Tratamientos químicos de los materiales

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Def: Comb de op. De calentamiento y enfriamiento, de tiempos det. Y aplicadas a un metal o aleación sólido produciendo propiedades  deseadas.

- Tratamiento Térmicos de recocido:

calentar la aleación metálica a una temperatura adecuada y se enfría a lo largo del intervalo de transformación.Propósito:refinar el grano, proporcionar suavidad, mejorar propiedades magnéticas o eléctricas, o mejorar el maquinado.

-Tratamiento Térmicos de recocido de esferoidización

: producir carburos de forma esferoidal para mejorar la maquinabilidad de una aleación.

-Tratamiento Térmicos de recocido para eliminación de esfuerzos

: útil para eliminar esfuerzos residuales causados por un fuerte maquinado o un proceso de trabajo en frío.

-Normalización:

obtenido por austenización y enfriamiento al aire para producir una estructura perlítica fina. (aceros y hierros fundidos). Propósito: producir un acero mas duro y mas fuerte comparado con el recocido total. Tratamiento térmico final.

-Endurecimiento:

(aceros) solución sólida sobresaturada en Carbono atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Estructura reticular altamente distorsionada --> alta dureza de la martensita.

Carácterísticas principales de la transformación:

1.Sin difusión, no hay cambio de composición química 2. depende sólo de la disminución de la temperatura, es independiente del tiempo.Aleaciones --> hierro-níquel, cobre-zinc y cobre aluminio.

--> se pretende modificar la dureza de una aleación metálica. Indentación disminuye al aumentar la dureza (correlación directa con la resistencia) La dureza -->elemento de control del efecto que el historial de temperatura provoca en la resistencia de la aleación.

-Temple

:enfriamiento violento de la aleación luego de ser calentado a la temperatura de austenización (aceros). > dureza> velocidad del temple.
Templabilidad(capacidad relativa para ser endurecido).

- Ensayo de Templabilidad Jominy:

barra de acero normalizada de dimensiones 25 mm d. Y 100 mm l.

calentada hasta la temp de austenización y es enfriada con un chorro de agua en uno de sus extremos. Velocidad de enfriamiento > donde incide chorro de agua.

Velocidad de temple-->predecir la dureza de la misma.

Medidas de dureza --> identificar distintas velocidades de temple.

TRATAMIENTOS DE LOS MATERIALES EN ESTADO SÓLIDO

-ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACIÓN :

precipitar partículas de segunda fase con la finalidad de reforzar (o endurecer) un metal o aleación, Partículas-> fungen como pequeños obstáculos para el movimiento de las dislocaciones.

-ENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO:

obtención de una microestructura con una dispersión fina de precipitados.

Diferencia: primer tipo--> precipitados dispersados en los límites o bordes de grano //envejecimiento: los precipitados son muchos más finos y dispersos en toda la microestructura, por difusión de la temp.

-DISLOCACIONES: cambios de estructura y cambios en la composición química de la capa superficial. Serie de calentamientos y enfriamientos controlados en atmósferas controladas. Enriquecer las capas superficiales con Carbono, Nitrógeno, Carbono y Nitrógeno , Aluminio, Cromo...

El objetivo final es elevar la resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y otras propiedades

-Aumentar la dureza superficial, resistencia a fatiga, desgaste y corrosión.
//Disminuir el rozamiento, aumento del poder lubricante

Etapa de los Tratamientos Termoquímicos:

1.Disociación→descomposición de moléculas y formación de átomos activos del elemento que difunde

2.Absorción→ átomos elemento que difunde se pone en contacto con la superficie de la pieza formando enlaces químicos con los átomos del metal.

3.Difusión→ transporte de los átomos de saturación hacia la zona interior del metal

TRATAMIENTOS TERMOQUIMICOS

1.Cementación (Carburización) (carbono)

: se aporta Carbono a la superficie mediante difusión modificando su comp. Química. Aceros bajo cont. De Carbono (0,15 a 0,20% de C.) obj: endurecer la superficie sin modificar el núcleo. En la superficie es mas duro y mas resistente al desgate y a las deformaciones, en el núcleo bajo índice de carbono, tenaz y resistente a la fatiga.Industria-->cementante (rico en carbono)

2.NITRURACIÓN (nitrógeno):

incorporando nitrógeno durante el proceso del tratamiento térmico en una atmósfera rica en nitrógeno. Obj: elevar la dureza, la resistencia al desgaste y la resistencia a la corrosión de la capa superficial de las piezas. Piezas sometidas a grandes fuerzas de roce y de carga

3.CIANURACIÓN(carb y nit):

obtener una superficie dura y resistente al desgaste. Baño de cianuro fundido. Intermedio entre la cementación y la nitruración--> endurecimiento-
-> acción combinada de carbono y nitrógeno a una temp. Determinada.

4.CARBONITRURACIÓN (carb y nit):

promueve el enriquecimiento superficial simultáneo con carbono y nitrógeno obj: superficies extremadamente duras y un núcleo tenaz, resistencia a la fatiga, resistencia al desgaste y resistencia a la torsión.

