horno baño de sales - diseño

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO DE SALES IVAN CAMARGO VILLEGAS h LUIS FERNANDO GOMEZ A. rFwá-' UniversiJud uur,orlto Serc¡ón r8r de 0ctidcnlr Bibtioteco --y 8t+74Tt rrruüüúlJüüurum CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE DIVISION DE INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA Ca1i, Mayo de L.987 TI ^/ L+1,Ób. Attz&'* nrsgño y coNSTRUccroN DE uN H0RN0 PARA TEMPLE PoR IVAN LUIS slño o¡ sALES CAMARGO VILLEGAS FERNANDO GOMEZ A. Trabajo de grado presentado como requisiLo parcial Para optar al título de Ingeniero Mecánico. Presidente: HECTOR SANCHES S. I .M. CORPORAION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE DIVISION DE INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA Ca1i, Mayo de L.987 Nota de Aceptación: Aprobado por e1 Conite de Tra bajo de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por 1a Corporación Universita ria Autónoma de 0ccidente Para optar a1 títu1o de Ingeniero Mecánico. Presidente de1 Jurado Jurad o Cali, Mayo de 1.987 11 *? TABLA DE CONTENIDO Pag. 1 INTRODUCCION 1 DIAGRAMA DE EQUILIBRIO HIERRO-CARBONO 1.1 INTRODUCCION L.2 HIERRO PURO 1.3 ZONAS DEL DIAGRAMA HIERRO - CARBONO 2 CONSTINMNTES MICROSCOPICOS DE LOS ACEROS 2.I CONSTIflITENTES ESTABLES (ESTRUCTURAS DE EQUILIBRIO) 2.L.L FerriLa 2.I.2 Cementita 2.I.3 Perlita 2.2 CONSTITTIYENTES I'{ETAESTABLES (ESTRUCTURAS FUERA EQUILI 7 19 19 19 20 20 BRr0) 2L 2.2.I Austenita 2.2.2 Martensita 2.2.3 Bainita 2.2.4 Troostita 2.2.5 Sorbita 22 23 24 25 25 iii INFTUENCIA DE LOS ELEMBNTOS DE ALEACION EN EL 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 ACERO 27 MANGANESO 27 SILICIO 28 NTQIIEL 29 CROMO 29 MOLIBDENO 30 T'UNGSTENo (WoLFRAMTO) 31 VANADIO 31 COBALT.O 32 ALUMINIO 32 3.10 32 TITANIO 4. DTAGRAMAS TEMPERAruRA TIEMPO TRANSFORMACION 4.L TNTRODUCCION 4.2 CURVAS DE TRANSFORMACION ISOTERMICA 4.2.I Diagrama TTT de Aceros a1 Carbono Eutectoide 4.2.2 Diagranas TII de 1os Aceros Hipoeutectoides 4.2.3 Diagramas TTT de los Aceros HipereutecLoides 4.2.4 Diagramas TIT de los Aceros Aleados 34 4.3 44 DIAGRAMAS DE ENFRIAMIENTO MNTINUO 5 TRATAMIENTOS TERMICOS DEL ACERO 5.1 GENEMLIDADES 5.2 NORMALIZADO 5.2.I Procedimiento LV 34 35 36 38 42 43 53 53 57 57 5.2.L.I Calentaniento 57 5.2.L.2 59 Per¡nanencia 5.2.2 Aplicaciones 62 5.3 63 RECoCIDO 5.3.1 Recocido Subcritico o de eliminación de tensiones 6s 5.3.1.1 Recocido de Ablandamiento 68 5.3.1.2 Recocido contra acritud o de recristalización 69 5.3.1.3 Recocido 5.3.1.4 REcocido Globular 5.3.2 Recocido brillante 70 7I 7l Intercrítico 5.3.2.L Recocido de austenización fncomleta 72 5.3.2.2 Recocido de Globulización Oscilante 73 5.3.3 Recocido de austenización completa 5,3.3.1 Recocido de homogenización o de regeneración 5.3.3.2 Recocido de del 5.4 alta temperaLura 74 75 o de embastecLmiento 76 grano 78 TEMPLE 5.4,1 Tipos de temple 80 5.4.1.1 Temple 80 5.4.I.2 Temple escalonado 81 5.4.1.3 Temple de baños calientes 82 ordinario o directo 5.4.2 Velocidad de calentamiento B3 5.4.3 Temperatura de austenización 87 5.4.4 Tiempo de sostenimiento 90 5.4.5 Modos de enfrlaniento 5.4.6 Influencia de1 tamaño 93 y 1-a rnsa de las piezas 97 5.5 100 RBVENIDO 5.5.1 toz Etapas deL revenido 5.5.1.1 Segregación del Carbono 103 5.5.I.2 Prinera etapa - Precipitación del 5.5.1.3 Segunda etapa - 105 Carbono Descomposición de 1a austenita 105 retenida 5.5.1.4 Tercera etapa 5.5.1.5 Cuarta etapa - Formación de 1a cementita LQ7 108 Endurecimient.o secundario 5.5.2 El revenido puede producir fragtl-idad 109 5.5.2.1 Fragilidad en el grano 250-40OaC (en azúl) 5.5.2.2 Fragilidad en el rango 400-5604C (fragilidad 110 de LTz revenido) 5.5.3 El trataniento de revenido 5.5.3.1 Proceso de revenido 5.5.3.2 Calentamiento hasta 5.5.3.3 Tiempo de permanencia como proceso 114 LL4 la temperatura de revenido 115 116 5.5.4 Doble revenido L20 6 r22 PROBLEI',ÍAS 6.1 6.2 M{ LOS TRATAMIENTOS TERMICOS INTRODUCCION L22 DEFECTOS EN LOS TRATAMIENTOS TERMICOS L29 6.2.I Defectos del 6.2.1.1 Dureza insuficiente 6.2.T.2 Fragilidad 6.2.I,3 130 temple 130 L3Z excesiva 133 Deformaciones 6.2.L.4 Grietas y roturas 134 vi 6.2.2 Defectos del recocido 138 6.3 139 7 BUEN DISENO 151 TRATAMIENTOS ISOTERMICOS 7.T INTRODUCCTON 7.2 VENTAJAS DE I,OS 7.2.L Ventajas 151 T.I. EN EL TEX'ÍPLE DE LOS ACEROS L52 L52 Generales 7.2.2 Ventajas de tipo práctico y económico L54 7.2.3 Ventaias del enfriamiento en baños de sales 154 7.3 158 MARTEMPERING 7.3.1 Definición 158 del- Proceso 160 7.3.2 Aplicaciones 7.3.3 Eficacia del 161 temple 7.4 TMIPLE BAINITICO O AUSTEX"IPERING 7.4.1 Definición de1 proceso 7.4.2 Aplicaciones 165 7.5 169 165 L67 RECOCIDO ISOTERMICO 7.5.1 Definición del 169 proceso 7.5.2 Aplicaciones t72 7.6 L72 OTROS TRATAMIENTOS ISOTERMICOS 7.6.L 7 L72 Marquenching .6.2 Patenting r_73 7.6.3 Trataniento Isotérnico bajo cero 7.7 osubcero 174 L76 SALES PARA BAÑOS DE TEMPLE vil 7.7.I Generalidades 7.7.2 Baños para Martempering L76 - Austemperlng y Revenido L79 7 .7.2.1 Sales comerciales L79 7 .7,2.2 Preparación de sales 183 7.7.2.3 7.8 Baños para recocido Isotérmico HORNO PARA BAÑO 184 184 DE SALES 7.8.1 Calentamiento mediante resistencias exteriores 185 7.8.2 Calentarniento por electrodos sumergidos 186 7.8.3 Precauciones con 8 CLASIFICACION DE LOS 8.1 8.2 8.3 los baños de sales 187 L92 ACEROS INTRODUCCION L92 GENERALIDADES 193 ESPECTFTCACTON DE ACBRoS SEGUN NORMAS AMERTCANAS (SAE- ]-94 AISI) 8.3.1.1 Sistena nuúerico básico (YZXX) 8.3.1.2 Significado de la primera cifra 8.3.1.3 Significado de la segunda cifra 8.3.2 Especificación AISI para aceros de herramientas 195 8.4 ESPECTFTCACTON DE ACEROS SEGUN NoRMA EUROPEA (DrN) 8.4.1 Especificación de 1os aceros de construcción (aceros L97 L96 L97 200 no aleados) 8.4.1.1 196 Aceros básicos no aleados 20L 8.4.1.1.1 Resistencia 20L 8.4.1.1.2 20L Grupo de calidad v]-rt 8.4.1.1.3 Clases de Desoxidación 202 8.4.1.1.4 Condición de tratamiento (o suninistro) 202 8.4.1.1.5 Procedimiento de fabricación 203 8.4.1.1.6 204 8.4.L.2 Condiciones de emPleo Aceros de consLrucción de calidad no aleados 8.4.2 Especificación de los aceros aleados 204 2O5 205 8.4.2.I Aceros aleados 206 8.4.2.2 Aceros de al-ta aLeación 207 8.4.2.3 Aceros rápidos 208 8.5 ESPECIFICACIONES DE ACEROS SEGIJN NORMA INTERNACIONAL 209 caliente 209 8.5.1 8.5.2. Aceros laminados en Aceros l-aminados en frío 8.5.2 Aceros laminados en frío 8.5.3 9 (COLD ROLLED) (COLD ROLLED) 2L7 2r7 9.1.1 Tipo de aceros Tamaño, forma y núnero de piezas a tratar Tanaño y forma del 9.1.5 Potencia del 9.2 220 horno 22r horno 22L CALCIJLOS 9.2.L Volúnen 218 220 9.1-.3 Tipo de sal 9.L.4 2ro 2t7 HORNO PARAMETROS DE DISEÑO 9.L.2 2ro 2ro Acero estrucLural DISEÑO DEL 9.1 (HOT ROLLED) del crisol 22L 9.2.2 Cantidad de Sal 223 1X 9.2.2.1 224 Observaciones 9.2.2.2.2 224 Recomendaciones 9.2.3 Calor requerido para fundir la nasa de sal 9.2.4 Cálculo de la resistencia 9.2.5 Dimensionamiento del 227 228 234 horno 9.2.5.1 Paránetros iniciales 234 9.2.5,2 Primera distribución del aislamiento 235 9.2.5.3 Segunda distribución de1 aislante 240 9.2.6 Cálculo del tiempo para alcanzar eL régimen estacio nario 242 9.2.6.1 Calor absorvido por 1os ladrillos refracLarios ais lantes 9.2,6.2 242 total absorvido por el aislaniento (porta resistencia + ladrillo refractario aislante + lana Cal-or mineral). 9.27 244 .7 Cálculo del número de ladrillos 9.2.7 .L Pared 9.2.7 .2 Fondo lateral 9.2.8 Selección 9.2.9 247 248 del- nortero 249 Diseño Mecánico 249 9.2.9.L Crisol 249 9.2.9.L.L Verifícación de la 9.2.9.I.2.I 247 Unión de sol-dadura de1 fondo anillo a crisol- 249 255 9.2.9.I.2.2 Aro superior del anillo 256 9.2.9.I.2.3 Aro lateral del anillo 258 9.2.9.L.3 Agarraderas de extracción 9.2.9.1.3.1 Dimensi-onamiento del crisol 259 259 9.2.9.L.3.2 Unión de agarraderas 9.2.9.2 Cálculo aproximado del al anillo del crisol peso 26r del horno 263 9,2.9.2.L Peso 9.2.9.2.2 Peso de1 9.2.9.2.3 Peso del concreto refractario trErecost' Concrax 1300 266 9.2.9.2.4 Peso del concreto refractario rrErecostt Concrax 1-500 266 9.2.9.2.5 Peso del ladrillo refractario t'Erecostt U-33 9,2.9.2.7 Peso de la lana mineral 268 9.2.9.2.8 Peso de las resisLencias 268 9.2.9.3 del acero (t'I) 263 ladrillo aislante rrVul,cano T-26t' 26s 267 Diseño de agarraderas para transporte de horno 9,2.9.3.1 269 Dimensionamiento 269 9.2.9.3.2 Cálculo de la longitud requerida de soldadura 272 9.2.9.4 273 Diseño de caja recibidora de sal 9.2.9.4.1 Dimensionamiento 273 9.2,9.4.2 Diseño de ruedas para 1a caja 276 10 ANALISIS EXPERIMENTAL 10.1 INTRODUCCION 280 LO.2 TE},IPERATURAS DEL HORNO 28L 10.3 PROCESO DE TEMPLE PARA LAS PROBETAS DE ACERO AISI D3 283 10.4 PROCESO DE TEMPLE PARA LAS PROBETAS DE ACERO AISI 01 283 10.5 PROCESO DE TMÍPLE PARA LAS PROBETAS DE ACERO AISI 9840 284 10.6 RESULTADOS 284 10.7 DISCIJSION DE RESTILTADOS 288 1O.B PROCESO DE TEMPLE PARA LAS PROBETAS DE ACERO ASSAB DF-z (ArSr 280 289 0r-) x1 10.9 PROCESO 10.10 DE TE},ÍPLE PARA LAS PROBETAS DE ACERO P2O EL ANALISIS DE LAS PROBETAS ArSr P2O, ArSr D3 ASSAB DF-2 (AISr 01) 289 RESIILTADOS OBTENIDOS EN DE ACERO 11 AISI CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA x11 29O LISTA DE FIGTJRAS FIGURA 1 Curvas de enfriamiento hierro puro y calentamiento