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Resumen
En la prctica de tratamiento trmico de temple se sometieron las probetas a un procedimiento a
alta temperatura, aproximadamente de 800C, cuyo proceso tuvo una duracin de 30 minutos,
con el fin de transformar las propiedades de los metales, luego de culminarse el tiempo, se
procedi a extraer dichas probetas, las cuales una parte fue enfriada rpidamente en agua y otraen aceite, prximamente se procedi a devastar la probeta, con las lijas numero 300, 400 y 600, en
ese mismo orden, siguiendo el procedimiento aprendido en la prctica pasada, con el fin de
observar los cambios micro estructurales que sufri el acero 1020, se mido la dureza del acero
despus del tratamiento, con el durmetro universal, y luego procedimos a darle el devastado
final a la pieza, con la pulidora automtica, y seguidamente a observar la micro estructura, por
medio del microscopio metalografico.
Marco Terico
El Tratamiento Trmico De temple
Es un proceso de calentamiento seguido de un enfriamiento generalmente rpido para conseguir
dureza y resistencia mecnica del acero, Se realiza a temperaturas muy elevadas, de unos 1,250 C
cercanas a la del punto de fusin. Se enfra rpidamente para evitar impurezas, El medio de
enfriamiento ms adecuado son: aire aceite, agua, bao de plomo, bao de mercurio y bao de
sales fundidas.
El templar a un acero no se refiere que obtendr la mxima dureza que pueda lograr sino tambin
depende del contenido del carbn que tengala pieza.
Temple de precipitacin:
Este se utiliza principalmente en la aleaciones de aluminio, manganeso y cobre la dureza que
obtiene es por medio de un compuesto qumico que pone en tensin los cristales y los endurece,
este va obteniendo la dureza mediante se en fra por la precipitacin (aceleracin) qumico.
Se genera a travs de una sustancia ejemplo la cabeza de un cincel se hace con una sustancia que
lo hace ms resistente a golpes. El endurecimiento de esta tipo de material se va logrando con la
precipitacin de la sustancia.
Temple de martensitico:
Este se aplica en los aceros debe su nombre al duro obtenido en este temple que es el martensita
que consta de hierro alfa sobresaturado de carbono este distorsiona los cristales del hierro alfa y
los pone en tensin por eso los endurece.
El termino martensita se debe a que esta sobresaturado de carbn
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Tratamiento Temperatura C Medio de Enfriamiento
Forja 900/1200 Arena seca / Aire
Normalizado 870/930 Aire
Recocido 860/890 Horno / Aire
Cementacin 900/925 Horno / Aceite
Temple capa cementada 840/870 Aceite
Revenido capa cementada 150/200 Aire
Las propiedades mecnicas de las aleaciones de un mismo metal, y en particular de los aceros,
residen en la composicin qumica de la aleacin que la forma y el tipo de tratamiento trmico a
los que se les somete. Los tratamientos trmicos modifican la estructura cristalina que forman los
aceros sin variar la composicin qumica de losmismos. Por lo tanto las diferentes estructuras degrano pueden ser modificadas, obteniendo as aceros con nuevas propiedades mecnicas, pero
siempre manteniendo la composicin qumica. Estas propiedades varan de acuerdo al tratamiento
que se le d al acero dependiendo de la temperatura hasta la cual se lo caliente y de cmo se
enfra el mismo. La forma que tendr el grano y el micro constituyentes que compondrn al acero,
sabiendo la composicin qumica del mismo.
Factores de Importancia en un Tratamiento Trmico.
Es uno de los pasos principales para que pueda alcanzar las propiedades mecnicas para
las cuales esta creado.
La clave de los tratamientos trmicos consiste en las reacciones que se producen en el
material, tanto en los aceros como en las aleaciones no frreas, y ocurren durante el proceso de
calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecido.
A travs de los Tratamientos se modifican la constitucin del acero, variando el estado en
el que se encuentra el carbono, y el estado alotrpico del hierro.
Se modifica la estructura, variando el tamao de grano y el reparto de los constituyentes.