5. CALORIZACION (aluminio): (alumineización) cementación a base de aluminio. Aumenta la resistencia de la corrosión. Depósitos de combustible de generadores de gas, válvulas, fundas de termopares, etc

6.CROMIZACIÓN (cromo):

Es una cementación a base de Cromo. Descomponiendo la molécula de cloruro de cromo que aporta el cromo en la pieza. Aumenta la resistencia de los aceros, aumenta la dureza y la resistencia al desgaste de aceros y piezas fundidas.

Fractura: separación de un sólido por la aplicación de fuerzas externas. Esta separación puede ser:

Parámetros que depende la resistencia a la fractura:

A) Estructura de los materiales: Metálicos, polymeros, óxidos refractarios, Nitruros covalentes, etc

B) Temperatura: temperatura de laboratorio, temperatura de servicio. T ó T/Tf

El aumento de T aumenta la oxidación y activa procesos térmicos del material.

C) Velocidad de Carga: Modifica el comportamiento mecánico del material. Cambiar el tipo de ruptura

D) El medio ambiente: medio en el cual la pieza está en servicio

Tipo de solicitación:

Uniaxial: Ruptura a baja temperatura ...Ruptura a alta temperatura….Ruptura asistida por el medio ambiente.

Cíclica: • Fatiga • Fatiga Corrosión.

Consecuencias de la aplicación de una fuerza sobre un sólido:

Posibilidades:

A) Fuerza --- Deformación elástica débil Ruptura frágil, acomodación de la fuerza por agrietamiento Clivage: ruptura de enlaces atómicos de planos específicos.

B) Fuerza --- deformación elástica ---- deformación plástica --ruptura. Formación de microcavidades, crecimiento y coalescencia. Retado del mecanismo de degradación del material.

C) Fuerza --- deformación elástica --- deformación plástica --- transformación de fase ----- fractura. Ruptura por encuellamiento o cizallamiento.

D) Fractura por Fluencia (Creep). Frágil Presencia de microcavidades o por la presencia de grietas en el límite de grano

E) Encuellamiento producido por un fenómeno de recristalización lo cual implica un cambio de tamaño de grano

Fractura Dúctil

Estricción en la zona central de la probeta para romper finalmente con valores de reducción de área que pueden llegar en algunos casos al 100%.

Fractura Frágil

Precedidas por cantidades muy pequeñas de deformación plástica, con una fisura propagándose rápidamente a lo largo de planos cristalográficos que poseen baja energía superficial.

Diferencia-->frágil :

la fisura se propaga con muy poca deformación plástica en su vértice, dúctil:
progresa como consecuencia de una intensa deformación plástica asociada al extremo de la fisura.

FALLAS

¿Como?: Mejorando la Ingeniería y el Diseño///Mejorando la Inspección///Control de Calidad///Planes de Prevención y Mantenimiento

Técnicas experimentales para el Análisis de Fallas

Análisis Mecánicos y de Esfuerzos

Métodos numéricos: cálculos convencionales, Fotoelasticidad, métodos de Elementos Finitos, análisis de fallas

FATIGA Y TERMOFLUENCIA

la ruptura Mayoría -->causadas por fatiga.

Fatiga: modificación de propiedades de los materiales consecuencia de la aplicación de ciclos de esfuerzo repetidamente, lo cual puede conducir a la ruptura de piezas. (90% fallas -> fatiga)

En esta curva se pueden distinguir tres zonas:

A) oligociclica: pequeño número de ciclos /B) resistencia limitada: número de ciclos considerable. / C) resistencia ilimitada: numero ciclos mayor a 107

Termofluencia

Exsiste una deformación permanente que depende del tiempo, bajo una carga o un esfuerzo constante y a alta temperatura. Combinación de fluencia y fatiga. Material comienza a fluir con lentitud. La difusión, deslizamiento y ascenso de dislocaciones o el deslizamiento -->contribuyen

Corrosión:

“Degradación de un material y/o sus propiedades debido a la reacción con su medio ambiente”. “Corrosión es el ataque destructivo de un metal por reacción química o electroquímica con su medio ambiente ”

ORROSION BAJO Tensión

La tensión mecánica-->contribuir corrosión. Las zonas sometidas a tensiones mecánicas elevadas en un determinado material se comportan como ánodos en comparación con las regiones sometidas a baja tensión. (se disminuye la barra energética par la ionización)

Métodos DE Prevención DE LA Corrosión

• Selección de Materiales (más importante). Encontrar aleaciones menos sensibles a determinados ambientes corrosivos.

• Selección del diseño:

Evitar uniones con altas con altas tensiones, evitar ánodos de área pequeña eb cátodos de gran superficie.

• Uso de Recubrimientos Protectores:
Proporcionan una barrera entre el métal y su entorno. (esmaltes, acero galvanizado, pinturas, etc).

• Uso de inhibidores:
sustancia que en pequeñas concentraciones disminuye la velocidad de corrosión. La mayoría son compuestos orgánicos que forman capas adsorbidas en la superficie del metal.

• Protección Galvánica:
dispositivo distractor de la corrosión.Actúa como ánodo, y se corroe preferencialmente, sin afectar el resto del material que protejo.

• Circuitos Impresos:
Voltaje externo para oponerse al debido por la reacción electroquímica. Detiene el flujo de electrones para que no haya reacción de corrosión

-ánodo de sacrificio