del FIGURA 2 Diagrama de FIGIJRA 3 Región FIGIIRA 4 Parte correspondiente a 1os aceros en el diagrana hierro-carbono FIGURA FIGURA FIGURA 5 equilibrio hierro-carbono 10 delta de1 diagrana hierro-carbono Representación esquemática de cimiento de 1a perlita l6 FIGURA 8 Trayectorias arbiurarias temperatura-tienpo sobre el diagrama isotérmico 9 10 39 42 Diagrama de transformación isotérmica para acero hipereutecLoidez L.I3Z carbono, FIGURA 37 Diagrama de transformación isotérmica para un acero hipoteutoide: 0.352 carbono, 0.372 manganeso FIGURA 13 la formación y cre 6 Trayectorias arbitrarias tenperatura-tiempo sobre el diagrama de transformación isotérmica 7 L2 O.3O7" manganeso Curvas de la frsrr de tres aceros de 0.607" de carbono y contenidos variables de manganeso, y de Lres ace ros de 0.377" de carbono y contenidos variables de cromo xl_11 44 FIGURA 11 Diagrana de transformaci6n isotérnica de un acero de baja aleación (4340) z Q.422 de carbono, 0.787" de manganeso, 1.79% de niquel 0.802, 0.332 de molibdeno. Tamaño de Srano 7.8 austenización 46 a 15504F (8434C) FIGI]RA 12 punteado) Diagrana de enfria (trazo contínuo) del acero eutec miento contínuo Diagrama TIt (trazo 49 toide FIGURA 13 Variación de la microestructura en función de la velocidad de enfrianiento para un acero eutectoide FIGURA L4 Diagrama enfriamiento contínuo para acero 4340 FIGURA 15 Curso de temperatura en F]GURA T7 FIGIIRA 18 FIGURA 19 5B Tienpos de permanencia en hornos de cánara y de baño Representación esquemática de algunos recocidos para un acero hipoeutectoide. Curso de 1a temperatura en ción de tesiones Curso de 52 el recocido de normali zado FIGIJRA 16 51 61 66 el recocido de elinina 6 la temperatura en el recocido de auste nización incompleta 74 FIGURA 20 Recocido de Globulización oscilante 75 FIGURA 2T Esquema de ciclos de recocido conpleto A) acero hipoeutectoide B) Acero hipereutectoide 77 FIGURA 22 Curso de 1a temperatura en cimiento de grano x].v el recocido de embasLe 78 FIGURA 23 FIGURA 24 Curso de la Curso de Temperatura en el tenpl-e ordinario 82 la Tenperatura en el temple ordinario 83 FIGURA 25 Varias fornas como puede calentarse una píeza 85 FIGURA 26 Tenperatura de austenización para tenple de acero AISI 1045 89 FIGIIRA 27 FIGURA 28 FIGURA 29 FIGIJRA 30 FIGTIRA 31 Curvas de enfriamiento correspondientes a la su perficie, a1 punto nedio de1 radio y al centro de dos barras de diferente diánetro templadas en agua. 96 Curvas de enfriamiento Lienpo-temperatura, corres pondiente a distintas zonas del interior de un re dondo de una pulgada de diánetro templado enérgi canente 98 Curvas de enfrianiento superficial, estructura fina y dureza de los distintos redondos de acero de 0.452 de carbono, colocados sobre el correspon diente diagrarna T.I. 99 Curvas de penetración de tenple de diversos redon dos templados en agua. 100 Principales etapas y fornaciones que sufren los ceros en FIGIJRA 32 un el 104 vs temperatura para un acero H-13 revenido a distintos tiempos Dureza del acero FIGURA 33 Curva maestra para e1 revenido FIGTJRA 34 Representación esquenática de las transfornacio nes nicroscópicas que ocurren en el trataniento de un acero rápido. FIGURA 35 a revenido Expansión H-13 118 119 LzL y contracción de un acero durante el Tennple. L24 xv FIGURA carbono sobre las variaciones dinen sionales debidas a los canbios microestructurales 36 Influencia del del acero FIGIJRA 37 Distribución instantánea de 1a temperatura en un cilindro durante e1 enfrianiento L25 L28 FIGURA 38 Piezas que fallaron por diseño inadecuado L43 FIGURA 39 Piezas que fallaron por diseño inadecuado L44 FIGI]RA 40 Ejemplos de diseño correctos de partes r47 FIGURA 41 Ejemplos de diseño correcto de partes 148 FIGURA 42 Ejemplos de diseño correcto de partes L49 Ejemplo de diseño correcLo de partes 150 FIGURA 43 FIGURA 44 Esquema de los tratamientos Isotérmicos 153 FIGURA 45 Proceso de enfrianiento de cuatro piezas de acero idénticas, en agua, aceite, baño de sales y aire' en los que se señala el principio y fin de la transformación de austenita en martensita. 155 FIGURA 46 Curso de la tenperatura en e1 temple en baño FIGURA 47 Curso de la FIGURA 48 Aplicación del diagrama TTT isotérmico del acero Ll/ 1403 a1 temple bainltico. FIGURA 49 Curso de caliente la Temperatura en e1- tenple bainíttrco Temperatura en xv l_ el recocido Isotérmico 159 166 168 L7t FIGIIRA 50 FIGT]RA 51 FIGURA 52 FIGURA 53 Dimensiones del crisol. Dimensiones del- Forma cil-indrica 222 crisol. 226 Distribución de 1as resistencias alrededor del crisol. 228 surface loads ít l{/¿s,2 and W/sq-in for Kanthal and Nikrotal heatinh elenents in industrial furnaces 232 Recomended FIGIIRA 54 Dimensiones de los espiras de las resistencias 233 FIGIIRA 55 Dimensiones de los ladrillos tipo recto 237 FIGURA 56 Dimensiones para FIGURA 57 to. standard el primer arreglo de1 aisla¡nien 238 Dimensiones para e1 segundo arreglo del aislanien 24L LO FIGURA 58 Dimensiones del aislamiento en l-a cubierta ral del horno late 243 FIGURA s9 Detalle de la soldadura en el fondo de1 crisol 250 FIGURA 60 Detalle de 1a unión de1 anillo del crisol 254 FIGURA 61 Flexión en el aro superior FIGURA 62 Area resistente en del crisol FIGURA 63Deta11e 257 la agarradera de extracción 260 de unión de agaraderas xvr1 al anil-lo del crisol 262 FIGURA 64 Area resistente de agarraderas para transporte de horno 270 FIGIJRA 65 Alojaniento de caja recibidora de sa1 275 FIGURA 66 Ruedas caja recibidora de sal 277 FIGURA 67 Tenperatura en grados centlgrados en la cubierta superior a una hora de encendido el horno 282 FIGURA 68 Temperatura en grados centígrados en la cubierta superior a dos horas y nedia de encendido el hor no FIGURA 282 69 Gráficas de dureza vs distancia para probetas de acero AISI 01 FIGIJRA 70 Gráfico de dureza vs distancia para probetas acero AISI FIGURA 292 293 71 Gráfico de dureza vs distancia para probetas acero AISI de D3 P20 de 294 xviii LISTA DE PI.ANOS Pás' PLANO 1 Seccl-ón deL Horno 334 PLANO 2 Carcaza 335 PLANO 3 PLANQ 4 Aro lateral PLANO 5 cilindro PI.ANO 6 Crisol PLANO 7 Refuerzos PLANO 8 Porta-Resistencia F Resistencl-a PLANO 9 PLANO 1 PLANO 1 PLANO '1 2 Conexión de resistencla 34s PLANO 1 3 Instalación de resistencias 346 PLANO 14 Caja receptora de sal 347 PLANO 15 Ruedas - maniJa- SuJetador ruedas 348 Agarradera alta-Agar:radera superior-Fondo deI Crisol ba j a, Aro soporte materiaL 336 33T 338 det crisol 339 Agarraderas det Horno Cubierta inferior de Soporte 340 34L - Vaciadero 343 0 Cubierta superior 1 Soporte para cubierta - terminal resistencia x1x de 344 LISTA DE TABLAS Pag. raturas usuales en el de los aceros a1 carbono normaL i zado TABLA 1 Tenp TABLA 2 Med TABLA 3 Colores de revenido de los aceros IL7 TABLA 4 Variación dimensional y distorsi6n r26 TABLA 5 TemperaLura deI AustemPering Y Marten L62 TABLA 6 Temperatura de 1os baños para algunos tipos de aceros de empleo frecuente 163 TABLA 7 Propiedades de un acero 1095 tratado por tres métodos L69 TABLA 8 Composición 1 Temperatura de fusión de ittifización de diversas sales 180 TABLA 9 Intervalos de Lemperatura para la aplica ción de los baños a sal DURFERRIT 181 TABLA 10 Mezcla de sales comerciales per e ios de temple y sus aPlicaciones ing 59 95 190 TABLA 11 Especificación AISI para aceros He TABLA L2 rramienta de 198 s sic ión temperaturas de 1os aceros herramientas normal-izadas en Estados Compo de r99 Unidos Los aceros de herra mientas para trabajos en frlo normalizados 2LL en Alemania. TABLA 13 Composición qulrnica TABLA Steel for Structuras and General Engineering 212 ring Purposes (IS0 630) and 1052 T4 de TABLA 15 Carbón Steels (IS0 683 Port I and 4) 2L4 TABLA 16 Carbón Steels (TS0 683 port 1 and 4) 2L5 TABLA L7 Aceros de herramientas propuestos por ISO 2t6 TABLA 18 Medidas de aproximación para crisoles 225 TABLA Valores de resistencia para varios elec trodos 254 TABLA 20 Result,ados de1 tempLe del acero AISI D3 285 TABLA 2L Resultados de- tenple del acero AISI ( acero p1-ta ) 01 TABLA 22 Resul-tados de1 temple del acero AISI 9840 287 ]-9 xx]- 286 TABLA 23 Datos de dureza para los probetas Arsr 01 (ASSAB/DF-?) 