El estado mecnico queda afectado por las tensiones a las cuales son sometidos los
materiales luego de algunos TT, principalmente despus de un temple.
El Producto Slido se expone parcial o totalmente a ciclos Trmicos segn lo amerite la
ocasin.
Por medio de Tratamientos Termoqumicos se pueden alterar laspropiedades qumicas del
material esencialmente del acero.
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Deben ser tomadas en cuenta tanto la temperatura de enfriamiento como la de
calentamiento y de igual forma los medios en lo que se efecten los tratamientos como tales.
Otros factores que deben ser Considerados son: La composicin del Material, La Velocidad
de Calentamiento, duracin del Tratamiento.
Casi todos los tratamientos se llevan a cabo en hornos especiales, que pueden ser de tipo
continuo, con zonas a temperaturas diferentes por las que va pasando la pieza, o bien de tipo
discontinuo. El enfriamiento puede tener lugar dentro o fuera del horno.
El desarrollo de los tratamientos trmicos se desarrolla preferiblemente en tres fases
(calentamiento a temperatura mxima, permanencia a la temperatura mxima, enfriamiento
desde la temperatura mxima a la temperatura ambiente).
Tipos de tratamientos trmicos:
Para el desarrollo de los tratamientos trmicos se debe realizar un estudio del tipo de material y
su comportamiento determinando que tipo de aleacin presenta y as mismo la composicin
predominante en el mismo, lo cual le dar al proceso las condiciones de equilibrio necesario para
la obtencin efectiva de la estructura deseada.
Los distintos tratamientos trmicos pueden ser clasificados de acuerdo a:
Materiales Frricos
Aleaciones no Frricas
Materiales Frricas
La diferencia del enfriamiento de Temple en Agua y en Aceite.
La Estructura Metalografca no vara depropiedades qumicas del material esencialmente del
acero.
Deben ser tomadas en cuenta tanto la temperatura de enfriamiento como la de
calentamiento y de igual forma los medios en lo que se efecten los tratamientos como tales.
Otros factores que deben ser Considerados son: La composicin del Material, La Velocidad
de Calentamiento, duracin del Tratamiento.
Casi todos los tratamientos se llevan a cabo en hornos especiales, que pueden ser de tipo
continuo, con zonas a temperaturas diferentes por las que va pasando la pieza, o bien de tipo
discontinuo. El enfriamiento puede tener lugar dentro o fuera del horno.
El desarrollo de los tratamientos trmicos se desarrolla preferiblemente en tres fases
(calentamiento a temperatura mxima, permanencia a la temperatura mxima, enfriamiento
desde la temperatura mxima a la temperatura ambiente).
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Tipos de tratamientos trmicos:
Para el desarrollo de los tratamientos trmicos se debe realizar un estudio del tipo de material y
su comportamiento determinando que tipo de aleacin presenta y as mismo la composicin
predominante en el mismo, lo cual le dar al proceso las condiciones de equilibrio necesario para
la obtencin efectiva de la estructura deseada.
Los distintos tratamientos trmicos pueden ser clasificados de acuerdo a:
Materiales Frricos
Aleaciones no Frricas
Materiales Frricas
La diferencia del enfriamiento de Temple en Agua y en Aceite.
La Estructura Metalografca no vara deaspecto importante a sealar es que el uso de lassoluciones acuosas posibilitan variando su concentracin obtener diferentes velocidades de
enfriamiento, cuestin esta que no se puede lograr en el aceite y de esta forma ampliar ms su
campo de aplicacin.
El Acero 1020
Puede ser empleado en piezas que no estn sometidas a fuertes esfuerzos mecnicos,
Considerando la escasa penetracin de temple que tiene, generalmente se usa en estado
normalizado, Puede emplearse en estado templado y revenido para piezas de pequeo espesor,Puede ser cementado cuando se requieren en el ncleo propiedades mecanizas ms altas de las
que pueden obtenerse con el tipo 1015 en cuyo caso se aplican las mismas normas de
cementacin que las especificadas para este acero. Este acero puede utilizarse en estado
cementado, templado y revenido o simplemente en estado en frio (calibrado) con acritud. Para:
partes de vehculos y maquinaria con poco esfuerzo, cadenas de tractores, palancas de embrague,
uas, ejes de leva de autos, cuerpos de vlvulas, partes de motores de combustin interna en
estado endurecido donde la resistencia al ncleo no sea crtica.
