horno apoyado de un pistón neumático y
un juego de cadenas.

• Regulador de flujo de aire: Abre el flujo de aire necesario para el uso correcto del
pistón neumático.

• Pedal de abrir y cerrar: Activa al pistón neumático que a su vez hace funcionar a la
polea para poder abrir la puerta del horno o cerrarla, abre en el sentido de las
manecillas del reloj y cierra en el lado contrario, para dejar de usarlo es necesario
colocarlo exactamente en el centro.

• Pistón neumático: Ayuda a jalar la puerta para su apertura ya que esta es muy
pesada.

• Regulador de presión de aire y aceite:

7


• Resistencias internas: ayuda a calentar el interior del horno .

• Charola : Sobre ella se colocan las piezas que van a ser tratadas y generalmente es
de acero.

• Recubrimiento: se realiza mediante fibras minerales y cerámicas de baja masa
térmica y gran poder calorífico, cuidadosamente dispuestas en estratos para reducir

las perdidas de calor. La
perfección en el aislamiento conseguido permite un ambiente fresco de trabajo y un
extraordinario ahorro energético.

2. Descripción e ilustración de operaciones que puede realizar el equipo
TRATAMIENTOS TERMICOS DEL ACERO

DEFINICIÓN DE “TRATAMIENTOS TERMICOS”

Es el proceso al que se someten los metales con el fin de mejorar sus propiedades
mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la tenacidad. Los materiales a los que se
aplica tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro
carbono.

ºC

2

1

3

seg

1.- Calentamiento (del metal en estado sólido). 2.-
Permanencia (tiempo en el cual permanece caliente). 3.-
Enfriamiento (brusco o lento).

8


PRINCIPALES PROCESOS DE TRATAMIENTOS TERMICOS

PROCESOS PARA SUAVIZAR: mediante los procesos de suavizar se pretende dejar al
material en su menor dureza, intenta liberar esfuerzos inherentes o producidos en operaciones
previas, resultado en general de una estructura suave, los procesos para suavizar son
los siguientes:

• Relevado de esfuerzo

• Recocido: Tiene como finalidad ablandar el acero. La temperatura de calentamiento
está entre 600 y 700ºC. El enfriamiento es lento.

• Normalizado: Se emplea
para dar al acero una estructura y
unas características que se
consideran normales. Es
previo al temple y revenido. Se
calienta la pieza entre 55 y 85ºC
para conseguir la transformación
completa en austenita.

PROCESOS PARA ENDURECER: son aquellos que producen en el acero un endurecimiento
en toda la sección de la pieza o dureza en el núcleo controlada o endurecimientos en la
superficie con profundidad controlada. Los procesos utilizados son:

• El temple: Se emplea para aumentar la dureza de los aceros, su resistencia a
esfuerzos y tenacidad. Se calienta a 915ºC (en el cual la ferrita se convierte a
austenita). Después la masa metálica se enfría rápidamente. Siempre se hace un
revenido después, ya que se pretende la obtención de una estructura totalmente
martensítica.


o TEMPLE AL AGUA: El agua que se utiliza en el para el temple debe ser agua
“blanda” que no este demasiado aereada, esto significa que no debe tener disuelto
demasiado bióxido de carbono (CO2) y oxigeno, debe estar limpia, carente de
turbidez y otras impurezas. El efecto enfriante del agua se puede controlar en
limites pequeños de temperatura, la mas adecuada para el agua de temple es de
20 a 40 C (68 a 104 F), el agua demasiado fría templa bruscamente y un agua
caliente templa perceptiblemente moderado. Para disminuir el efecto de
enfriamiento brusco del agua, se tienen varios tipos de compuestos que ayudan a
tener durante el temple un efecto moderado, por ejemplo la adición de agua de cal,
agua jabonosa, glicerina, pectina soluble, etc. l temple al agua se usa para
aquellos aceros que es necesario un temple violento se usa para aceros de bajo
contenido de carbono, para piezas
de secciones gruesas con
contenido medio de carbono de
grano fino, para aceros de bajo
contenido de elementos aleantes y
para aceros de alto porcentaje de
contenido de elementos aleantes
en piezas de secciones gruesas,
para aceros sensibles a fracturas
no se usa el temple al agua.

o LOS ACEITES COMO MEDIO DE TEMPLE: Los aceites que se emplean en el
temple se pueden clasificar en dos tipos:

aceites convencionales y
aceites rápidos.