29s TABLA 24 Datos de dureza para las probetas AISI D3 297 TABLA 25 Datos de dureza para las probetas AISI P20 xx]. r_ 299 LISTA DE ANEXO 1 ANEXOS Hoja Material del Acero AISI 01 310 ANEXO 2 Hoja I'laterial- de1 Acero AISI D3 314 ANEXO 3 Hoja Material de1 Acero AISI PzO 318 ANEXO 4 Hoja Material del Acero AISI 01 322 ANEXO 5 Hoja Material ANEXO 6 Hoja Material del Acero AISI de1 Acero AISI H-l3 xx]-11 H2 326 330 AGRADECIMIENTOS Los autores expresan sus agradecirnientos a: Superintendente de1 Centro de Asistencia Técnica a 1a Industria (ASTIN) de1 servicio Nacional de Aprendizaje (SENA). MARIANO BENAVIDEZ, S, Jefe de1 Area de Materiales de1 Programa de Ingeniería Mecánica en 1a Corporación Universitaria Au tónoma de 0ccidente, y Presidente del- Proyecto ' HECTOR SANCHEZ Todas aquellas personas que en una u otra forma colaboraron en 1a real ízací6n de1 presente trabajo especialmente con e1 suninistro de información y de observaciones a1 texto. Y OPERARIOS de1 Centro de Asistencia Técnica a 1a Industria (ASTIN) del SErvicio Nacional de Aprendízaje-SENA'. que colaboraron en 1a construcción del horno para tenple por baño de sales. TECNICOS x1v NUESTRAS FAMILIAS RESUMEN se presentan l-as bases necesarias para un mejor entendi miento sobre 1os Lratanientos térmicos en los primeros cuaLro capítulos que tratan el- diagrama de equilibrio hie rro-carbono, 1os constituyentes microscópicos de los ace ros, la influencia de 1os elementos de al-eación en e1 ace ro y 1os diagramas de tenperatura tienpo transforma ción. En 1os capítulos 5 y 6 se hace un estudio a fondo de los tratamientos térnicos del acero y se estudian l-as fa11as que puedan presentarse. Unicanente se tratan el normaliza do, recocido, temple y revenido de1 acero. E1 capítul-o siete estudia l-os tratamientos isotérmicos ' principalnente el- martempering, aust,empering y e1 recocido isotérmico; 1as sales para enfriamiento en e1 tenple y 1os tipos de hornos que puedan usarse en este tipo de tratamien tos. xxv t- Es irnposible realizar un adecuado tratamiento térnico a una pieza si no se conoce e1 tipo de acero de que está e1la construída. En e1 capítulo ocho se clasifican pecifican los aceros según las normas AISI/SAE y las y se intenta hacer una primera clasificación ma internacional y es DIN según la nor IS0. Todo 1o referente a1 diseño de1 horno está Lratado en el capítulo nueve: fijan unos parámetros que perniten efec Luar un dinensionado de a1-gunas de l-as partes de1 horno, se realízan 1os cálculos para obtener e1 diámetro de la re sistencia y la cantidad requerida de éstar s€ realizan cálculos de Lransferencia de calor para los arreglos ofrecen nayores ventajas en cuanto a su eficiencia, 1os que y, fi nalnente, s€ hace un conpleto diseño mecánico de 1as partes o de 1os elenentos que estarán más exigidos en su resisten cia o rigidez. En los capítul-os 10 y en las conclusiones se comprueba y concluye sobre 1as condiciones esperadas, tanto en e1 fun cionamiento del horno como en 1os tratamientos térmicos de Lemple en é1 reaLizadosi para 1o cual se efectúan temples a tres tipos de acero en dos medios diferenLes: aceite, sea el tenple ordinario y baño de sales o martempering. xxvl_l_ o INTRODUCCION El desarrollo tecnológico de1 país obliga a que permanente mente se desarrollen avanzados procesos de producción sobre todo de bienes de capital. Somos l-os futuros ingenieros 1os que tenemos que afrontar este reto, contribuyendo en 1a medida de nuestras posibilidades a1 nejoraniento econó mico de nuestra sociedad. E1 Servicio Nacional de Aprendizaje SENA, como entidad ofi cia1, cumpliendo con uno de sus objetivos, ha querido brin dar su apoyo en e1 desarrollo de este proyecto a través su programa de AsisEeicia Técnica a 1a Industria ASTIN, de buscando a1 mismo tiempo que dicho programa de respuesta una necesidad sentida en 1a región. a A1 Astin 1e correspon de encargarse de 1as necesidades de fabricación de produc tos o elerhentos de máquinas especial ízadas que impliquen asinilación, adecuación o desarrollo de nuevas tecnologías que cont.ribuyan a enriquecer 1as experiencias y conocimien tos de 1a rnstitución para incorporarlas a1 proceso educa tiv.o a través de 1os instructores que son 1os encargados de su difusión en el medio empresarial. E1 extenso campo de los tratamientos térnicos permite que se desarrollen nuevas técnicas r s€ mejoren las existentes o se implanten oLras hasta ahora no utilizad,os en nuestro medio. Actualmente e1 tratamiento térmico necesario para 1os aceros destinados a partes de maquinaria se realiza con venientemente, aunque en 1a mayoría de l-os casos por néto dos @iricos y por personal sin ninguna preparación técnica especial, só1o algunos talleres especializados, con tecnolo gía y maquinaria extranjera, estos Lrabajos. rea1-izan con cierta garantía, Cuando se requieren trabajos de tenple para herramientas como troqueles, moldes, cuchillas, etc. los métodos convencionales no prestan una conpleta garanLía, tanto por 1a dureza obtenida como por 1as distorsiones y Lensiones generadas en 1as herranientas que 1as hacen prác ticamente inservibles a corto pLazo. E1 horno de sales tiene cono función 1a de realízar en e1 tratamienLo isotérmico en 1os aceros y este proyecto en par ticular cenLra e1 análisis TEMPERING'r o de experimental en e1 proceso ttMAR ||MARTEMPLADOfT como 1o denominan algunos au tores. E1 presente trabajo busca establecer 1os fundamentos teóricos para 1a realización eficaz de 1os tratamientos térmicos; para con e11o dar respuesta a la necesidad de un texto guia que sirva para que e1 personal adquiera bases teóricas para su trabajo. Muestra e1 proceso de diseño, fabricación y por baño de puesta en marcha de1 horno para enfrianiento sales y finalmente, establece diferencias, para tres tipos de aceros, entre el- enfriamiento en baño de sales y en acei te. DIAGRAMA DE EQUILIBRIO HIERRO_CARBONO 1.1 INTRODUCCION Muchas de las propiedades de 1os aceros, así como su micro estructura pueden explicarse a partir del- diagrana hierro- carbono; es de especial interés en e1 análisis de las trans formaciones cuando se realízan tratamientos térmicos. E1 diagrana se refiere, en realidad' a1 diagrana metaesta b1e hierro-carburo de hierro (Fe3C). El grafíto table que 1a cenentita' es nás es y bajo condiciones apropiadas, la cementita se descompone para formar grafito (carbono)y hie esta desconposición se realiza a temperatura anbiente al cabo de nucho tiempo e incluso a 7O4eC (l-3004F) tarda va En los aceros ordinarios rios años en forrnarse grafiLo*. rrO, esta descomposición casi nunca se observa porque 1a nuclea ción de 1a cenentita (Fe3C)en el hierro sobresaturado con carbono, ocurre mucho más facilmente que 1a nucleación de1 H. Introducción a 1a Metalurgia Física Mexico, Mc .Graw Hi11, 1.981-. p. 234 AVNER, Sydney así, cuando e1 carbono se precipita desde 1as so luciones s6lidas de1 hierro alfa (cúbico centrado en e1 cuerpo) o gamma (cúbico centrado en las caras) el precipi grafito; tado resultante es casi siempre cenentita o algún otro car buro y no grafito, es nuy estable y puede ser tratada para propósitos prácticos cono una fase de equilibrio. Se obser va entonces que el diagrama de equil-ibrio no es tal en to do el sentido de la palabrá, puesLo que el térnino equili brio inplica la inexistencia de un canbio de fase con el tienpo; aunque a partir del- Fe3C puede fornarse grafito' sea una fase meta esto no impide que el carburo de hierro estable; por l-o tanto, e1 diagrana hierro-carbono aún cuan do teóricamenLe representa unas condiciones metaestables se púede considerar que en condiciones de calentamiento y enfriamiento relativamente lentas representan canbios de equilibrio. L.2 HIERRO PURO E1 hierro es un netal alotrópico, 1o que de presentarse en diversas variedades talinas, depend iendo de el que adopte una u significa que pue estructuras cris otra, de La tenpe ratura a que se encuentre. E1 hierro puro solidifica a1 15354C y sufre Lres modifica . 12 f I.T 'tlrrro d ¡¡loo ralo IF Hl¡rro l\¡', -?c?\' Fqo' rf riamienlo f too0 14!"h rra . t500 c4 At l oC [t3tt I t6¡t5 ffi ,¡iJ# l)-4 Colenlomienlo Hierro d ñl L 20 40 60 8() Ninulot FIGURA 1* Curvas de Enfriamiento y Calenta¡riento Hierro puro. de1 ciones durante su enfrianienLo hasta La temperatura ambien te. Desde 15354C hasLa 14004C (punto crítico A¿) existe cúbica centrada (B.C.C. ) o hierro Desde 14004C hasta 8984C posee 1a estructura en 1a forma cristalina delta ( E ). cúbica de caras centradas ( F. C. C. ) llanada hierro que no es magnética. A los 8984C (punto crítico gamma Ag) (y se transforma e1 hierro alfa ( cp ), otra vez cúbico centrado y también es no magnética. El hierro alfa se convierte en ferromagnético a1 enfriarse por debajo de 1os 7504C (punto crítico AZ) (ver figura 1). Los puntos de transformación del hierro se simboli-zan con una letra A (Ar.ret-Detención) y una letra C (Chauffage-ca lentamiento) y una letra R (Refróidissement=enfriamiento) * APRAIZ BARREIRO, José. Tratanientos Térmicos Térmicos de los Aceros 8 ed. Madrid, Dossat, p. 33 ) Los puntos en que se producen 1as transformaciones durante e1 enfriamiento son algo más bajos que aquellos que ocurre el calentamiento. Es decir, que los puntos Ar son' en neral, inferiores a los A. i 1a diferencia de temperaturas que 1os separa se llama histérisis . ge térn'ica y es por tanto mayor cuanto más grandes son las velocidades de enfriamien to; en los aceros a1 carbono esta diferencia es de unos 1.3 404C. ZONAS DEL DIAGRAMA HIERRO-CARBONO Af alearse el hierro con e1 carbono se desplazan las peraturas de soLidiilificación tem y transformación hacia valo res tanto más bajos cuanto mayor es e1 calentáni€ntó de car bono. Aparecen además 1os puntos críticos o de detención Act y Ar1 Que corresponden, respectivamente, a La formación de 1a solución gamma (austenita) a partir de la perlita. El punto de equilibrio A1 es 7234C. En el diagrama hierro carbono (ver figura 2), las 1íneas contínuas y 1as denominaciones de 1as estructuraS se refie ren a1 sistema netaestable, y 1as 1íneas de trazos, a1 esta 1as b1e. En las aleaciones Fe-C que no contienen silicio, transformaciones se realízan según e1 sistema metaestable, y solo con grandes contenidos de Si, del orden del I% y de friamientos muy lentos se produce 1a solidificación