Los hornos para el Tratamiento Trmico
Se utilizan para elevar la temperatura de los materiales, diseados para controlar perfectamente
los tiempos de calentamiento y las temperaturas a conseguir, Los fabricantes de hornos utilizan
diferentes sistemas de calentamiento, como quemadores a gas o resistencias elctricas. Los
sistemasde enfriamiento de las piezas pueden ser por conveccin natural o conveccin forzada.
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Materiales y Equipos
Horno trmico: Controlan los tiempos de calentado y las temperaturas en su interior
utilizados generalmente para someter a metales a altas temperaturas y modificar su estructura
mecnica.
Lijas 300, 400 y 600: son utilizadas para devastar el acero, y llevarlo a su forma ms
cristalina.
Acero 1020: Empleado en piezas que no estn sometidas a fuertes esfuerzos mecnicos,
Puede emplearse en estado templado y revenido para piezas de pequeo espesor, Puede ser
cementado cuando se requieren en el ncleo propiedades mecanizas ms altas de las que pueden
obtenerse
Durmetro Universal: Utilizado para medir la dureza de los metales, en tres tipos de
ensayos, la Vicker, Brinell y Rockwell.
Microscopio metalografico: utilizado pasa observar la estructura y micro estructura del los
metales.
Pulidora automtica: utilizada para darle el devastado final al metal llevndola a una forma
cristalina ptima para realizar la observacin de la estructura de dicho metal.
Resultados
Tratamiento Trmico De temple
Enfriamiento por agua
Tipo de acero Escala Carga Ensayo 1 Ensayo 2 Promedio
Acero 1020 HRA 60 71.1 82.0 76.5
MIcroestructura
Enfriamiento por aceite
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Tipo de acero Escala Carga Ensayo 1 Ensayo 2 Promedio
Acero 1020 HRA 60 64.0 61.7 62.8
Anlisis de Resultados
Dureza Rockwell Antes del tratamiento trmico
Tipo de aceroEscala Carga Ensayo 1 Ensayo 2 Promedio
Acero 1020 HRA 60 54.1 56.6 55.3
MIcroestructura
Dureza Rockwell despus del tratamiento trmico
Enfriamiento por agua
Tipo de acero Escala Carga Ensayo 1 Ensayo 2 Promedio
Acero 1020 HRA 60 71.1 82.0 76.5
MIcroestructura
Dureza Rockwell despus del tratamiento trmico
Enfriamiento por aceite
Tipo de acero Escala Carga Ensayo 1 Ensayo 2 Promedio
Acero 1020 HRA 60 64.0 61.7 62.8
Se ha observado en el estudio que la dureza despus del tratamiento que la dureza ascendi de
una manera notoria, lo que comprueba que el sometimiento de una pieza de acero a altas
temperatura puede cambiar drsticamente las propiedades mecnicas de un material, sin
embargo al hacer el clculo de dureza, con el durmetro universal se observo una pequea grieta
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al terminar la prueba, lo que evidencia que el enfriamiento drstico en la pieza causa tensiones,
que hacen la hacen ms frgil, adems de que su microestructura cambia en su totalidad.
Anexos
Duraza Rockwell en estado normal
Tipo de Acero
Escala Carga
Ensayo 1 Ensayo 2 Promedio
Acero 1020 HRA 60 54.1 56.6 55.3
Dureza Rockwell despus del Tratamiento Trmico De temple
Enfriamiento en agua
Tipo de Acero
Escala Carga
Ensayo 1 Ensayo 2 Promedio
Acero 1020 HRA 60 71.1 82.0 76.5
Dureza Rockwell despus del Tratamiento Trmico De temple
Enfriamiento en aceite
Tipo de Acero
Escala Carga
Ensayo 1 Ensayo 2 Promedio
Acero 1020 HRA 60 64.0 61.7 62.8
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l programa de formacin que cursamos Tcnico en Realizacin de Tratamientos Trmicos en
Productos Metlicos, se hizo especial nfasis en los componentes metlicos y los posibles
tratamientos trmicos que se le realizaran a cada uno de ellos.