Un aceite de temple convencional es aquel que no contiene aditivos que

alteren sus características de enfriamiento. Los aceites son fracciones producidas
por la destilación de aceites crudos según sus viscosidades, alrededor de 100 sus
37º C.

Los aceites de temple rápido son porciones de menor viscosidad y
contienen aditivos desarrollados especialmente cuyo efecto sobre las
características de enfriamiento del aceite es proveer una velocidad de enfriamiento

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más rápida. La temperatura optima que se debe mantener en un baño de temple
de aceite puede ser influenciada por los factores:

• El punto de inflamación del aceite.

• Requerimientos de limpieza.

• Control de la distorsión.

• Requerimiento de dureza.

La temperatura del aceite debe estar 65º C por debajo de su punto de
inflamación a la hora del temple, esto por razones
de seguridad los aceites de temple deben
mantener la característica de no manchar la
superficie de las piezas.

o TEMPLE AL AIRE: Todavía un enfriamiento mas moderado del que efectúa un
aceite espeso (viscoso) es el aire. En lo referente a la templabilidad se hablo
que algunos aceros altamente aleados tienen tan pequeño el limite superior de
velocidad de enfriamiento que la martensita se forma durante un enfriamiento
lento, durante el enfriamiento es necesario ya sea el aire calmado o corriente de
aire que puede ser suministrado por un ventilador o por compresores. En
ciertos casos el chorro de aire se dirige con aditamentos en forma de
regaderas o tubería perforada, etc. El aire al igual que los otros medios para
mejorar efectividad debe de cubrir uniformemente toda la pieza.


• Revenido: Reduce las tensiones internas de la pieza originadas por el temple. Reduce
la fragilidad, disminuyendo ligeramente la dureza. Se calienta entre 150-500ºC.
El enfriamiento es al aire o en aceite. El calentamiento es en horno de sales. En esta
fase la martensita expulsa el exceso de carbono.

• Cementación: Tratamiento térmico con el cual se aporta carbono a la superficie de
una pieza de acero mediante difusión, modificando su composición, es utilizado
para conservar las cualidades del acero que se le dan con el templado y revenido.
Consiste en recubrir las partes a cementar de una materia rica en carbono llamada
cementante y someterla durante varias horas a altas temperaturas (1000ºC). El
enfriamiento es lento y se hace necesario un tratamiento térmico posterior.

• Nitruración: Es un tratamiento termoquímico, dado que se modifica la composición del
acero incorporando nitrógeno, dentro del proceso de tratamiento térmico. Proporciona
dureza superficial a las piezas, por absorción de nitrógeno mediante el calentamiento
en una atmósfera de nitrógeno.

CARACTERÍSTICAS Y USOS

Acero para piezas de maquinaria de uso general que deban ser templadas y revenidas como:
flechas de transmisión y engranes, asimismo piezas y flechas que por su tamaño no puedan
templarse, este acero es nitrurable para alcanzar altas durezas superficiales,
recomendable para herramientas de equipos para vaciado de aleaciones de estaño, plomo y
zinc.

Este material puede ser suministrado en estado recocido o tratado, recocido con una dureza
aproximadamente de 180 – 217 Brinell, tratado de 300 –320 Brinell, este último con una

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resistencia de 95 kg/mm2 especial para ser usado en piezas que deban soportar mucha fatiga y
sin necesidad de someter a ningún tratamiento.

Tratamiento Térmico

PARA ºC ºF

Forjar 850 – 1050 1560 - 1920

Recocer: 650 - 700 1200 – 1290

Templar: 830 - 850 1525 – 1560 enfriar en el horno

Revenir: 530 - 670 986 - 1238 al aceite

CLASIFICACION DE LOS ACEROS.
NORMAS Y CLASIFICACIONES AISI Y SAE

Las especificaciones para los aceros representan los resultados del esfuerzo
conjunto de la American Iron And Steel Institute (AISI) y la Society Of Automotive Engineers
(SAE) en un programa de simplificación destinado a lograr mayor eficiencia para satisfacer las
necesidades de acero en la industria.

Para cada acero se utiliza un número formado por cuatro o cinco dígitos, el primero de los
dígitos indica el grupo a que pertenece el acero, así por ejemplo tenemos que:

1. Indica un acero al carbono.

2. Un acero al níquel.

3. Un acero al cromo – níquel, etc.

En el caso de los aceros de aleación simple, el segundo digito implica el porcentaje aproximado
del elemento predominante en la aleación, los dos o tres últimos dígitos indican el contenido de
carbono.