en es tas aleaciones en e1 En e1 sistena esta sistema estable. b1e no se encuentra el carbono en forma de compuesto o fa se cementita (Fe3C) sino como grafito. ' Las transformaciones que se analizarán ahorar''s€ refieren aI sistema meLaestable. Las l-íneas que separan entre sí 1os distintos campos son 1ímites de transfornación de unos constituyentes estructurales en otros. Por encima de 1a 1ínea ABC es todo líquido; recibe el nombre de Línea de Lí quidus. Por deba jo de e11a co¡nienza 1a sol-id j-f icación de1 caldo a 1o largo de un intervalo de tenperaturas. Só1o en e1 hierro puro y en el líquido de 1a aleación autécLica (a leación con 4.37. de carbono) se produce 1a solidificación de una sola vez, a temperatura constante; en el caso de la aleación eutéctica se obtiene una estructura del só1i-do de nominada rtledeburitatr. de la aleación autéctica se 11a E1 punto de solidificación ma ttpunto eutécticorr, y 1a temperatura de solidif icación es ttLa Tedrperatura eutécticarr o temperatura de sol-idificación de1 eutéctico (11304C) a 1a que corresponde en e1 diagrama una La reacción que en e1la se desarroll-a recta horizontal. CS: Líquido y enfrianientg ca 1 entami ent l* o Fe 3C se Salvo las dos excepcioneS nencionadas, 1a solidificación produce en todas las aleaciones a 1o largo de un lnLervalo de tenperaturas. Por debajo de 1a 1ínea ABC, se producen primeramente a partir de1 1íquido soluciones só1idas F6C (soluciones delta o gamma), mientras que al a|canzar la 1í nea CE sol-idifican también 1os cristales de cementita (Fe3C). por A 1o largo de la 1ínea AHJEC ternina la solidificación, 1o que se 1e 1lama ttLínea de solidusrt, Después de 1a solidi La estructura está constituída debajo de 1a 1ínea AE por solución só1ida gamna; bajo 1a EC por solución só1i-da gamma, cementita secundaria y ledeburita; y más alla de C, ficación. por cementita prinaria y ledeburita. A partir de aquí con tinúan 1as transforrnaciones en estado só1ido. Considerenos ahora la parte del diagrama situada en el ángu 1o superior izquierdo de la figura 2' , la cual se muestra en forna ampliada en 1a figura 3' . Esta parte se denomina región delta y aún cuando su valor industrial es muy peque ño ya que no se efectúa ningún tratamiento térmico en este intervalo de temperatura, conviene analizarLa para una ma yor información y comFessión de 1as transformaciones presen tes en e1 diagrama. Se observa.la 1ínea horizontal corres pondiente a la temperaLura de I492eC como 1a línea de una 9 Univcrsidod rsr0n0m0 de Occlünl¡ Sección Bibliofeco c orbono 6 en I porcentoje de ro ólomos t4 t? oC r539 t492 lquidus; comianzo o solidific r400 r300 ,lorl. 'r',',"Jtl, lineo hlcno grofito r200 noo ¡ooo 900 o (t ó c 800 C¡ C' E ALC' C' o (, 0 lineo 725oC dc 700 tronsformocion 600 E o Ig 5@ o FIGURA Diagrama de equilibrio hierro-carbono y Schramm, K1aus. Temple del Acero. Madrid' Aguilar ' I.972. p. 4A WANKE, Klaus 10 Líquido + t e nf riami ento calentamient La náxima soludibilidad V o del carbono en el hierro delta (BCC) es 0.17, de c, mientras que el hierro ga¡nma (FCC) di suelve e1 carbono en una proporción nucho mayor. Veamos 1a influencia que ejerce e1 carbono en 1a transformación alotrópica. Cuando se adiciona carbono a1 hierro 1a tem peratura de transformación alotrópica pasa de 14004c I.4g2ec para un contenido de carbono de 0.102. a La línea horizontal por PS se presenta a los 7234C. Esta 1ínea corresponde a 1a temperatura de formación de1 eutec toide, y a1 alcanzarse en un enfriamienLo lento la fase ga mma debe desaparecer. La ecuación de la reacción eutectoi de que se desarroll-a puede expresarse por: v l"lezcla Eutec toide (Perlita) enfriamiento ca1 oc +Fe3c entamiento En función de1 contenido de carbono suele dividirse el dia grama hierro carbono en dos partes: Una que cunpiende las aleaciones con menos de 2% de carbono que se llaman aceros y otra integrada por las,.aleaÓÍones con más de 27" de C, las cuales se llaman fundiciones. A su vez' la región de los aceros se subdivide en otras dos: Una formada por los l1 ace reoccion oeritdctico f *liquid¡ * )" t6ooc c ,¡155S I (o.Sdlo) NT lsoo :'7 /tpñ r f,+ oustcnito r400 I ¡l r300 Oo/o e.ZOo/o O.4Oo/o 0.600¿ .* FIGURA 3" Régión delta de1 diagrama hierro-carbono ros cuyo contenido eR carbono es inferior a La correspon diente a 1a composición eutectoide (0.82 de C), 1os cuales Se 11anan aceros trhipoeutectoidesrr, y l-a otra compuesta por los aceros cuyo contenido se encuentra entre 0.8 y 2% y que se conocen por aceros Thipereutectoidesfr. Un acero hipoeutectoide contiene ferrita y perl-ita mientras un acero hipereutectoide cqntiene cenentita y perlita' Finalnente estudiemos 1a parte correspondiente a los aceros en el diagrana hierro carbonor la cual será de náxina utili dad en e1 posterior n AVNER, 0p. Cit, PP 24O Y' 244 L2 Toc Alcocion I o.2 f.o Accroo 0.8 Accro6 hipercutecfoidce hipocutectordc! Porcc ntoic FIGURA 2. cn pelo de I I corbono Parte Correspondiente a 1os aceros en eL diagra na hierro-carbono. estudio de los tratamientos térmicos; para esto tomenos e1 ejemplo que presenta Avner en su ttlntroducción a 1a Metalur gia Física tt. una aleación tal como la nostrada en la fi gura 4, la cual es un acero hipoeutectoide de O.2Z de C. En 1a región austeníttca esta al-eación está constituída por homogénea, cuyos granos una solución só1ida intersticial contienen O.207" de carbono disuelto en 1os espacios intera tómicos de la estructura cristalina 13 del hler'ro gaEna-. Al- descender la temperatura no sucede nada hasta e1 punto x1 sobre l_a línea GJ,1-a cual recibe el nombre de línea de temperaturas críticas superiores correspondiente a 1a zona hipo hipoeuLéctica y se representa por A3. 9074C 1a estruc tura cúbica de caras centradas e1 hierro puro pasa a ser, por 1a transformación alotrópica, cúbica de cuerpo cenLrado, dismi nuyendo la temperatura a que se verifica esta transfornación a1 aumentar el contenido de carbono, . según indica 1a 1ínea A3. Porl-o tanto, en X1 comienza a fornarse ferrita a espen sas de la austenita. como la ferrita puede disolver muy po ca cantidad de oarbono, para que 1a austenita pueda transfor narse en ferrita es preciso que primeramente e'l carbono aban done 1a solución para que 1os átomos puedan reagruparse según una red de cuerpo centrado. El carbono liberado de la solu cíón se disuelve en la austenita residual de tal modo Qü€, conforme progresa e1 enfriamiento y se forman nuevas cantida des de ferriLa, La austenita residual se enriquece cada vez más en carbono de acuerdo con los contenidos indicados al recorrer en sentido descendente 1a 1ínea A3. Finalmente, en e1 punto X2 1a ordenada de la aleación corta a 1a Línea hori zonEa1 AJ, 1a cual se denomina de tlt.emperaturas críticas j-n correspondiente a 1a región hipoeutectoide y se representa por A1. Esta 1ínea indica la mínima temperatura a 1a que puede existir hierro gamma en condiciones de equili f erioresrt brio. Toda 1a austenita residual se transformará en perlita de acuerdo con la reacción eutectoide: T4 Austenita enf r iami en to calentamiento ..Ferrita+cementita,, perlita E1 carbón liberado de 1a solución precipita -1ámina de cementita (carburo de hierro), en forna de reagrupándose los átomos de hierro situados en 1as zonas ocupadas anteriormen te por dicho carbono y precipitando cono l-aminillas ferrita. La reacción se desarrolla, vamente 1áminas de cementita y ferrita de fornandose alternati (ver fÍgura 5) y dando una mezc1-a muy fina, 1l-a digital simil-ar en su forma a una hue y conocida como perlita, 1a m j.croestructura de1 acero prácticamente no varía durante su enfrianiento desde X2 hasta 1a temperatura ambiente y está constituída aproximadamente por un 757" de ferrita libre o proeutectoi de (fornada entre las líneas A3 y A1) Y por un 25% aproxi madamente de perlita (Fornada por transformación de la aus teniLa a 1a Lemperatura Af). E1 proceso de enfriamiento dentro de cualquier otro acero hipoeutectoide es exactamente igual a1 descrito, unicamente 1as cantidades de ferrita y perlita variando formadas. Cuando mas se aproxime el contenido de carbono de la alea ción de la composición eutéctica tanto mayor sefa 1a canti dad de perlita presente en 1a'microestructura. Consideremos ahora el caso de una aleación cono la 2 15 (ver Lineo de ouslen¡lo FIGURA 5* Representación esquenática de l-a formación y cre cimiento de la perlita. cual es un acero hipereutectoide de IZ de C. en la región austenítica, 1a aleación está formada por solu ción sólida y honogénea, cuyos granos contienen un lZ de car figura 4),1a bono disuelto intersticialnente. Al- descender con l-entitud 1a temperatura de la aleaóíón no sucede nada hasta que su ordenada corta un X3 a la línea CJ. Esta 1ínea se denomina ttLíneas de temperaturas críticas superioresrf' correspondien te a l-a zola h.ipereutéctica y se representa por Acm e indica la cantidad máxima de carbono que a cada tenpera AVNER op. cit, p. 242 16 tura puede disolver 1a austeniLa. Por encima de la 1í nea A.r, 1a austeniLa constituye una solución sólida insa turada. En los puntos situados sobre e1la ta1 como el X3, la austenita conLiene 1a cantidad náxina de carbono que pue de disolver, Dor 1o que.la solución se encuentra saturada' A medida que desciende la tenperatura que puede disolver 1a solución disminuye de acuerdo con 1os valores dados por la 1ínea A.r. Por 1o tanto, al descender 1a temperatura de X3 a X4 el carbono en exceso no disuelto en la austenita precipita en forma de cementita depositándose principalmen te en los,contornos de grano. Finalmente r efl X4 1a tenperatura de lá .aleación es 1a cor rrespondiente a1 autectoide. La 1ínea sobre la que se en cuentra X4 se denomina trLínea'de temperaturas críticas infe riorestt, y se designa por Agt. La austenita residualr Qu€ representa aproximadamente e1 96.57" del material total de 1a aleación, y cuyo contenido de carbono es un o.8i¿' sufre ahora 1a reacción eutecLoide, formándose perlita de acuer do con e1 proceso descrito anteriormente. A la temperatu Ta ambiente 1a microestructura de 1a aleación está compues ta aproxirnadamente por un 96.57" de perlita (f ornada Por transformación de la austenita a la temperatura Orr) y por una red de aproximadanente un 3.5% de cementita libre o proeutectoide (formada entre las 1íneas Acm y A31). t7 Entre 1as líneas de temperatura crítica superior A3 Y Ac', existe una diferencia fundamental, y es que en la primera de ellas se presenta una transformación alotrópica, nien tras que en la segunda solo tiene lugar un cambio en la lubilidad de1 carbono. 