Tratamientos Térmicos de Aceros y Cerámicas

Tratamientos Térmicos de Aceros

Recocido de Homogeneización

Objetivo: Igualar la composición química en todas las regiones de la pieza.

¿Cómo lo consigo?

• Con una difusión muy alta -> Para ello: Calentamiento muy por encima de A3/Acm, en función de si es hipo o hipereutectoide (A3/acm +200 °C).
• Mantenimiento largo en el tiempo.
• Enfrío lentamente en un horno.

Inconveniente: Aumenta el tamaño de grano (empeoran propiedades mecánicas), pues tiende al estado de mínima energía, esto es, menos bordes de grano.

Recocido de Regeneración

Objetivo: Reducir el tamaño de grano (se suele hacer después del R. homogenización).

¿Cómo lo consigo? Calentando de nuevo, pero con condiciones diferentes:

• Calentamiento poco superior a A3/Acm (A3/Acm +50 °C).
• Mantenimiento corto en el tiempo (si no volvería a tener alta difusión).
• Enfrío “rápido” al aire.

La temperatura marca el tamaño máximo del grano. El tiempo que lo mantengo marca el porcentaje de granos con ese tamaño máximo (en larga duración todos tendrán ese tamaño mientras que en corta duración no).

Recocido de Globalización

Objetivo: Ablandar el acero.

¿Cómo lo consigo?

• Globulizando la cementita; tanto que aparece dentro de la perlita como la que está de forma reticular.
• Calentamiento inferior a A1 u oscilante a A1.
• Mantenimiento largo en el tiempo (no demasiado, si no se juntarían los glóbulos).
• Luego enfrío muy lentamente en horno (6-10 horas).

Obtenemos una estructura muy blanda y dúctil, además de poco frágil. Se produce una reducción de energía del sistema.

Recocido de Estabilización

Objetivo: Eliminar tensiones internas de un acero trabajado en frío.

¿Cómo lo consigo?

• Caliento para que las dislocaciones se coloquen unas encima de otras (fenómeno de recuperación), y también para que ocurra la recristalización y obtengamos α + Perlita equiaxicas.
• Calentamiento inferior a A1.
• Mantenimiento moderado en el tiempo (1-2 horas), para reducir el nº de vacantes.
• Enfrío lento inicialmente y posteriormente al aire.

Temple

Objetivo: Aumentar dureza y resistencia mecánica del acero mediante la obtención de martensita.

¿Cómo lo consigo?

• Caliento y enfrío lo suficientemente rápido como para que el enfriamiento no corte a las curvas TTT en sus transformaciones difusivas.
• Calentamiento superior a A3/Acm o entre A1 y A3/Acm.
• Mantenimiento moderado en el tiempo.
• Enfriamiento muy rápido (sumergiendo en agua, en aceite…), para evitar la difusión.

Revenido

Objetivo: Reducir la fragilidad de un acero templado. Con ello se pierde dureza y resistencia mecánica, pero aumenta la tenacidad.

¿Cómo lo consigo?

• Calentamiento inferior a A1 (entre 200 y 600 °C), a mayor T menor fragilidad.
• Mantenimiento moderado (1-2h).
• Enfriamiento al aire.

¿Cómo se reduce la fragilidad? Durante el revenido, la martensita que he obtenido con el temple y la austenita retenida se transforman en:

• Matriz de ferrita α.
• Glóbulos muy finos de cementita (martensita revenida).

Temple Superficial

Objetivo: Aumentar la dureza de la superficie de una pieza.

¿Cómo lo consigo? Obtengo martensita en la periferia, conservando en el núcleo una estructura más tenaz.

• Calentamiento localizado del espesor deseado por encima de A3.
• Mantenimiento muy corto (para evitar que el calor penetre a mayor profundidad).
• Enfriamiento rápido (chorro de agua).

Hay dos tipos:

• Temple a la llama: calentamiento de la superficie con un soplete de oxiacetileno.
• Temple por inducción: calentamiento de la superficie por el efecto Joule de corrientes inducidas, al introducir la pieza en una bobina. A estos tratamientos habría que aplicarles posteriormente uno de revenido.