Así una designación 9840 típica de un acero tiene el siguiente significado:

98: aceros al alto Ni-Cr-Mo 0.85-1.15 % Ni, 0.70-0.90 %Cr, 0.20-0.30 % Mo

40: 40 puntos de Carbono, 0.38-0.43 % C

Para efecto de practicidad hemos incluido algunas especificaciones de acero aleado
representativo.

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NUM AISI %C %Mn %Ni %Cr %Mo NUM SAE TIPO

E9310 0.08-0.13 0.45-0.65 3-3.50 1.00-1.40 0.08-0.15 9310 aceros al alto

9840 0.38-0.43 0.70-0.90 0.85-1.15 0.70-0.90 0.20-0.30 9840 Cr-Ni-Mo

9850 0.48-0.53 0.70-0.90 0.85-1.15 0.70-0.90 0.20-0.30 9850

EFECTOS DE ESTOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN LOS ACEROS
NIQUEL

Es el mas común de todos los elementos aleantes, es agregado para el propósito de
aumentar el esfuerzo, la ductibilidad, respondiendo al tratamiento térmico, las cantidades
usadas generalmente son 1 a 5 % en aceros con alto contenido de Ni (15%) dan ciertos tipos de
aceros inoxidables.

Las adiciones del 40% se producen aleaciones para resistir las altas temperaturas. En
aceros tratados térmicamente, el Ni aumenta la resistencia y la ductibilidad, las aleaciones de
acero al Ni tienen gran resistencia al impacto en bajas temperaturas, además de que este
elemento es un restabilizador de la austenita.

En combinación en el cromo, el níquel produce aceros aleados con gran templabilidad,
alta resistencia al impacto y la fatiga, además con elevada proporcionalidad elástica.

CROMO

La adición de cromo al acero corresponde al tratamiento térmico, aumentando la dureza y
profundidad de penetración dando resistencia a la abrasión y al desgaste.

El cromo es el más grande elemento de aleación en aceros inoxidables y resistentes al
calor y en estos la cantidad usada de cromo será desde 5 a 40%. Cuando en la composición del
acero se encuentra presente alto contenido de cromo y se desea efectuar un temple, es
necesario tomar en cuenta que debe mantenerse a temperatura de temple al tiempo requerido
para disolver los carburos de cromo que son los que endurecen al material.

Es usado con el níquel para dar ductibilidad al acero teniendo optimas propiedades
mecánicas.

Tiene buenas características de corte y además es usado ampliamente en aceros para
herramientas en cantidades desde 0.25% a 12%.

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MOLIBDENO

El molibdeno aumenta considerablemente la profundidad de capa de dureza y también
aumenta la elasticidad en los aceros que han sido sometidos al tratamiento térmico, los aceros al
molibdeno en condiciones de temple requieren una alta temperatura de revenido para obtener el
mismo grado de suavidad comparado con los aceros al carbono o aleados.

El molibdeno ayuda al acero a retener el esfuerzo a altas temperaturas y es una
importante medida de seguridad a los altos esfuerzos de desgaste.

El efecto de la aleación de molibdeno es muy pronunciado y por lo tanto se agrega en
cantidades pequeñas y generalmente en combinación con otros elementos aleantes en
contenidos de 0.15 a 0.30% de molibdeno muestran susceptibilidad a la fractura durante el
revenido.

AJUSTES/ SEGURIDAD/ INSTALACION

Equipo de protección personal:

Pinzas: Instrumento metálico de dos ramas generalmente que
se emplea para coger, sujetar, atraer o comprimir. Cuando son
muy robustas se denominan también fórceps. Son de gran
ayuda para no tener contacto con las altas temperaturas
generadas por el horno.

Traje de asbesto: es un traje formado por pantalón, chaquetón y
guantes hechos a base de asbesto.

Nos ayuda a mantener el cuerpo a su temperatura normal y evitar
cualquier daño producido por las altas temperaturas.

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Zapatos de uso industrial: preferentemente con casquillo y suela antiderrapante, es posible
que no se sujete bien la pieza y esta caiga y golpee los pies de la persona que realiza el
tratamiento y al mismo tiempo se usan materiales como el aceite de temple, que fuera de su
lugar puede ocasionar un accidente.

