Tratamiento de metales

1. Tema 4. Tratamiento de metales

2. 1. TRATAMIENTOS DE LOS
METALES
Los metales se pueden someter a una serie de tratamientos para
potenciar sus propiedades: Dureza, resistencia mecánica, plasticidad
para facilitar su conformado,...
Existen cuatro clases de tratamientos:
● Tratamientos térmicos. El metal es sometido a procesos térmicos en
los que no varía su composición química, aunque sí su estructura.
● Tratamientos termoquímicos. Los metales se someten a
enfriamientos y calentamientos, pero además se modifica la
composición química de su superficie exterior.
● Tratamientos mecánicos. Se mejoran las características de los
metales mediante deformación mecánica, con o sin calor.
● Tratamientos superficiales. Se mejora la superficie de los
metales sin variar su composición química másica.

3. 2. Tratamientos térmicos del acero
● Los tratamientos térmicos son procesos
donde se varia la temperatura para
modificar la microestructura y constitución de
los metales y aleaciones.
● El objetivo de estos tratamientos es mejorar
las propiedades mecánicas, de forma que
a veces interesa mejorar la dureza y
resistencia, y otras la ductilidad o
plasticidad para facilitar su conformación

4. 2.1Curvas TTT
● Las curvas TTT (transformación-tiempo-temperatura) o
curvas S de Bain relacionan el tiempo y la temperatura
requeridos para una transformación isotérmica. Se basan
en calentar las probetas e introducirlas después en
hornos isotérmicos, mantenidos a diferentes
temperaturas, con lo cual sufrirían un enfriamiento
instantáneo. Después se anotan los tiempos necesarios
( aparición del primer nucleo de perlita y la desapación de
todo rasgo de austenita) y se llevan a un diagrama en
cuyo eje de ordenadas se representan las
temperaturas de los hornos isotérmicos, y el de abcisas
los tiempos de transformación (generalmente en escala
logarítmica).

5. Acero Eutectoide

7. Velocidad clítica de templado

8. 2.2 La importancia de la velocidad
de enfriamiento
● Para conseguir que un acero eutectoide se quede como
perlita es necesario que transcurran muchas horas para
que se desplacen los átomos de las redes y la cementita y
la ferrita acaben formando las consabidas capas
alternadas.
● Cuando la austenita se enfría más rápidamente se obtiene
un material similar a la perlita pero con una
microestructura menos definida, que se llama bainita.
Cuando el enfriamiento de la austenita es muy rápido, el
carbono disuelto no tiene tiempo de salir de la red y la
estructura se queda "congelada"; al material resultante se
le denomina martensita, que tiene una gran resistencia
mecánica y una elevada tenacidad. Este proceso de
congelación se llama temple o templado.

9. 2.2 La importancia de la velocidad
de enfriamiento
● Para conseguir que un acero eutectoide se quede como
perlita es necesario que transcurran muchas horas para
que se desplacen los átomos de las redes y la cementita y
la ferrita acaben formando las consabidas capas
alternadas.
● Cuando la austenita se enfría más rápidamente se obtiene
un material similar a la perlita pero con una
microestructura menos definida, que se llama bainita.
Cuando el enfriamiento de la austenita es muy rápido, el
carbono disuelto no tiene tiempo de salir de la red y la
estructura se queda "congelada"; al material resultante se
le denomina martensita, que tiene una gran resistencia
mecánica y una elevada tenacidad, peromenor que la
perlita y la bainita. Este proceso de congelación se llama
temple o templado.

10. 2.3 Perlita, Bainita y Martensita
● Perlita y Martensita ( estudiar en el tema anterior).
● Bainita: Se produce por una transformación isotérmica de la
austenita . Esta constitudo por ferrita y cementita , como la
perlita , pero con una microestructura diferente
● La transformación bainítica también depende del tiempo y de la
temperatura y se puede representar en un diagrama de
transformación isotérmica , a temperaturas inferiores a las de
formación de la perlita. En los tratamientos isotérmicos
realizados entre 540º-727 °C, se forma perlita y entre 215-540
°C, el producto de transición es la bainita. Las transformaciones
perlítica y bainítica compiten entre sí y sólo una parte de una
aleación se puede transformar en perlita o en bainita. La
transformación en otro microconstituyente sólo es posible
volviendo a calentar hasta formar austenita.

