Curvas de enfriamiento acero

Módulo 2. Tratamientos térmicos. Conformado de chapa en frío
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0. REFERENCIAS DE AUTOAPRENDIZAJE DEL MÓDULO 2
Este módulo se compone de dos bloques muy diferenciados. En el primer bloque el estudiante
conocerá cuales son los tratamientos térmicos básicos más utilizados en la industria así como
algunos tratamientos termoquímicos. En el segundo se presenta el conformado metálico en frío, un
proceso muy común en la industria ya que el conformado de chapa se utiliza en la mayoría de los
ámbitos productivos.
El objetivo del primer bloque de este módulo es dar a conocer al alumno los cambios de estructura y
de propiedades que sufren los metales, especialmente el acero, al ser tratados térmicamente. Esto es
básico para la comprensión del segundo bloque y del resto de los módulos.
El objetivo del segundo bloque de este módulo es el de explicar el proceso de conformado de chapa,
en especial el punzonado y la embutición, y las tendencias del mercado actual.
Para el estudio de este módulo no son necesarios conocimientos previos. Puede ayudar a la
comprensión del texto los conocimientos básicos de cambio de fase de materiales.
Para el estudio de este módulo, basta con que el lector dé una lectura rápida, comprendiendo y
deteniéndose en las figuras, gráficas y las fórmulas básicas. Debe intentar realizar los ejemplos por si
sólo comprobando las soluciones e intentando comprender el procedimiento seguido. A continuación
debe resolver los problemas planteados sin mirar las soluciones, pudiendo consultar la teoría, y el test
sin mirar ni la teoría ni las soluciones. Sólo si el estudiante es capaz de conseguirlo o entender las
soluciones habrá superado este módulo.
1. CURVAS DE ENFRIAMIENTO DEL ACERO
1.1 Curvas de enfriamiento
Antes de proceder a explicar en que consisten los tratamientos térmicos se explicará qué es la curva
de enfriamiento de un metal a temperatura ambiente, de una aleación y en concreto del acero.
La curva de enfriamiento a temperatura ambiente nos indica la evolución temporal de la temperatura
de un material desde el estado líquido, material fundido, al estado sólido a temperatura ambiente
dejándolo enfriar lentamente.
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Enfriamiento a temperatura ambiente
a. Metal puro
Veámos que ocurre si un metal es puro cuando se enfría. Si el metal es isomorfo, es decir que
adopta cristales semejantes a las diferentes temperaturas, la curva de enfriamiento se corresponde
con la de la figura 2.1.(a). El metal en fase líquido se solidifica a la temperatura de solidificación Ts,
permanece un tiempo a dicha temperatura y continua enfriándose en estado sólido hasta la
temperatura ambiente. En cambio si el metal es alotrópico,es decir que adopta diferentes tipos de
cristales a diferentes temperaturas, se producen diferentes cambios de fase no sólo a la temperatura
de solidificación sino en cada cambio de estructura interna. El hierro es un ejemplo de metal
alotrópico, que dependiendo de la temperatura cambia la estructura y tipo de cristal.
© Los autores, 2001; © Edicions UPC, 2001
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Tecnología mecánica
(a)
(b)
Figura 2.1 Curvas de enfriamiento de metales puros. (a) Metal isomorfo. (b) Metal alotrópico.
b. Aleaciones
Pero aveces, como en el caso del acero, no tenemos un metal puro sino una aleación de dos
elementos: Un elemento base con un punto de fusión A y un elemento aleante con un punto de fusión
B. En una aleación la curva de enfriamiento varía, ya que al tener elementos con distinta temperatura
de solidificación primero se solidifica el de mayor temperatura de fusión Ts1 y a continuación el otro
elemento Ts2. La curva de enfriamiento para una concentración concreta de el elemento base A y de
elemento aleante B se muestra en en la figura 2.2. La suma de ambas concentraciones será la
unidad. En estas aleaciones el elemento A y B son en todo momento solubles para cualquier
concentración por lo que el sólido resultante será A+B sea cual sea su concentración.
Figura 2.2 Curvas de enfriamiento para una aleación de una concentración concreta de elemento base A y
elemento aleante B siendo ambos totalmente solubles.
Para representar la curva de enfriamiento para aleaciones de elementos totalmente solubles con
cualquier tipo de concentración de elemento A y de elemento B se representan las gráficas
temperatura-concentración . Para ello trazamos las curvas de enfriamiento de aleaciones con distintas
concentraciones de A y B y dibujamos la gráfica en función de los puntos de solidificación de ambos
elementos como se muestra en la figura 2.3.
© Los autores, 2001; © Edicions UPC, 2001