18 so 2 2.L CONSTITUYENTES MICROSCOPICOS DE LOS ACEROS CONSTITUYENTES ESTABLES (ESTRUCTURAS DE EQUILIBRIO) Los constituyenLes estables a températura anbiente partien do de 1a ausLenizací6n o fase de equilibrio ttAustenitafr, se guida de un enfrianiento Perlita, 1ento, son: Ferrita, Cenentita que son 1os constituyentes característicos de y 1os aceros recocidos. 2.I.I Ferrita de hierro alfa o delta con estructura cúbica de cuerpo centrado. Es e1 constituyente más bl-ando, siendo prácticamente hierro puro dado e1 pequeñísimo porcentaie Son cristales de carbono qqe disuelve; como se deduce de1 diagrana de' equilibrio, puede contener 0.10% de C a L492oCr0.O25% de C a 723aC y menos de 0.006% a la Lenperatura ambiente. La zorra de estabilidad de 1a ferrita esUá delinitada en e1 dia grama de equil-ibrio GPQ y AHN por el eje de ordenadas y 1as 1íneas (ver figura 2). La ferrita tiene una resistencia a la tracción de unos 30 Kg/nnz, una dureza brinell 19 de 85 a Univcrsidod Lul0n0m0 de Occidcnla Secrión Bibliofero 90 unidades y un alargamiento de1 357.,. 2.1.2 Cementita Es el constituyente nás duro y frágil de l-os aceros al car , aLcanza una dureza de 68 Rc, Es un carb'uro de hie rro con 6.672 de carbono, 1o que corresponde a una fórmula quínica Fe3C; es magnética a 1a temperatura ordinaiia' pero bono pierde su magnetísmo a 2184C, como e1 contenido de carbono (6.672) es muy superior al 2% que es elmáxino para que el ma se llane acero, nunca se encuentra como único consti tuyente estructural; siempre va acompañado de otros que ge terial neralmente son ferrita o Perlita. directamente del- 1íquido Cuando la cementita solidifica 11anan frcementita primariatt y cuando 1a precipitación se se produce a través de 1a austeni.ta, se 1e denomina ftcementi- ta secundariarf, La que se precipita en 1os cristales de la solución só1ida al-fa como ccrsecrwia de 1a variación de la solubilidad del carbono ¡ €s l-a denoninada frcementita tercia riart. 2.t.j Perlita Es un constituyente autectoide formado por capas alternas 20 y carburo de hierro (cenentita). de hierro al-fa (ferrita) Es de composición quínica constante y definida y contiene aproximadamente 7 part,es de Fe y una de Fe3C, Qu€ correspon den a 12,8% de Fe3C y a 87,22 de Fe y a O.83% de C y 99.17' de hierro. La perlita no es una fase, sino una mezcla de por de fases, y se encuenlra en e1 diagrana de equilibrio bajo de la línea PSK (ver figura 2) como denoninación de una forma especial de mezcLa de los verdaderos constituyen tes de equilibrio, ferriLa y cementita. Tiene una resisten cia a la tracción de 80 k9/nnz y un alargamiento de1 LsZ aproxi-madamente; tiene propiedades mecánicas intermedias entre las de las dos fases que 1a constituyenr €s más blan da y dúcti1- que 1a cementita, pero nás dura y resistente que l-a f errita. Esta suele clasificarse, según e1 espesor de las 1áminas, en ttp"rlita gruesatt con una dureza de 22O brinelL y 1a ttPer lita fina'r, gu€ se obtiene cuando se enfría dentro del hor no bastante rápidamente o cuando se deja enfriar a1 aire; tiene 300 brinell 2.2 el acero de dureza. CONST]TUYENTES METAESTABLES (ESTRUCTURAS FUERA DE EQUILIBRIO. Si en Lugar de dejar enfriar el acero lentanente; eq someLi do a un enfriamient,o más o menos rápidor s€ fijarán 2L a la temperatura ambiente, los siguientes constituyentes: Auste nita, MartensiLa, Bainita, Troostita y Sorbita, eü€ son constituyentes Lípicos de 1os aceros tenplados. 2.2.I 1os Austenita Es una solución só1ida de carbono en hierro gamma. Puede conLener desde 0 a L.7i4 de carbono y es, por 1o tanto constituyenLe de composición variable. se encuentran formados por cristales un Todos 1os aceros de austenita cuando calientan a temperatura superior a las críticas se (Ac3 o A.r). Aunque generalmente es un constituyente inestable, se puede obtener esta estructura a la temperatura ambiente por un en frianiento o rápido de aceros de alto contenido en carbono de muy alta aleación, como los cromo níqueles inoxidables y 1os aceros altos en nanganeso (Mn=12%) aparece 1a ausLeni ta a la temperatura ambiente por simple enfrianiento a1 ai re. Su resistencia es de 88 a 105 kg/nn2r sü dureza de 300 bri nell y su alargamienLo de 30 a 607". Es no magnética, blanda, muy dúcti1 y tenaz. Tiene gran resistencia a1 desgast,e, siendo e1 consLituyente más denso de 1os aceros. La Austenita que permanece sin ser Lransfornada después 22 de riamiento se denomina ttAustenita retenidatt. ESta se encuentra fijada en la natriz de la martensita. Adenás enf de reducir al dureza de la herranienta después del enfria miento, 1a austenita retenida puede provocar fragilidad sise transforma en martensita (No revenida) debido a la acción de tensiones mecánicas durante 1a operación de 1a herramien ta. 2.2.2 Martensita Es el- constituyente típico de 1os aceros templados. Se ad mite que está fornado por una solución só1ida sobresaturada de carbono en hierro alfa, y se obtiene por enfriamiento tá pido de 1os aceros desde alta temperatura. Su contenido en carbono puede variar generalmente desde pequeños porcenta jes hasLa L% de C y algunas veces, en los aceros hipereutec toides, aún suele ser más elevado, En 1a formación de per lita se precipita e1 carbono disuelto en la red gamma antes de que ésta se convierta en la alfa. En la fornación de mar tensita no hay tiempo para que el carbono salga de la red, por 1o que quedan atrapados los átonos en la red alfa, se forma por un proceso complicado de cizaLlaniento, Qüe sobre saturándo1a y produciendo tensiones inLernas elevadas. este hecho se basa la posibilidad por el tenple. En de endurecer los aceros El llamado punto de la martensita se encuen 23 tra a unos 2504C,.y por debajo de esta Lemperatura el car bono no puede ya abandónar la red mientras se produce la transformación. Sus propiedades físicas varían con su conposición, aumentan do su dureza, r€sistencia y fragilidad con e1 cofitenido de carbono, hasta un máximo para carbono de 0.9%. Después de los carburos y de la cementita es el constituyente nás duro de los aceros. Tiene una resistencia de 170 a 25O kg/nmz, dureza de 50 a 60 Rc y un alargamiento de 2.5 a O.5%, €s magnética. 2,2.3 Bainita Entre e1 inLervalo de temperaturas a las que puede formarse 1a perl-ita y aquel otro correspondiente a la martensita' Igual que 1a perlita, be que se produzca bainita. ca se forma por nucleación y crecimiento y puede impedirse aumentando 1a velocidad de enfriamiento. La bainita se suele formar en los aceros al carbono por transformación isoterrna de 1a austenita. Este constituyen te se templa hasta una temperatura que quéde en el interva 1o bainlLico, y se mantiene en esta e1 tiempo suficiente ra que 1a transformación sea completa. En algunos aceros 24 pa aleados se forna bainita durante e1 enfrianiento continuo hasta 1a temperatura ambiente. Las estructuras que se consigue enfriando e1 acero entre 450 y 5504C se denomina "Bainita superior" y quella que seforma a temperaturas conprendidas entre 1os 250 y 4004C se denoni na ttBainita inf eriortt. 2.2.4 Troostital Es un agregado extrenadanente fino de cenentita y de hierro alfa. Se produce por enfriamiento d de 1a austenita a velocidad ligeramente inferior a la crítica de temple, o por transformación iso térnica de l-a austenita a temperaturas de 500 a 600eC según sea la conposición de los aceros. Aparéce en 1os aceros enfriados desde el- estado austenítj-co a velocidádes ligeramente inferiores a las de temple y en e1 corazón de grandes piezas en aceite. Sus propiedades físicas son internedias entre 1a martensita y 1a sorbita. Es nagnética. Tiene una resistencia de 140 a L75 kg/nn?r su dureza es 400 a 500 brinell y el alargamiento de 5 aL LO7.. 