Guantes de asbesto: Los guantes, mitones, manoplas se impone usarse en operaciones que
involucre manejo de material caliente. Los elaborados en telas metálicas son aquellos que se
usan en trabajos como soldadura en grandes cantidades y en trabajo de manejo de metales en
estado de fundición. Además de usar los demás dispositivos de protección personal.

Protección de cara y ojos: Capuchones, esta realizado de material especial de acuerdo al
uso, por medio del cual se coloca una ventana en la parte delantera, la cual le permite observar
a través de dicha ventana transparente lo que esta haciendo, el empleo de este tipo de
capuchones se usa en operaciones donde intervengan el manejo de productos químicos
altamente cáusticos, exposición a elevadas temperaturas, etc.

1) DESCRIPCIÓN DE FUNCIÓN DE CADA PARTE


La imagen anterior nos muestra la parte en la que se enciende el horno; cuenta con un botón el
cual se debe poner hacia arriba para encenderlo después de ello es necesario mover la palanca
de la parte izquierda hacia la izquierda donde dice controlar la segunda palanca se mueve hacia
donde este el nombre del horno, en la parte superior donde se muestra una escala de
temperaturas se tiene un botón que también debemos mover para encenderlo y por ultimo se
mueve otro botón la flecha que esta en la parte inferior de la escala de color verde a la
temperatura que se desea obtener.

En esta imagen podemos apreciar que se cuenta con una puerta en la parte posterior del horno
la cual se abre hacia arriba bajo presión de aire, es una puerta que se mantiene
herméticamente cerrada cuando no se trabaja o cuando se pretende calentar algún material, en
la parte lateral derecha se encuentra un pedal con el cual es posible manejar la puerta, es decir,
abrirla y cerrarla; cuando el pedal se presiona al frente la puerta abre y cuando es presionado
para atrás se cierra la puerta. Cuenta con un orificio la puerta por el cual se puede apreciar lo
que se mantiene en el interior. En la parte posterior-superior se encuentra una llave que permite
el paso del aire que se requiere para abrir la puerta o cerrarla, esta llave es alimentada por un
compresor que se cuenta en el taller.

En el techo se ubica un agujero por donde salen los gases de la cámara.

En esta lustración se aprecia el interior del horno el cual esta construido con materiales
refractarios.

Las paredes de la misma están hechas de placas de chamota, planchas de carborundo y/o
manta de material aislante. Cuando se carga la mufla los objetos se estiban por medio de
planchas de chamota o de acero especial para hornos cerámicos y tubos de arcilla de chamota
cocidos.

En este interior que apreciamos se coloca el material que se trabajara, por la misma
temperatura con la que se cuenta este interior se encuentra al rojo vivo.

OPERACIÓN DE EQUIPO

Se ejemplificara con una práctica el funcionamiento del horno.

Practica:


OBJETIVOS

• El alumno aplicara sus conocimientos teóricos en el horno de resistencia eléctrica del
ITQ (Mufla) al llevar a cabo una practica en el acero SAE 9840

• Comprobara la teoría ya estudiada de las características y procedimientos de
tratamientos térmicos, para dicho acero.

• Será capaz de diseñar un sistema de práctica similar, para cualquier otro acero al que
desee dar algún Tratamiento térmico.

Maquinaria y equipo:

- Horno eléctrico tipo Mufla.

- Durómetro.

- Compresor para alimentación de instalación neumática.

- Tina de aceite.

- Tina de agua.

- Contenedores de agua y solución de agua.

- Medios de temple: Aceite de temple, agua, solución salina de agua, cal, placa metálica
para enfriamiento al aire.

- Equipo de protección personal (traje de asbesto).

- Equipo de protección complementario (zapatos de seguridad, guantes de
asbesto o carnaza).

- Pinzas de sujeción

ANTECEDENTES

Dada la investigación y desarrollo previo, tenemos los datos adecuados para llevar a cabo la
práctica. Estos son:

ACERO A EMPLEAR: SAE 9840

DEFINICION: Acero grado maquinaria al Cromo-Níquel-Molibdeno de buen rendimiento. Sus
elementos de aleación debidamente balanceados lo hacen de buena resistencia a la fatiga.
Acero para piezas de maquinaria de uso general que deban ser templadas y revenidas como:
flechas de transmisión y engranes, asimismo piezas y flechas que por su tamaño no puedan
templarse, este acero es nitrurable para alcanzar altas durezas superficiales,
recomendable para herramientas de equipos para vaciado de aleaciones de estaño, plomo y
zinc.