Los metales o aleaciones que se utilizaran en el desarrollo del proyecto de construccin de una
vulcanizadora de siliconas para moldes de centrifugado de zamac, son aleaciones de hierro comoaceros SAE 1020 ,SAE 1045, SAE 4140 y fundicin gris clase 30, aleaciones de aluminio A356 y
aleaciones de cobre denominada industrialmente como bronce fosforado.
ACEROS PARA CONSTRUCCION Y MAQUINARIA
Aceros al carbono
En general, se puede decir que cualquier acero es tratable trmicamente, sin embargo, los aceros
al carbono con menos de 0,15%C se consideran no endurecibles por temple desde el estado
austentico. Los aceros al carbono con ms de 0,25% se pueden endurecer casi completamente
por templ. Cuando el carbono est entre 0,25 y 0,55% C, o sea en medio carbono, los aceros se
usan generalmente templados y revenidos. Se puede obtener un amplio intervalo de propiedades
con resistencias entre 220.000 psi y 110.000 psi o sea durezas entre 48 HRC y 20 HRC. Para este
rango de propiedades se usar tratamiento trmico y acero ordinario al carbono si:
1. La temperatura de servicio, menor de 260C, no es elevada.
2. La seccin recta es suficientemente delgada, menor de 13 mm de espesor, para que toda se
pueda hacer martenstica.
3. Se puede templar en agua pues no hay peligro de distorsiones o grietas.
A veces se requiere aumentar la resistencia al desgaste y en ese caso se puede usar el temple
localizado y los tratamientos termoqumicos.
Cementacin o carburacin del acero
El trmino carburacin es ms explcito que el de cementacin, empleado generalmente.
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El objetivo de la cementacin es crear una capa superficial rica en carbono, y de una dureza
elevada, en la superficie de la pieza de acero de bajo carbono.
Los aceros de cementacin contienen normalmente 0,25% de carbono como mximo. Su tenor d
carbono es a menudo inferior a 0,20% los contenidos mximos obtenidos en la superficie estn
entre 0,70 y 1,10%, de ellos 0,80% es el ms utilizado con una profundidad de capa entre 0,03mm.y 1.7 mm.
El proceso se hace calentando hasta el rango de temperatura austentico, manteniendo el acero
en contacto con el ambiente cementante para permitir que el carbono se difunda hasta una
profundidad satisfactoria, con enfriamiento lento y tratamiento trmico de temple posterior. El
agente carburante puede ser un gas, un slido o un bao de sales.
El contenido de carbono disminuye desde la superficie hacia el centro. Se obtiene, asi despus del
temple, una dureza superficial muy elevada, mientras que la zona central que contiene el bajo
carbono inicial se endurece poco y permanece tenaz.
Se entiende que la cementacin comprende dos operaciones sucesivas distintas, la carburacin
(cementar es enriquecer la capa superficial en carbono o sea en cementita) y el temple.
La cementacin
es utilizada en las piezas sometidas a un desgaste fuerte. La resistencia a la fatiga as como la
resistencia al desgaste se mejoran notablemente con ella.
El proceso de carburacin se compone de dos fenmenos simultneos, el primero, que es
independiente del tipo de cementante, es la transferencia de los tomos de carbono del
cementante a la superficie de la pieza.
El segundo fenmeno es la migracin de los tomos de carbono del la superficie al interior del
material que es un proceso de difusin. Esos dos fenmenos juegan papel esencial en la
determinacin de la velocidad de carburacin.
Tratamiento trmico del acero 1020
Recocido. Debe calentarse hasta 620C - 720C. A esta temperatura debe mantenerse 1 o 2 h por
cada 25 mm. de espesor. Luego debe enfriarse en el horno. Se obtiene as una dureza mxima de
111 Brinell.
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Normalizado.