11. 2.4 El temple
● El temple es un tratamiento térmico al que se somete al acero,
concretamente a piezas o masas metálicas ya conformadas en
el mecanizado, para aumentar su dureza y resistencia
(aumenta fragilidad y disminuye tenacidad). Se usa para la
obtención de aceros martensíticos.
● La martensita es, tras la cementita, el constituyente más duro
de los aceros.
● El proceso se lleva a cabo calentando el acero a una
temperatura aproximada de 915°C (ente 725ºC y 1000 ºC),
en el cual la ferrita se convierte en austenita, después la
masa metálica es Enfriado rápidamente, sumergiéndola o
rociándola en agua, en aceite o en otros fluidos o sales.
● Los tipos de temples se veran más adelante.

12. 2.5 Recocido
Recocido del acero: El recocido es el
tratamiento térmico que, en general, tiene
como finalidad principal el ablandar el acero,
aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad.
● Suele emplearse para eliminar les tensiones
del temple o eliminar las tensiones internas que
siguen a un trabajo en frío
Consiste en calentar un material por encima
de las temperaturas de transformación a la
fase austenítica , mantenerlo durante un tiempo
previsto y luego enfriar lentamento. (perlita)

13. 2.6 Normalizado
Se realiza calentando el acero a una temperatura unos
50ºC –80ºC por encima de la temperatura de
austenización y una vez austenizado (la ferrita se
convierte en austerita) se deja enfriar al aire. La
velocidad de enfriamiento es más lenta que en el temple
y más rápida que en recocido. (perlita de grano fino)
● Con este tratamiento se consigue afinar y
homogeneizar la estructura. Se obtienen
estructuras más resistentes y duras que con el
recocido. Este tratamiento es típico de los aceros al
carbono de construcción de 0.15% a 0.60% de
carbono.

14. 2.7 Revenido
Es un tratamiento que sigue al temple para evitar
las tensiones ocasionales y la fragilidad .
● Consiste en calentar por debajo de 723ªC (sin
llegar a austerita) para que la martensita se
transforme en una estructura más estable. Se
hace luego un enfriamiento al aire
(relativamente rápido)
● Se suele llamar acero bonificado, a aquel que a
sufrido de forma inmediata , después del
temple el revenido.

16. 2.8 Tipos de temple
● Hay varios tipos per nos vamos a centrar en dos de ellos.
● Temple (Martempering): consiste en calentar el acero a
temperatura de austenización y mantenerlo el tiempo necesario
para que se transforme completamente en austenita.
Posteriormente se enfría en un baño de sales bruscamente
hasta una temperatura próxima pero superior a Ms, con el fin
de homogeneizar la temperatura en toda la masa y se acaba
reduciendo la temperatura p ara que toda la pieza se transforme en
martensita.
● Temple (Austempering) :consiste en calentar el acero a
temperatura de austenización y mantenerlo el tiempo necesario
para obtener austenita. Posteriormente se enfría bruscamente en
un baño de sales hasta una temperatura determinada, para
igualar la temperatura en toda la masa y luego se vuelve a disminuir
la temperatura para que toda la pieza se transforme en bainita.

18. 2.9 El temple superficial
Temple superficial.- el núcleo de la pieza
permanece inalterable, blando y con buena
tenacidad, y la superficie se transforma en dura y
resistente al rozamiento. Con el temple superficial
se consigue que solamente la zona más exterior
se transforme en martensita.
– Se calienta la superficie con la llama de un soplete,
hasta llegar a la temperatura de austenización y
luego se enfría rapidamente.