Este material puede ser suministrado en estado recocido o tratado, recocido con una dureza
aproximadamente de 180 – 217 Brinell, tratado de 300 –320 Brinell, este último con una

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resistencia de 95 kg/mm2 especial para ser usado en piezas que deban soportar mucha
fatiga y sin necesidad de someter a ningún tratamiento.

TRATAMIENTOS TERMICOS RECOMENDADOS:

Revenir:

PARA ºC ºF 670 1238

850 – 1560 -

Forjar

1050 1920

650 - 1200 –

Recocer:

700 1290

830 - 1525 –

Templar:

850 1560

530 - 986 -

enfriar en

el horno

al aceite

TEMPLE

Precalentar : De 4 a 5 horas previamente.
Temple (Austenización)

830-860°C (1530-1580°F) - 1 hora por 1 pulgada de sección más 15 minutos por cada pulgada
adicional.

Enfriamiento Al aceite.

Revenir 530-670°C - Debe llevarse a cabo inmediatamente después del temple de
preferencia. Además frecuentemente se debe dar doble revenido con un tiempo de
permanencia de 2 horas en cada revenido.

1. Encender compresor.


Compresor de aire.

Para el encendido del compresor primero será necesario accionar el switch de encendido
localizado al costado izquierdo del compresor empotrado en la pared en la parte superior,
como se muestra en la (fig. 1a), enseguida se deberá abrir la válvula de salida amarilla
ubicada arriba al costado izquierdo del compresor, para habilitar la salida de aire de la
instalación (fig. 1b).

Fig.1a) Switch Fig.1b) Válvula

2. Accionar switch de energización de la instalación del horno ubicado al costado derecho
del tablero de control del horno, de modo que este en la posición mostrada en la (fig. 2).


Fig. 2 Switch de energización de tablero de control del horno.
3. Accionar brake de horno “RO” en posición “ON” (Fig. 3).

Fig. 3 Brake de horno “RO”.
4. Accionar palanca de medición en posición “medir”, (fig. 4).

Fig. 4 Palanca de medición en posición medir.


5. Accionar palanca de selección en posición “RO”, (fig. 5).

Fig. 5 Palanca de selección en posición “RO”.

6. Accionar botón de inicio en posición “ON”. (fig. 6).

Fig. 6 Botón de inicio.

7. Nivelar tornillo de ajuste para indicar la posición en la temperatura deseada, (fig. 7). Nota:
El indicador rojo mostrara la temperatura deseada y cuando el verde coincida con este
habremos alcanzado tal temperatura.

Fig. 7 Tornillo de ajuste en display análogo de temperatura.

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Se deberá encender el Horno a la temperatura adecuada para temple. En este caso 840 C. Con
una anticipación de aproximadamente 4 horas. Una vez realizado este procedimiento,
habremos encendido y preparado el horno para realizar el calentamiento del material una vez
alcanzada la temperatura deseada. Mientras tanto aprovecharemos este tiempo de
calentamiento del horno para realizar la medición del grado de dureza del material en el
laboratorio de Ing. Mecánica, utilizando el durómetro.

8. Medir dureza del trozo de acero en verde. Para realizar esta actividad se explicara el
proceso de medición de dureza empleando los componentes que implican el uso del
durómetro.

a) Conectar el cable de energía del durómetro, ubicado en la parte inferior del mismo.

Durómetro Rockwell.

b) Seleccionar la escala a emplear para la medición Rockwell o Brinell, así como para
determinar la carga a la que se expondrá la probeta (pieza de acero).

c) Una vez determinada la carga se coloca el volante de selección de cargas ubicado en
el costado derecho del durómetro en la posición determinada.

d) Colocamos la probeta sobre el Durómetro de Rockwell directamente en la base
de pruebas, (fig. (a)).

24

Fig. (a). Probeta colocada sobre durómetro. e)
Colocamos el penetrador adecuado, de punta de diamante o de esfera, fig. (b).

Fig. (b) Penetrador de punta de diamante.

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f) Aplicamos fuerza sobre la probeta
(penetrador sobre ella), girando el volante
del tornillo de ajuste, hasta que quede
apretada fig. (c).

Fig. (c) Giro de volante de tornillo de ajuste.

g) Ajustamos las agujas del Durómetro en posición cero de la escala Rockwell (lado
derecho), fig. (d).

