3. Tratamiento térmico de temple
Tipo: endurecedor
El temple es un tratamiento térmico que consiste en calentar un
producto siderúrgico (acero), durante cierto tiempo, a una
temperatura generalmente por encima del punto crítico superior y
luego enfriarlo bruscamente en un medio líquido o gaseoso.
Características
Aplicable a aleaciones (aceros) que presenten cambios de fase
mediante calentamiento -aleaciones con al menos dos fases de baja
temperatura-.
Aumento de la solubilidad en la fase de mayor temperatura.
El enfriamiento debe permitir la obtención de fases de no
equilibrio.
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6. Objetivos del temple
Con el temple se persiguen distintos objetivos entre los que se
encuentra obtener la estructura martensítica que modifica las distintas
propiedades del producto siderúrgico de las siguientes formas:
Propiedades físicas
Densidad: los aceros (también las fundiciones) aumentan de volumen
por acción de este tratamiento.
Resistividad: la resistencia eléctrica del acero aumenta.
Magnetismo: la intensidad magnética del acero disminuye.
Sonoridad: la sonoridad del acero disminuye.
Propiedades mecánicas
Aumentan: la tensión de rotura por tracción, el límite elástico y la
dureza.
Disminuyen: el alargamiento, la estricción y la resiliencia. 6
7. Propiedades químicas
Aumenta la resistencia al ataque químico de ciertos ácidos con
respecto a la que poseen en estado no templado.
Factores del temple
Los factores que tienen relación directa con el temple son:
Composición química y estado estructural del acero antes del temple
Temperatura del temple
Tiempo de calentamiento
Velocidad de enfriamiento
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8. Tipos de temple
Según la temperatura de calentamiento
Temple completo
Temple incompleto
Según el modo de enfriamiento
Temple en un solo medio
Temple interrumpido
Temple escalonado
Según la sección de la pieza (masa)
Temple volumétrico 8
Temple superficial
12. C<0.6%→cintas de diferentes pero limitadas orientaciones.
Estructura muy distorsionada y con muchas dislocaciones
1.0%<C→láminas de distintos tamaños y con estructura fina de
placas paralelas. Normalmente rodeadas de austenita
0.6%<C<1.0%→mezcla de cintas y láminas
13. Configuración de la martensita
Composición = Composición
Las posiciones relativas de los
Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita) átomos no se modifican
Conforme aumenta el porcentaje de
carbono, más sitios intersticiales se
llenan con átomos de carbono
BCC haciéndose la estructura tetragonal de
la martensita más pronunciada:
FCC
BCT
14. Temple superficial del acero
Las capas superficiales de la pieza se calientan rápidamente a
temperaturas superiores a las criticas (obtener γ), seguidas de
un enfriamiento también muy rápido, de manera que sólo
estas capas logren transformarse en martensita. Así se
consigue que el núcleo de la pieza quede blando y tenaz y por
el contrario, la superficie exterior queda dura y resistente.
Este tipo de temple es empleado para endurecer superficies de
piezas de gran tamaño, como por ejemplo: bancadas de
máquinas, guías de carros deslizantes, etc.
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16. Temple superficial del
acero
Temple a la llama
Temple por inducción
Características
Permiten la realización del temple en regiones localizadas
Aumenta la resistencia al desgaste superficial
Aumento de la resistencia a la fatiga en piezas solicitadas a
esfuerzos cíclicos
Disminución de distorsiones
Permiten repetición de resultados
Permiten tratar piezas de grandes dimensiones (masa)
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17. Temple a la llama
La capa superficial de la pieza se calienta con la llama de un
soplete de oxiacetileno hasta la temperatura de temple y se
enfría con un chorro de agua.
Profundidad de temple: 0,8 mm hasta 6,4 ó más.
Métodos
Estacionario: piezas pequeñas, obtención de pequeñas
profundidades superficiales –levas, palancas, cuchillos-
Progresivo: piezas de máquinas –ejes, pines, engranajes,
tornillos-
Giratorio: piezas circulares-ejes cortos, ruedas, engranajes-
Progresivo giratorio: piezas largas y circulares
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18. Temple por inducción
El calentamiento se produce por inducción electromagnética o
inducción de corrientes eléctricas parásitas en el material por
calentar. Las corrientes parásitas disipan energía y originan el
calentamiento .
Profundidad: 0,5 a 15 mm
Componentes
Bobina de inducción
Fuente de energía de corriente alterna
Pieza
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19. ρ:resistividad eléctrica Ω-cm
ρ µ: permeabilidad magnética
δ = 5030 δ: profundidad cm
µf f: frecuencia Hz
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Bobinas para calentamiento por inducción
20. Otros métodos de temple
Austempering
Martempering
Austempering
Tiene por objetivo la obtención en la pieza de una estructura
completamente bainítica.
Este procedimiento tiene la ventaja de presentar las tensiones ,
deformaciones y grietas que presenta el temple en medios
severos (aceros 0,5 a 1,5 %C).
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22. Martempering
Su objetivo es la obtención de martensita sin riesgos de
tensiones, deformaciones o grietas en la pieza.