Este acero se normaliza; se calienta hasta 880 - 920C, se mantiene entre, 30 mim. y 2 h hasta
homogeneizar la temperatura y se enfra en el aire tranquilo. Se obtiene as una dureza mxima de
131 Brinell.
Cementacin.
Debe calentarse hasta una temperatura entre 900C 930C, dependiendo de la velocidad de
difusin del carbono, se mantiene de 30 minutos a 12 Horas, segn la profundidad de capa
deseada y se enfra de acuerdo a la complejidad de la pieza, la composicin del acero.
Temple. Este tratamiento se puede realizar de diferentes formas.
Temple directo
enfra desde la temperatura de cementacin en agua o salmuera, se realiza para piezas sencillas.
Temple nico sin afinamiento del ncleo
se deja enfriar en aire tranquilo desde la temperatura de cementacin para aliviar las tensiones,
luego se calienta hasta la temperatura de austenizacin de la capa cementada 760C -800C y
segn el acero, se templa en agua o aceite.
Temple nico con afinamiento del ncleo
se deja enfriar en aire tranquilo desde la temperatura de cementacin para aliviar las tensiones, se
calienta hasta la temperatura de austenizacin del ncleo 900C - 930C, se enfra en agua o aceite
segn el tipo de acero, luego se calienta hasta la temperatura de austenizacin de la capa
cementada y se templa en el medio de enfriamiento adecuado.
Aplicaciones
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Este acero puede utilizarse en estado cementado, laminado en caliente o estirado en fro
(Calibrado). Se utiliza en elementos de maquinaria que requieran gran tenacidad junto con una
dureza no muy elevada.
Se usa principalmente para partes de vehculos y maquinaria, las cuales no estn sometidas a
grandes esfuerzos mecnicos como ejes, eslabones para cadenas.
Tratamiento trmico del acero 1045
Recocido
Debe calentarse hasta 790C - 870C. A esta temperatura debe mantenerse 1 o 2 h por cada 25
mm. de espesor. Luego debe enfriarse en el horno. Se obtiene as una dureza mxima de 217
Brinell.
Normalizado
Este acero se normaliza; se calienta hasta 900 - 940C, se mantiene entre, 30 mim. y 2 h hasta
homogeneizar la temperatura y se enfra en el aire tranquilo. Se obtiene as una dureza mxima de
170 Brinell.
Cementacin
Debe calentarse hasta una temperatura entre 900C 930C, dependiendo de la velocidad de
difusin del carbono, se mantiene de 30 minutos a 12 Horas, segn la profundidad de capa
deseada y se enfra en aceite, desde una temperatura de 790C 820C.
Temple
La pieza debe precalentarse uniformemente hasta unos 650 -700C y despus hasta la
temperatura de austenizacin. Este acero se debe austenizar entre 800 y 845C si se va a templar
en aceite o entre 790-820C si se va a enfriar en agua. El tiempo de permanencia es de unos 10
min. por cada 25 mm. de seccin. En estado templado se obtiene una dureza de 52-60 RC de
acuerdo ala concentracin de martensita obtenida por el temple.
Revenido y refrigeracin profunda
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Todas las piezas se someten inmediatamente despus del temple a un revenido entre una y dos
horas entre 200 y 600 C. Este revenido puede realizarse en baos de sales, en bao de aceite y/o
en horno.
Con el revenido se transforma la austenita retenida en martensita y bainita y la martensita
tetragonal de temple en martensita cbica. El acero se envejece artificialmente, no se presentanvariaciones dimensionales posteriores y se eliminan tensiones. Cuando la austenita retenida no se
deja descomponer por el revenido, es necesario recurrir a refrigeracin profunda, a temperaturas
hasta de -150C, con el objeto de reducir el peligro de grietas de rectificado que aumenta con el
contenido de austenita retenida. Por otra parte, las piezas templadas no deben presentar una
dureza superior a 58 RC e inferior a 52 RC.