Fig. (d) Ajuste de aguja en cero.

h) Liberamos la palanca de carga ubicada en el costado superior derecho del durómetro, en la
posición mostrada en Fig. (e).

Fig. (e) Palanca de liberación de fuerza.
i) Observamos lectura de la carátula del durómetro, fig. (f).

Fig. (g) Lectura de dureza.


j) Retiramos probeta de durómetro y liberamos palanca de fuerza en la posición inicial.

k) Apagamos el durómetro desconectándolo del cable de corriente.

Nota: Una vez que hemos obtenido la medición de dureza, lo siguiente es esperar que el horno
alcance la temperatura deseada, entonces seguimos con el procedimiento anterior.

9. El siguiente paso es abrir el horno, para lo cual se deberá abrir la válvula o llave de paso fig.
(8), para alimentar el pistón neumático que acciona la puerta del horno para abrirla y cerrarla.

Fig. 8 Válvula de alimentación.

Después esperamos unos segundos a que la presión se regule para poder abrir la puerta del
horno, entonces accionamos el switch que se encuentra en la parte lateral derecha del horno
fig. (9), para energizar la instalación de arranque para el pistón que se
encarga de abrir y cerrar la puerta del horno.

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Fig. 9 Switch.

El siguiente paso para abrir el horno es accionar el pedal que esta abajo en la parte lateral
derecha del horno (fig. 10).

Fig. 10 Pedal de accionamiento para abrir puerta de horno.

Este pedal tiene dos posiciones de accionamiento, las cuales son para abrir y cerrar el horno. En
la posición de arriba estaremos abriendo el horno y la de abajo la accionaremos para
cerrarlo.

10. Introducir la pieza: Para introducir la pieza debemos abrir el horno como ya los
explicamos en el paso anterior, es necesario tenerla lista en posición para sostenerla con las
pinzas e introducirla. fig 11. Importante es el uso del equipo de seguridad para evitar
accidentes debido al calor excesivo de l
horno.


Fig. 11 Introducción de pieza el en horno.

Se deberá de espera 1 hora. (Aproximadamente 1 hrs por cada pulgada de diámetro). Una vez
que se ha cumplido el tiempo de exposición de la pieza en el horno, el siguiente paso es sacar la
pieza.

11. Se saca una pieza del horno y se aplica el temple en aceite. Introduciendo la pieza en el
medio y agitando vigorosamente.


1Se saca una pieza del horno y
2se aplica el
. temple en agua.
Introduciendo la
pieza el medio y
e
agitando
n
vigorosamente.

DE
SP
UÉ
S
DEL
TE
MP

LE

12. Se saca una pieza del
horno y se aplica el
temple de agua con sal.
Introduciendo la pieza
en el medio y agitando
vigorosamente

DE
SP
UÉ
S
DEL
TE

MP
LE

13. Se saca una pieza del
horno y se aplica el
temple en cal. Se
introduce, se tapa
completamente y se deja
ahí hasta que se enfrié
completamente.

31

DESPUÉS DEL TEMPLE

14. Se saca una pieza del horno y se coloca en un acharola en un lugar seguro para llevar a
cabo el temple al aire libre. Ahí se deja hasta que se enfríe completamente.

Instituto Tecnológico
de Querétaro

15. Se apaga el horno y se
deja dentro de el la
pieza sobrante para
llevar a cabo el recocido
de la pieza. Verificarla
hasta que se enfrié
completamente el horno.

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Instituto Tecnológico
de Querétaro

16.Se miden nuevamente las durezas de las 6 piezas anteriores.


PIEZA DUREZA (RC)

Pieza para temple en 40

aceite

Pieza para temple en agua 40

Pieza para temple en agua 40.1

con sal

Pieza para temple al aire 38

libre

Pieza para temple en cal 37

Pieza para recocido 36.5

ESCALA EMPLEADA EN EL DUROMETRO

17. Se enciende el horno y se calienta a una temperatura de 500 C.

18. Se introduce la pieza que sufrió el temple en aceite, nuevamente al horno. Se
mantiene ahí durante 1 hora y 15 minutos (datos calculados según la información
teórica) Si la pieza tiene un diámetro de 1plg y se debe dar el revenido a 30 minutos
por 10mm, ese es el tiempo adecuado aproximadamente.


19.Se saca la pieza y
nuevamente se le aplica el
temple en aceite.