2.2.2 Sorbita Este constituyente es también llanado rfMartensita Revenidafr. Es e1 constituyente que caracteriza las estructuras de 1os aceros templados y revenidos a elevadas temperaturas. Se gún sea 1a composición química de1 acero, esta estructura aparece entre los 600 y 650qC. La sorbita se ha definido APRAIZ BARREIRO, Aceros, 8ed. José. Tratamientos Térnicos de Madrid DOSSAT L974 p. LzO 25 1os como un agregado fino de cementita y hierro alfa za se estipula entre los 300 y 400 brinell . Su dure y su resistencia entre los 88 y 140 Kg/mn2 y su alargamiento del 10 al 2O7" es el constituyente de náxima resietencia en los aceros. Ét 26 INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACION EN EL ACERO La presencia de elementos aleantes: Cromo, Niquel, Molibde Do¡ Wolframio, etc. no se puede apreciar en el examen ¡ni cróscopico, por ser exactamente iguales a 1as estructuras perlíticas, sorbíticas, etc. de 1os aceros a1 carbono las de los aceros especiales. que En cambio después de idénti cos tratamientos térmicos en 1os aceros aleados se obtienen estructuras diferentes a las de 1os aceros ordinarios de1 mismo contenido en carbono, debido precisamente a la pre sencia de esos elementos especiales. 3.1 MANGANESO Ensancha e1 campo austenítico tos críticos, bajando notablemente 1os pun tanto más cuanto más elevado es el porcenta je de1 elemento. Aumenta 1a penetración de1 temple; dismi nuye los efectos de un sobrecalentamiento durante e1 forja do. Si e1 porcenLaje es bastante elevador s€ produce e1 autotemplado. Su tratamienLo Lérnico es análogo a1 de los aceros al carbono y siempre más sencillo que el aplicado 27 a los aceros al cromo. A1 aumentar 1a proporción de Mn, disminuyen 1a forjabili dad y la soldabilidad. Aumentan la carga de rotura y el 1ínite de elasticidad, y también moderadamente e1 porcen taje de alargamiento. Con elevada proporción de carbono y I3Z de Mn, resisten 1os choques y el desgaste por frota miento. 3.2 SILICIO Reduce el canpo austemítico y no modifica 1os puntos crí ticos. El silicio estabíLíza 1a estructura ferrítica y con la fornación de perliua y fa elevado porcentaje dificulta vorece 1a formación de grafito. Aunenta 1a tenplabilidad a1 disminuir 1a velocidad crítica de enfrianiento. Disminuye la deformabilidad en caliente y en frío. ye 1a soldabilidad. Disminu A1 aumentar su porcentaje, aumentan tenacidad y 1a dureza; después de tratanientos térmicos' con e1 2% de Si, aumentan la resistencia a la flexión y 1a torsión, la dureza superficial Disminuye 1a resiliencia ticas v 1a inoxidabilidad a y resisLencia a1 desgaste. y mejora 1as características en caliente. 28 1a nagné 3.3 NIQUEL bajando 1os puntos críticos; Ensancha e1 campo austenítico da tendencia a 1a formación de grietas intercristalinas. Afina'e1 grano de los aceros aún con enfriamiento 1ento. Produce una estructura perlítica, martensítica o austeníti ca según e1 procentaje. Disminuye las tenperaturas de tenple y recocido con 1o Aumenta 1a tenplabilidad evita e1 sobrecalentamiento. que tiende a estabililizar No dificulta el forjado en caliente o en frío. Los áceros de traba Aumenta la tenacidad. Los disminuye la soldabilidad. aceros con niquel mayor que ción. por 1a estructura ausLenítica. en elevada proporción de níquel son algo difíciles jar; que 57. están indicados para cementa Tienen bastante dureza superficial aún sin tenplar. Con poco carbono y menos niquel son apropiados para bonifi car y dar buen alargamiento. teníticos) Con gran contenido de Ni (Aus tienen gran resistencia a 1a corrosión aún por gases calientes. 3.4 CR0M0 Disninuye e1 campo austenítico. 29 Si e1 porcentaje es mayor Uniwrsidod Áufonomo de Serción BiUis¡s¡s 0ccidcntc Con menos que L}zo 1a estructura es siemp_re ferrítica. cromo y poco carbonor la estructura es perlítica y por e1 temple se convierte en marLensítica. Exige nucho cuidado en los tratamientos térmicos (confrol de temperaturas, velocidad de calentamiento' manera de e fectuar e1 revenido, etc.) E1 forjado se efectúa con calen taniento lenLo; es necesario un normalizado antes del tem p1e. En conjunto ' aumenta 1a capacidad de Lemple. Son difíciles de soldar y de forjar. dan dureza elevadísima. te de elasticidad miento. cia. Después del temple AunenLa la resistencia y e1 l.ími aún a elevadas temperaturas de funciona AlLa resistencia a1 desgaste, moderada resilien Elevada resistencia a La corrosión. Apropiados para imanes permanentes. 3.5 MOLIBDENO Disminuye e1 campo austenítico. Con poco porcentaje (nenor que e1 37.) 1a estructura es perlítica en martensítica' y puede transformarse con grano más fino, después de1 tenple. Con Mo mayor que 32, 1a estructura es martensítica. Mejora 1a templabilidad. Da poca forjabilidad 30 y soldabilí dad. Alta resistencia al desgaste en caliente o en frío; buena resistencia a 1a fatiga y discreta resiliencia. Apro piados para imanes Permanentes. 3. 6 TUNGSTENo (I^¡OLFRAMr0) Disminuye e1 campo austenítico. a1 L87" son aceros autotemplables. Con porcentajes superiores E1 temple resiste reveni. do hasta e1 rojo oscuro. Requiere especial cuidado en e1 forjado y en el temple. La Da notable adición de tungsteno disminuye 1a soldabilidad. dureza, aumento de 1a resistencia y disminución del alarga miento. 3.7 Pasando e1 27' disminuye 1a resiliencia. VANADIO Disminuye e1 campo austenítico. Actúa como desoxidante y nejora 1as propiedades mecánicas. Poco sensible a1 sobre calentamiento, aumenta la estabilidad de revenido. De fácíl necanizado en caliente y en frío' pero muy resis tentes a 1as deformaciones. Se sueldan empleando escorifi cantes. Proporciona un alto 1ímite de elasticidad. 31 3.8 COBALTO E1 cobalto se disuelve en el hierro y ensancha e1 canpo adenás, desplaza los puntos de transformación austenítico; A2 y A3 a temperaturas elevadas. a 1a tracción, Incrementa 1a resistencia e1 1ímite e1ástico, la resistencia a 1a fati Ba, 1a resistencia a1 desgaste, la resistenÓia a 1a corro sión y a1 revenido y, aminora e1 alarganiento, 1a templabi lidad y 1a sensibilidad a1 sobrecalentamiento. Por sus pro piedades e1 cobalto se usa poco en 1os aceros de construc ción, p€ro en cambio se enplea mucho en 1os de herramientas 3.9 ALUMIN]O Se utiliza como elemento desoxidante y afinador de1 grano en e1 proceso de fabricación del acero. Estrecha la región austeníLica, por 1o que los aceros con más del I% de alumi nj-o son ferríticos si e1 contenido de carbono es pequeño. Increnenta 1a resistencia necánica en caliente, cia a la corrosión. 1a resisten Aminora e1 alargamiento, 1a resilien cia, la resistencia a1 desgaste y a 1a fatiga y Ia bilidad. 3.10 TITANIO 32 templ-a 1a obtención de aceros conpac Es un elemento que facilita tos, disminuyendo las segregaciones. Hace que 1a solidi Es un enérgico ficación de 1os lingotes sea acelerada. desoxidante y retrasa considerablemente e1 aumento de1 gra no en e1 trataniento térmico a elevadas temperaturas. Por su fuerte afinidad para e1 carbono, reduce 1a penetración de temple, dado que e1 titanio difiulta 1a dispersión 1os carburos y la formación de cemenLita. 33 de DIAGRAMAS TEMPERATURA TIEMPO TRANSFORMACION 4.T INTRODUCCION Para e1 estudio de 1os tratanientos térnicos, principalmen te el- tenple, normalizado y recoiido de 1os acéros, es nuy útit 1a representación gráfica ideada por Bain y Davenport destacados Metalurgistas de United States Steel Corporation Research Laboratory, llamada por unos curvá .de l-a ttStt, bido a su forma característica y por otros diagrana o curva TTT (Temperatura, tiempo, transforanción) ma de y tanbién diagra de transformaciones isotérmicas de La austenita' gue se ña1a, a diversas temperaturas, €1 tiempo necesario para que se inicie y complete la transfornación isotérnica de 1a aus tenita en otros constituYentes.. Se ha estudiado que la austenita se descompone en ferritay cementita en e1 enfrianientg lento, y origina perlita fina, bainita : martensita en el más rápido. Cono en el tratamien to térmico se intenLan lograr estructuras netalogiáficas que den lugar a 1as propiedades deseadas¡ €s necesario poder pre decir 1a estructura que se formará en un cicl-o dado de tra 34 tamiento. El diagrama hierro-carbono es necesario para esta predicción, pero no es suficiente, porque no inforna sobre las estructuras fornadas en condiciones que no son de absOluto. Las transformaciones que ocurren fue ra del- equilibrio se describen mejor nediante l-os rrDiagra mas Temperatura-tiempo-transfornacióntr, y los trDiagramas de equilibrio enfriamiento contlnuott, que se pueden considerar como dia gramas TTT modificados y co¡no su nonbre l-o indica, s€ refie ren a 1a descomposición de l-a austenita en un enfriamiento contínuo y no a una temperatura constante. La información que proporcionan 1os diagramas TTT sólo es vá1ida para reacciones isotérmicas, pero no cuantitativamen te aplicabl-e a1 tenple y recocido ordinarios, porrque en e1los e1 enfrianiento es contínuo y las descomposiciones se produ cen en un intervalo de tenperaturas. Los diagramas TTT pue para eu€, a1 menos cualitativanente, resul-'. ten úti1es para 1as condiciones de1 enfrianiento contínuo; se ha comprobado que los diagranas del enfriamiento contí den nodificarse nuo son senejantes a 1os isotérnicos, ciones perlítica produciéndose 1as reac a temperaturas algo nás bajas y bainítica necesitando nás tiempo para conpletarse. 