Modificación en el procedimiento de enfriamiento del acero
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23. Tratamiento térmico de Revenido
Un acero cuya estructura martensítica esté recién formada es muy dura y al
mismo tiempo es muy frágil. Su fragilidad es en parte debido a las
propiedades intrínsecas de la martensita y en parte a los esfuerzos
internos
que acompañan a la transformación martensítica.
Al hacer un tratamiento térmico de revenido al acero previamente templado
a temperaturas por debajo de A1, se aumenta su ductilidad con un
descenso de su dureza.
Transformación de las estructuras
Las propiedades mecánicas obtenidas después de un revenido dependen de
las transformaciones de los constituyentes obtenidos en el temple.
La ferrita, a perlita y la bainita que están relativamente próximas del estado
de equilibrio prácticamente no se alteran.
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25. La martensita y la austenita residual, estructuras fuera del
equilibrio, van a transformarse, siendo responsables por las
alteraciones significativas en las propiedades mecánicas.
Etapas del revenido
Entre 100 y 2000C
Conservar la mayor dureza posible
La martensita cambia de tetragonal a cúbica
Precipitación de carburo épsilon.
La martensita se queda con el 25% del carbono
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26. Entre 230 y 3700C
Transformación de la austenita residual en bainita inferior
Pérdida de la tenacidad en el acero –fragilidad de revenido-
Entre 370 y 6750C
Precipitación de cementíta
Fragilidad Krupp
Endurecimiento secundario (precipitación de carburos
aleados)
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31. Tratamiento criogénico (sub-cero)
Tratamiento posterior al temple que se realiza a fin de transformar
la austenita retenida a martensita.
Normalmente se realiza a nivel industrial a - 80 ºC, aunque algunos
procesos utilizan temperaturas inferiores del orden de los -190 oC,
los principales beneficios se obtienen en el rango de los - 80 oC,
haciendo que el proceso adecuado en términos costo/beneficio.
Posteriormente al tratamiento en frío, se realizan los revenidos
para transformar la martensita formada tanto en el temple como
en el criogenizado.
Su aplicación implica riesgos para algunas herramientas de forma
complicada, ya que se inducen fuertes tensiones térmicas que
pueden ocasionar la ruptura de la pieza.
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32. Defectos en el temple
Deformaciones
Orígenes :
Tensiones internas localmente arriba del limite elasticidad del
material
Tensiones residuales presentes antes del tratamiento
Tensiones de transformación metalúrgica
Tensiones térmicas
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33. Causas :
Maquinado anterior provocando tensiones internas
muy altas
Posicionamiento de las piezas en la carga de
tratamiento térmico
Problemas al cruzar las temperaturas críticas
Gradientes térmicos provocados por :
Piezas masivas
Diferencias de sección importantes
Variación muy rápida de temperatura
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34. Soluciones :
Tratamiento de relevado de esfuerzos antes del temple
Buena colocación de las piezas en la carga de
tratamiento térmico
Cruzar lentamente las temperaturas críticas
Disminución de los gradientes térmicos
*En algunos casos el defecto es irreparable
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36. Cambios de volumen
Orígenes :
Modificaciones de la microestructura debidas a los tratamientos
térmicos (diferencias de densidades antes y después del
tratamiento)
Causas :
Ciclo de tratamiento térmico
Tipo de acero
Soluciones :
Utilizar gráficas de cambio de volumen por acero para dejar
sobreespesor para mecanizar una vez que ha revenido.
Cambiar de acero
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37. Defecto Causa Forma de Solución
detección
Baja dureza Baja velocidad de Ensayo de dureza Repetir el TT
enfriamiento
Temperatura de
sostenimiento
inadecuada
Puntos blandos Enfriamiento Ensayo de dureza Repetir el TT
inadecuado
Contaminación del acero
con escorias
Contacto entre piezas
Grietas Tensiones causadas por Inspección Es irreparable
calentamientos o visual Medios preventivos
enfriamientos END Temple escalonado
inadecuados Evitar ángulos
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agudos y cambios de
sección grandes
38. Defecto Causa Forma de Solución
detección
Fragilidad Alta Ensayo de Repetir TT
Estructura temperatura de impacto(inspecció
granular gruesa sostenimiento n visual de la
Sostenimiento fractura)
prolongado
Oxidación y Atmosfera Inspección visual Usar medios
descarburación oxidante o carburantes
descarburante (carbón,
limadura de
hierro).
Atmósfera
controlada
Mecanizar
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39. » SMITH, William F. Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales, 3 Ed. Mc
Graw –Hill, 1998.
» ASKELAND, Donald R. Ciencia e ingeniería de los materiales. 3 Ed. International
Thomson, 1998.
» CALLISTER, William D, Jr. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los materiales,
Mc Graw Hill.
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Ed. U de A, 1992.
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» AVNER, Sydney. Introducción a la metalurgia física. 2 Ed. Mc Graw-Hill. 1988
»
» PERO-SANZ ELORZ. José Antonio. Aceros, metalurgia física, selección y diseño.1 Ed.
Dossat, 2004.
» www.jjjtrain.com/vms/library.html
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