En la imagen anterior podemos observar la pieza que se obtuvo después de darle el
tratamiento de revenido, enfriándolo nuevamente en aceite.

20.Se verifica la dureza de esta pieza.

PIEZA DUREZA (RC)

Pieza para temple en

aceite después del
revenido.


MANTENIMIENTO POSIBLES
FALLAS Y SOLUCIONES EQUIPO
AUXILIAR

• Una
manill
a
girator
ia para
elevar

Durometr
el
o: sop
ort
e
rígi
do,
que
ade
má
s
per
mit
e la
apli
• Un cac
soporte ión
plano de de
acero lo la
car
ga
suficiente inic
mente ial .
duro y
rígido para
prevenir
su
deformaci
ón, el que
se
encontrará
fijado
simétrica
mente
debajo del
penetrado
r.

inc
ip
al.

• Indicador de
escala.

•

U
n
a

p
a Un indicador
l
dial de dureza,
a
el cual esta
• Tornillo n
c diseñado para
regulador de
escala,
a medir la
profundidad
l diferencial, la
permite a
lectura del dial
ajustar la t
maquina a la e corresponde a
escala r la cifra de
deseada. a dureza Rockwell
l del tipo de
ensayo
p
Rockwell
a
r realizado.
a

a
p Cada indicación
l en el dial o valor
i
de incremento
c
a
de profundidad
r del penetrador
equivale a una
l magnitud de
a 0,002 mm y
representa una
c unidad de
a
dureza. Este
r
g dispositivo
a deberá indicar la
carga con un
p error máximo de
r 1 %.

Esta máquina de ensayo permitirá la
aplicación de la carga en forma
perpendicular a la superficie de la pieza,
además de permitir la manutención de la
carga de trabajo durante el tiempo
especificado de manera constante.

Penetradores:

Para la escala B:

Se utiliza un penetrador esférico de acero
templado y de una superficie finamente
pulida. El diámetro de la esfera será de
1,588 mm ± 0,0035 mm, útil también para las
escalas F, G, T-15, T-30 y T-45.

37


Para la escala C:

Se utiliza un penetrador de forma cónica y con punta de
diamante, el ángulo en el vértice del cono será de 120º y la
terminación del cono será de forma casquete esférico, con un
radio de 0,2 mm ± 0,002 mm.

Este tipo de penetrador
se emplea también para
los ensayos en escala A
y D.


Escala Tipo Color y situación de la Campo Carga Carga
de Tipo de de

escala donde se hace la

penetrador

Rockwell ensayo lectura Validez inicial total

B Normal Rojo Dentro Bola de acero 35 a 100 10 Kp 100

de 1,588 mm HRB Kp

Cónico de

C Normal Negro Fuera Diamante 20 a 71 10 Kp 150

HRC Kp

de 120º

Tinas: Son utilizadas
para la contención del
aceite, agua, solución
salina, son de acero y
deben tener el tamaño
suficiente para ingresar las piezas.

Compresor: es un mecanismo para obtener mas aire a mayor presión que la que se
encuentra en la atmósfera, es necesario para la activación del pistón neumático.

Controles

eléctricos

Válvula de

apertura


APENDICES

CORRESPONDENCIA CON OTRAS NOMENCLATURAS

4340R 4340 SNCM 447
1018 1018 S 18 C

1045 1045 S 45 C
4340T 4340 -

1060 1060 S 58 C
5160 5160 SUP9 (A)

12L14 -
12L14
8620 8620 SNCM 220

(H)
1213 1213 SUM 22
LEVINSON AISI/SAE JIS
LEVINSON AISI/SAE JIS
4140R 4140 SCM 440
9840R 9840 -
(H)

4140T 4140 - 9840T 9840 -

4320 4320 -

40 NiCrMo 4340 -
Ck18 1018 UHB11
73

Ck45 GB4 UHB45

- 4340T -
Ck60 GB-6 760

50 Cr 3
9 SMnPb 36 12L14 - 5160 -

9 SMn 28 1213 - 27 NiCrMo EX8 8620

2 DIN CARTECH UDDELHOM
DIN CARTECH UDDELHOM
42 CrMo 4 TCM04 709
36 CrNiMo TX-10 705

- TCMO4T 709T 4

- EX-17 7210 - TX-10T 705T

40


ANALISIS QUIMICO PROMEDIO AISI/SAE (%PESO)
Dureza de entrega máxima; Brinell (Bn) / Rockwell C (Rc)