19. 3.Tratamientos termoquímicos
● Son tratamientos que varían la composición química superficial de
los aceros mediante la adición de otros elementos y con aporte de
calor, con objeto de mejorar sus propiedades superficiales.
● Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento
controlados en atmósferas especiales. Los objetivos que se
persiguen mediante estos procesos son variados, pero entre ellos
podemos destacar:
– Mejorar la dureza superficial de las piezas, sin disminuir la
tenacidad del núcleo.
– Aumentar la resistencia al desgaste aumentando el poder
lubrificante.
– Aumentar la resistencia a la fatiga y/o la corrosión, sin modificar
otras propiedades esenciales tales como ductilidad.

20. Aplicaciones:
- Cementación: en aceros con bajo contenido en carbono para obtener piezas resistentes
al desgaste y los golpes (gran dureza superficial pero que conserven gran tenacidad)-por
ejemplo ejes y levas.
- Nitruración: en piezas sometidas a gran desgaste y resistente a la fatiga y la corrosión-
por ejemplo pistones, cigüeñales,....
- Cianuración: también para aceros con medio y alto contenido en carbono, para mejorar
su resistencia y dureza superficial.
- Sulfinización: para mejorar la resistencia la desgaste al favorecer la lubricación y reducir
el rozamiento. (Partes de herramientas sometidas a rozamiento).

22. 4.Tratamientos mecánicos
Se trata de modificar la forma de un elemento metálico por
deformación plástica, aplicando al material una fuerza externa
superior al límite elástico del material. El conformado se puede
realizar en frío o en caliente.
CONFORMADO EN CALIENTE CONFORMADO EN FRÍO
Se generan grandes
deformaciones con menor aporte
energético.
Mal acabado superficial (suelen
sufrir oxidación)
Mejora de las propiedades
mecánicas (aumenta resistencia y
reduce ductilidad).
Mejor acabado superficial

23. Las técnicas de conformado más comunes son:
● Forja: conformado de una pieza golpeándola
fuertemente. La forja contribuye a la eliminación de
irregularidades en la pieza y al afino del grano.
● Laminación: consiste en pasar una preforma metálica
entre dos rodillos, reduciendo el espesor de la pieza.
● Extrusión: empleado para fabricar elementos
tubulares que deben pasar por un orificio más
estrecho aplicando una fuerza de compresión
mediante un émbolo.
● Trefilado: empleado para fabricar alambres o piezas
de pequeño diámetro, aplicando una fuerza de
tracción a una pieza sujeta con mordazas.

24. 5.TRATAMIENTOS
SUPERFICIALES
● Los utilizados para mejorar la resistencia a la oxidación y
corrosión de los aceros.
– Orgánicos: mediante la aplicación de pinturas, lacas y otras
sustancias polímeras.
– Metálicos: realizados mediante diferentes procedimientos:
● Electrolisis: la pieza que se pretende recubrir se coloca
como cátodo, como ánodo el metal a recubrir y de
electrolito una disolución de sus iones. Se utiliza para el
aluminio, magnesio y titanio, principalmente.
● Mediante inmersión de la pieza a tratar en un baño del
metal a recubrir fundido. Los más empleados son el
estaño, el cinc, el aluminio y el plomo.
● Metalización: proyección del metal fundido
pulverizándolo sobre la superficie del otro.

25. ● Algunos de los recubrimientos más empleados son:
- Cromado: recubrimiento de la superficie del acero
con cromo mediante electrolisis o por difusión.
- Galvanizado: acero recubierto de una pequeña capa
de cinc, mediante un baño de cinc fundido o por
electrolisis.
- Estañado u hojalata, sustituido actualmente por la
aluminización: acero recubierto de una capa de
estaño (o aluminio), normalmente mediante inmersión
en un baño de estaño fundido.
5.1Tratamientos metálicos
superficiales del acero

26. Galvanizado

27. Cromado