Cementación

Objetivo: Aumentar la dureza superficial de una pieza.

¿Cómo lo consigo?

• Aumentando la concentración de carbono en un pequeño espesor y posteriormente obtengo martensita. Las líneas de isotransformación estarían muy pegadas al eje izquierdo.
• Calentamiento por encima de A3 en una atmósfera rica en C, para que difunda hacia el interior de la pieza.
• Posterior templado y revenido.

Los aceros para cementación tienen un bajo contenido en C (para que el núcleo quede tenaz).

Conformado de Cerámicas

No se pueden forjar o mecanizar como la mayoría de metales por ser demasiado duros y frágiles.

Moldeo en Seco

Aglutinamos partículas del material + ciertos aditivos y lo prensamos dentro de un molde de la forma deseada. Luego calentamos a T adecuada para alcanzar las propiedades deseadas.

Moldeo Isostático

Misma idea que el moldeo en seco pero el molde ahora es hermético y flexible. En el interior de la cámara introducimos un fluido hidráulico que ejercerá la presión para compactar al material y dar forma a la pieza.

Moldeo Hidroplastico

Es el más habitual en conformados de cerámicas tradicionales. Se añade agua a las materias primas formando una capa lubricante entre láminas de arcilla, dotando al material de plasticidad. Así se puede moldear con o sin presión o extruido. Posteriormente, se evapora el agua.

Moldeo Hidroplastico - Fundición por Revestimiento

Se vierte la mezcla húmeda en un molde poroso (yeso). Esto sirve para fabricar piezas huecas, luego el molde absorbe el agua de la superficie y ya se seca/vitrifica la pieza.

Sinterizado

Proceso de compactación sin fusión, controlado por difusión en estado sólido. Existe competencia entre la reducción de poros y el crecimiento de grano. Para reducir la movilidad de bordes de grano (0,4% MgO en Al2O3).

Temperatura de Transición Vítrea

Sólidos cristalinos: Disminuyen su volumen al enfriarse en estado líquido. A la temperatura de solidificación, hay una variación brusca de volumen (contracción), debida a la ordenación atómica.

Vidrios: No hay temperatura definida a la que se convierten en sólido. El líquido se hace más viscoso al enfriarse. La pendiente de disminución de volumen sufre un cambio brusco a Tv (Temperatura de transición vítrea). Por encima de Tv, los tetraedros de sílice son capaces de moverse. Se considera que el material es un líquido subenfriado.

La viscosidad es la inversa de la fluidez. Un vidrio se comporta como un líquido viscoso por encima de Tv. A mayor temperatura menor viscosidad y se facilita el flujo viscoso.

Tratamientos Térmicos de los Vidrios

Recocido

El gradiente térmico de enfriamiento de piezas da lugar a distintas velocidades de enfriamiento en interior y exterior (para obtener estado vítreo tengo que enfriar rápido, si no me formaría cristal en vez de vidrio). Esto puede dar lugar a la aparición de tensiones internas residuales, que pueden conducir a rotura. Para reducir estas tensiones -> Recocido, calentando hasta alcanzar una viscosidad de

Poises, y posteriormente enfriando muy lentamente.

Temple

Proceso opuesto a anterior. Si se hace de forma controlada, puedo mejorar mucho las propiedades mecánicas del vidrio. Desde una temperatura superior a la temperatura de transición vítrea, se enfría rápidamente en aire la pieza de vidrio ya conformada, produciendo un enfriamiento brusco de su superficie. Tras dicho enfriamiento la superficie se encuentra a una T inferior a su temperatura de transición vítrea (Tv), mientras que el interior de la pieza permanece aún a una T>Tv. La contracción de la superficie debida a su enfriamiento no genera estados tensionales muy elevados ya que el interior de la pieza es capaz de deformarse al estar aún a T>Tv. Posteriormente se enfría la pieza lentamente hasta temperatura ambiente, y el interior de la misma alcanza una temperatura T<Tv experimentando así una contracción esta se produce con la superficie de pieza a t menor Tv por lo que no es capaz deformarse y su p encuentra en compresión este tratamiento aumenta resistencia tracción del vidrio ya el estado tensional dificulta generación propagación grietas superficiales.