4.2 CURVAS DE TRANSFORMACION ISOTERMICA Las curvas TTT tienen formas nuy distintas 35 según la conposi y de 1os aceros, pero fundamental"mente se pueden agruPar en cuatro tipos: Diagramas TTT de aceros aL carbono Eutectoi des, Diagramas TTT de aceros a1 carbono hipoeutectoides, Diagranas TTT de los aceros hipereutectoides y Diagramas TTT de aceros aleados. 4.2.1 Diagramas TTT de Aceros al- CArbono Eutectoides Son los más sencillos y para comprender los principios del de l-os diagramas TTT, consideramos algunas trayecLo rias arbitrarias de tienpo y temperatura (Ver figura 6) emptreo tray..toriu 1: Se enfría rápidanente 1a probeta hasta La velocidad 1604C y se deja ahí durante 20 minutos. de enfrianiento es denasiado rápida Para que se forme perLita a t.emperaturas más elevadasr €rt consecuencia e1 acero per manece en la fase austenítica tura M", en donde camente. comi enza Como 160eC hasta que se pasa la tempera a formarse 1a martensita atérni es 1a temperatura a 1a cual la nitad de la austenita se transforma a martensita, en 1os aceros a1 carbono autectoides, e1 enfrianiento rápido directó con vierte 50% de 1a estructura a martensita, Manteniendo a 1604C solamente se forma una cantidad nuy pequeña de marten sita adicional porque en aceros al carbono sinples la trans fornación isotérmica de La martensita solamente ocurre 36 en Temperoturo eutecto¡de Aus leni to Perlito FIGURA 6* t boinito Trayectorias arbitrarias tenperatura-tienpo so bre e1 diagrana de transfornación isotérnica. una extensión nuy l-imitada. En este punto 1 puede suponer r de acuerdo con 1o anterior, la estructura es mitád hartensita y nitad austeni-ta retenida. se eu€ Trayectoria 2z En este caso, la probeta se mantiene a 2504C durante 100 segundos. Este no es un tiempo suficientemente largo para formar bainita, de manera que e1 segundo enfria E, principios de Metalurgia Física Ed. México, Continental . , 1.980 p.609 REED-HILL, Robert 37 2a. miento rápido d_esde 2504C hasLa 1a Lernperatura ambiente produce una estructura martensitica. Trayectoria 3: Un mantenimiento isotérmico a 3004C durante cerca de 500 segundos produce una estrucLura compuesta mitad bainita y mitad austenita. de Enfriando rápidanente des de esta tenperatura hasta 1a temperatura ambiente resulta una estructura final en de bainita y martensita. Trayectoria 4z Ocho segundos a 600eC convierte completamen te a la austenita (992) en perl-ita fina. Este constituyen te es bastante estable y no será alterado por un mantenimien to durante un tienpo total de 104 segundos (2.8 horas) a 600eC. La estructura fina1, cuando se enfría a temperaLura anbiente r €s perlita 4.2.2 fina Diagramas TTT de 1os ACeros Hipoeutectoides En estos tliagramas hay otra línea más situada a l-a izquier da y por encima de la curva de iniciación de los diagranas eutectoides y que corresponden a la iniciación pitación de 1a ferrita, de 1a preci A3. Esta zona de transformación previa es mayor cuanto menor sea el- contenido de carbono (ver figura 7) 38 Tenroeroturo mds puede formor Sobre esto lineo se comien¿o o formor lo fenito pfoeut 900 Ferrito m que o lerri Austenito n 800 olto lo + A3 / oustenito 700 Temperoturo eutecloide 600 T ( oc) Comienzo lo perlilo 500 ¿loo 300 200 loo O 0.5 I too lo3 ro4 t FIGURA 7*. t05 t06 ( seg) para un acero hipoteutoide: 0.352 carbono, 0.372 manga Diagrama de transfornación isotérnica neso. En la figura 8 se muestran tres trayectorias to, arbitrarias para indicar e1 significado de enfriamien co¡npleto de to das las llneas mostradas. En cada casor s€ supone que las probetas son austenizadas a 8404C, 1o cual es unos 40aC por encina de la tenperatura a la cual la ferrita es capaz de formarse prinero en esta co¡nposición. Trayectoria 1: Se supone que la probeta se enfría instantá neamente a 750oC y se mantiene a esta temperatura por una REED-HILL, op. cit, p 646. 1r') * 39 Unlnnidod Aufooomo de Occidcntr S¡cclón liblioteo hora. Durante el- priner segundo de este tratamiento isotér mico, 1a estructura pernanece completanente austenítica, pe ro al- final de este segundo la curva que designa e1 comien zo de la nucleación es cruzada conenzando a fornarse 1a fe Desde este punto al final de 10.000 seg (2.8 horas) rrita. la estructura queda en la región de dos fases austenita-fe Debido a la gran cantidad de tienpo a esta tempera rrita. fornada deberá ser nuy cerca turar la cantidad de ferrita la pronosticada por el diagrana de equilibrio peratura. No se fornará perlita para esta de tem porque todavía nos encon tramos por enóima de 1a tenperatura eutectoide (723eC) - e1 diagrama se completa l-a trayectoria En I por-un enfrianien to a temperatura anbiente, 1o cual transfornará cualquier austenita dejada 7504C casi completamente a martensita' por 1o que puede suponerse que la estructura final ferrita consiste de y martensita. Trayectoria 2z Se supone que 1a probeta es transformada isotérnicamente a una temperatura por abajo de la eutectoi de, y para este propósito se ha selecóionado 6504C. debido a la á 1a -extrema rapidez con gue se forma la ferrita des de la austenita en esta zona de temPeratura ni siquiera un enfrianiento muy rápido (Tienpo de enfriamiento menor de 0.5 segundos) puede suprimir 1á fórnacíón de algo de ferri ta durante e1 enfriani-ento. Como 40 resultado, 1a probeta co mienza su transformaci-ón isotérmica col¡lo una mezcla de fe y es muy rápida también y la últina conienza a for marse de inmediato. Durante este período, desde unos 0.5 segundos (e1 supuesto comienzo de 1a transformación) hasta rrita e1 final de 100 segundos,_'1a austenita se transforma perlita. en Puede suponerse que La probeta es conpletamente transfornada al- final mezcla de ferrita de 100 segundos y que consiste de una El enfriamiento a la tenpera y perlita. tura ambiente a cualquier vel-ocidad de enfriamiento normal no cambia esta estructura. Trayectoria 3: ta y la ferrita ción inpide 1-a da bainítica. La gran rapidez con que se forman la perl-i en 1a aleación particul-ar bajo considera fornación de una microestructura que sea to un enf riamiento rápido que t o dr',e aún un pe ríodo tan corto cono 0.5 segundos para alcanzat 400eC pasa todavía por las líneas que designan el comienzo de las trans formaciones ferritica y perl-ítica. Esta probeta enfriada rápidamente y mantenlda a 4004C por unos 100 segundos con tiener €tr consecuencia, bainita mezclada con una nequeña Por últlmor ürl enfriamiento cantidad de ferrita y perlita. rápido hasta 1a temperatura anbiente deberá producir una probeta endurecida conteniendo un elevado porcentaje de mar tensita, de ferrita. pero también con pequeños porcentajes inevitables y perlita. 4L 900 Temoeroluro mos ollo o lo Cuol puede fo¡morse Austenito lo 800 C==I 700 I I i I I -;l* T (oC) / \ 600 ferlritq---- Termino lo tro.nsforrnocion Comienzo lo tronlomocion perlitico, I Termino lo trcrsformocion perlilico It 500 I I I 400 --M50 Mr-\--T- I t I I 300 I l¡ -MgO I I I I 200 o.5 I I 3l boinilo roo I I | lo z Ferriro. llltÍjl?.nri,o y Perrr¡o lo6 loo t (seg) FIGURA 8* Trayectorias arbitrarias tenperatura-tienpo bre e1 diagrana isotérnico. 4.2.3 Diagramas TTT de 1os Aceros Hipereutectoides so Tanbién en estos diagramas hay otra l-lnea situada a la íz quierda y por encina de la curva de transforrnación de la austenita y que en este caso corresponde a la iniciación de l-a precipitación Un análisis de 1a cementita (ver figura 9). similar al descrito para 1os diagramas hipoeu tr REED-HILL, op cit, p. 6L6 42 tectoides, puede ejecutarse Para los aceros hiPereutectoi des nostrados en l-a f igura. La diferencia princiPal será l-a naturaleza de1 constituYente proeutectoide, cenentita en lugar de ferrita. 4.2.4 Diagramas TTT de Aceros Al-eados Los aleantes producen generalmente un desplazaniento de las curvas hacia la derecha en proporción a su porcentaje; con excepción de1 cobal-to que la despl-aza hacia 1a izquierda. La figura 10, por ejemplo refleja claramente 1a influencia que tiene l-a composición y e1 porcentaje de elenentos de a leación sobre l-a velocidad crítica de temple. En esta figu ra se observa que las curvas de la frstf se despLazan hacia Ia derecha a1 aumentar el porcentaje de1 manganeso y cromo y, por tanto, las velocidades críticas de temple disminuyen a1 aumentar e1 contenido de elementos de aleación. Como un ejenplo, consideramos e1 acero designado AISI 4340 (ver fi gura 11). Una característica significativa de1 diagrana de transforna ción de este acero es que tanto la transfornación de la per lita como 1a de la bainita exhiben salientes en forna de naÉiz. En e1 sáliente superior, €1 diagrana muestra que e1 tienpo nínimo requerido para formar una cantidad visible 43 Temoe¡oturo mos ollo o lo que lo cemenl¡to formo 900 Sobre esto lineo o formorse comienzo ls qs¡sntito Ausienilo 800 + Temperoturo a¡tectoide cementilo 700 oroeutecloide Termino 600 lo reoccion perl¡t¡co ienzo lo reoccion oerlilico 500 Comienzo T (oC) lo reoccion boinilico 400 300 200 roo o roo to3 t FIGURA 9* (seq) Diagrama de transfornación isotérmica para un acero hipereutectoide: 1. l-32 carbono, 0.302 man ganeso. de ferrita proeutectoide es de unos 200 segundos (6504C) ' y precisamente por debajo de esta temperatura el tiénpo ní nimo para formar perlita minutos). es algo más