BN/R
C Si Mn Cr Ni Mo W V OTROS C

ESTOS ANALISIS PODRAN TENER PEQUNAS VARIACIONES CON
RESPECTO AL ANALISIS DE LAS OTRAS NOMENCLATURAS

1018 0.20 0.75
0.18 200 / 14

1045 0.45 0.25 0.75 206 / 15

1060 0.60 0.25 0.75 220 / 18

12L14 0.14 1.00 0.3 S/ 0.25 200 / 14

Pb

1213 0.13 0.85 0.1 P /0.28 200 / 14

max. S

4140R 0.40 0.25 0.90 0.95 0.20 230 / 20

4140T 0.40 0.25 0.90 0.95 0.20 330 / 36

4320 0.20 0.20 0.55 0.50 1.80 0.25 200 / 14

4340R 0.40 0.25 0.70 0.80 1.80 0.25 260 / 26

4340T 0.40 0.25 0.70 0.80 1.80 0.25 330 / 36

5160 0.60 0.20 0.85 0.80 220 / 18

8620 0.20 0.25 0.80 0.50 0.55 0.20 200 / 14

9840R 0.40 2.25 0.70 0.80 1.00 0.25 230 / 20

9840T 0.40 0.25 0.70 0.80 1.00 0.25 330 / 36

41


TRATAMIENTOS TERMICOS (°C)

TEMPLADO ENFRIAMIENTO REVENIDO

1018 845 cementar 925 500-600

1045 820-860 aceite/agua 300-650

1060 815-850 aceite/agua 450-660

12L14 - - -

1213 - - -

4140R 830-850 aceite 500-600

4140T - - -

4320 870-925 cementar 870-925 150-200

4340R 820-860 aceite 425-650

4340T - - -

5160 820-860 aceite 500-650

8620 - cementar 870-925 200

9840R 820-860 aceite 200-500

9840T - - -

CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES

1018 Acero no aleado de cementación para uso en partes de

maquinaria. Acero estirado en frío. Piñones, tornillos sin fin,
pernos de dirección, pernos de cadena, etc.

1045 Acero no aleado empleado en flechas y partes de maquinaria.

Adecuado para el temple superficial, flechas, piñones,
engranes, pernos, tornillos, semiejes, ejes, cigüeñales, etc.

1060 Acero para uso de construcción de maquinaria. Con adecuada

respuesta al temple, resistencia al desgaste, discos de
embrague, ejes de transmisión, portaherramientas, etc.

1214 Acero con adiciones de plomo con excelente maquinabilidad.

Empleado en tornos automáticos para alta producción (estirado

en frío). Bujes, conexiones de mangueras hidráulicas, tortillería,
etc.

1213 Acero con adiciones de fósforo y azufre, de libre maquinado
empleado en tornos automáticos para alta producción con

42


acabado estirado en frío, tortillería sin requerimientos
mecánicos, etc.

4140R Piezas que requieren elevada resistencia de tracción y alta

tenacidad, cigüeñales, engrandes de transmisión, ejes, bielas,
porta insertos, partes para bombas, etc.

4140T Acero templado y revenido para aplicaciones directas, ya con
dureza de trabajo.

4320 Acero al Cr-Ni-Mo, para piezas de dimensiones medias con

resistencia y tenacidad elevadas después de cementadas y

templadas, engranes, coronas, piñones, uniones universales,
etc.

4340R Acero al Cr-Ni-Mo, recocido de alta templabilidad adecuado

para flechas y engranes de grandes secciones donde se

requiere alta ductilidad y resistencia al choque, flechas de
transmisión, cuchillos, punzones, etc.

dureza de trabajo.

5160 Acero al Cr, con buena templabilidad y tenacidad para muelles y
resortes automotrices, ejes, engranes, etc.

8620 Acero para piezas que requieren alta dureza superficial y núcleo

tenaz mediante cementación y carbonitruración, es el de mayor

uso en la fabricación de engranes, piñones, satélites,
planetarios, etc.

9840R Acero al Cr-Ni-Mo, de fácil temple para fabricación de partes

sujetas a gran esfuerzo de fatiga, engranes, sinfines, flechas,

piñones, husillos, pernos, levas, tornillos opresores, etc.

dureza de trabajo.

43


DIAGRAMA HIERRO-CARBONO

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