de l-.800 segundos (30 De la misna manera, el tiempo níni¡no para 1a for mación de una cantidad visible bre 10 segundos a 4.3 de bainita es f-igeranente 4504C. DIAGRAMAS DE ENFRIAMIENTO CONTINUO El diagrama de transformación isotérmica es. una herramien 'F REED-HILL, op. cit, p. 615 44 so Toc 7OO C O.60"/" r- -t7 = O,37o/o o 600 500 400 'a ^ ).3'Oo/^ de Mn 700 600 ,z 'z s00 z'/4 400 Y¿ \ b ).9tc ¡de Mn 700 600 500 400 segun0os FIGURA 10* Curvas de la rf srr de tres aceros de O-60Z de carbono y contenidos variables de manganego' y de tres aceros de O.372 de carbono y conteni dos variabl-es de cromo. ta valiosa para estudiar 1a dependencia de 1as transforma ciones y 1a temperatura. Sin enbargo, las relaciones tem peratura-tiempo delineadas sobre un diagrama de transforma ción isotérnica, son aplicables estrictamente só1o a 1as transformaciones efectuadas a tenperatura constante. Lunadanente muy pocos tratanientos Infor térnicos comerciales ocurren de esta manera. En todos los casos se calienta el !F APRAIZ BARREIR0, op. cit, p. 45 168 800 T loa\ Temoeroluro eulecloide 700 y ferrifo 600 Austeni to 500 Auslenito 400 zl^-ééé' (y boinito \ \ __- 300 200 too o t (dq) FIGURA 1 1* Diagrana de transformación isotérnica de un ace ro de baja aleación (4340): 0.422 de carbono, 0.782 de manganeso, 1.792 de níquel 0.802, 0.332 de molibdeno. Tamaño de grano 7.8. Austenitizado a 15504F (8434C). e1 netal hasta la zorra austenítica y entonces se enfría con tínuanente hasta 1a temperatura ambiente, variando 1a veto cidad de1 erifriamiento con el- tifo de trataniento y con e1 tamaño y forna de la píeza. REED-HILL, op. cit, 63s 46 La diferencia entre los diagramas de transfornación iso térmica y 1os diagramas de enfriamiento contínuo se compren de mejor comparando estas dos formas para un acero eutectoi de, por la sencíLLez de su diagrana. Es de anotar que la diferencia es pequeña y se ha observado Qu€, en el- enfria r) miento contínuo de un acero, las transformaciones enpiezan a temperaturas un poco nás bajas que las que resulLarían si Las se aplicaran 1as curvas de enfriamiento isotérmico. curvas de enfrianiento contínuo son tan similares, que los diagramas TTT sirven generalmente para dar una idea Euy a proximada de 1a naturaleza de las transformaciones que ocu rren en 1os enfriamientos :contínuos. En la figura L2 se muestran los diagranas TTT y de enfria miento contínuo del acero eutectoide. Consideremos 1a curva 1, después de seis segundos aproxima damente, 1a curva cr uza 1a 1ínea que indica 1a iniclación dé 1a transf ormación,: punL.ci a. La muestra enf riada contí riuanénte necesita nás tienpo antes que pueda e¡npezar la tranÉf ornación. . Como en, e1 -enf riamiento contslnuci'un aunen to del tienpo estáasociado con'una cdida de tenperaLura' e1 punto en que comi enza realmente 1a transfornación queda a la derecha y por debajo de a, (punto b). 47 De La misma nanera se puéé demostrar que al final transformación perlítica' Cono se v€r en este dia grama no aparece 1a reacción bainítica en el enfriamiento de conprender, ya que Esto no es difícil- decíamos, 1a bainíta 1a punto d, es abatido hacia abajo y hacia la derecha de1 punto c. contínuo. de como es un producto típico de las trans formaciones isotérnicas. Como muestra la curva 2r la probeta está en l-a región bai nítica un tiempo denasiado corto para permitir que se for me una cantidad apreciable de bainita. En general conociendo la curva TTT, puede predecirse 1a cur va de enfriamiento contínuo, teniendo en cuenta que las transfornaciones ocurren a tenperaturas nás bajas y a tiem pos mayores. La rata de enfriamiento depende, obvíamente' delmedio de enfriamiento (ver figura 13). La curva A repre senta un enfiramiento lento en el horno en 1a cual Ia trans fornación tiene lugar a una témperatura cercana a A1 formán dose perl-ita laminar gruesa. La condición de enfriamiento indicada por la curva B repre senta 1o que debe esperarse con un enfrianiento al aire de se forma una perlita don más fina que en e1 enfriamiento A. E1 enfriamiento C en aceite provee una estructura sorbítica. 48 FIGURA LzX Diagrana TTT (trazo punteado). Diagrama de en friamiento contínuo (ttazo contínuo) de1 acero eutectoide. Un enfriamiento descrito por l-a curva C pernite que se ini fina, pero cono el tiempo es in cie la formación de perlita en e1 rango superior de tenperatura, no se com pleta la transfornación, y parte de la austenita se trans suficiente REED-HILL, op cit. p. 622 49 Untnrldod rulonomo do 0tddcnlr Sección Eibliotem forma en martensita a la tenperatura más baja. En estas condiciones 1a transfornación ocurrerde cierta manera' en En dos etapas y se 1e denomina transformación dividida. estas transformaciones ta¡nbién pueden obteirsrse estructuras de perlita, bainita y martensita a la vez. Cuando e1 enfrianientO es suficientemente rápido, ta1 como el indicado por la curva Er la transforanción no ocurre has ta que no al-canza la tenperatura M", y la estructura será martensítica. E1 acero queda compl-etamente tenplado. Para que esto suceda, €1 enfrianiento tiene que ser rápido para que no ocurran otras transformaciones ' 1a velocidad mí nima es 1a representada por la curva F, que es prácticanen te tangente a la curva de iniciación de 1a transfornaci6n. Esta es la llamada ttvelocidad crítica de Tenpl-ett. una ve locidad nenor pernitirá la formación de sorbita o troostita' Cono es evidente cada acero dando un temple defectuoso. particular da. tiene una velocidad crítica de temple deternina Sabiendo que 1os aleantes desplazan e1 diagrana hacia 1a derecha, aumenLando 1os tienpos de transfomación, también disminuyen la velocidad crítica de tenple, haciendo a1 ace ro más fáci1 de templar y dando una distribución de dureza nás uniforne. En la figura L4 se muestra la transfornación durante el 50 en FIGURA 13* Variación de 1a microestructura en función la velocidad de enfrianiento Para un acero tectoide. de eu contínuo para e1 acero AISI 4340. En esta figu ra es aparente que cualquier velocidad de enfriamiento que lleve el acero hasta la temperatura anbiente en menos de 90 frianiento segundos produce una estructura martensltica. En el diagrama Ptu acero a1 carbono simpl-e considerado ante riormente, no se forman cantidades medibles de bainita REED_HILL, 9p cit, p. 624 51 du -\.<-O.JJ.C/rc, E\-* --<+. o a I o A E ü tr M¡rte¡dt¡ i- I U¡roit¡ roo lo3 Tls¡¡po, FIGIJRA 14r+ Diagrarna b.ll!.ll¡-+f¿rlt p.rlit¡ tlfcrrtt. ¡ t to4 c¡ ¡¿tu¡do¡ de enfriamiento contínuo para acero 4340, rante el enfrianiento contlnuo debido a que 1a región de la transformaiión de 1a perlita se extiende sobre 1a región.. En e1 presente acero aleado, e1 saliente de 1a bainita se .extiende más allá del saliente la perlita, haciendo posible de esLa manera la formación de bainítica correspondiente. de 1a bainita en e1 enfrianiento contínuo. Las estructuras po sibles que se pueden obtener en esta aleación con diferentes velocidades de enfriamiento se muestran en 1a parte Ínferior de1 diagrama. REED HILL, oP ciL, P. 636 52 5 5.1 TRATAMIENTOS TERMICOS DEL ACERO GENERALIDADES Las herramientas de acero varían enormemente en complejidad' desde sinples objetos tales como desarmadores o buriles has ta construcciones complicadas tales como noldes progresivos ' mol-des para fundición a presión de cavidadee multiples o Para asegurar que 1as herramientas tengan larga vida, es nuy inportante la selección de la ca lidad de1 acero y el trataniento térnico apropiado. Esto moldes para p1ástico. resulta nás evidente a medida que e1 costo de fabricación de las herranientas y su mantenimiento en operación se hace más costoso. La ejecución de tratamiento térnico permite lograr 1as nás distintas características de1 hierro y E¡us aleaciones, así cono también de muchos metales. En consecuencia dichos tra tanientos tienen una irnportancia primordial en 1as distin tas fases de fabricación de 1a industria moderna e igual mente 1a cantidad de procedinientos en 1os tratamientos son muy nunerosos y variados según el- fin que se pretende al 53 canzal-. La gran cantidad de tratamientos térnicos, 1as distintas aleaciones y 1as diferentes exigencias técnicas requieren soluciones y conocinientos profundos en 1a nate ria. térmico pretende endurecer o ablandar, elimi nar las consecuencias de un mecanizado, nodificar total o E1 trataniento parcialnente las características mecánicas. La definición de tratanientos térnicos dada en Metales Handbook, según Avner2, dice: Es el proceso en que el acero, en estado sóli do, es sometido a uno o varios ciclos de calentamiento y en friamiento para variar alguna o a1-gunas de sus propiedades en la forma deseada. En el trataniento térnico del acero hay tres factores funda mentales que controlan 1os resultados: a La tenperatura a la cual se debe calentar e1 acero b El tienpo que debe permanecer a esa temperatura c La velocidad a la cual debe enfriarse desde 1a tenperatu ra de permanencia Para controlar adecuadanente esLaÉ¡ variables es necesario conocer: 1a composición del acero, los tratanientoa térmicos y mecánicos que ha experinentado previamente, e1 tanaño y forna de la pieza, 1-as propiedades que se desean obtener ' 2 AVI.¡ER, Sydrey. Introúrciar a la lbtaltrgia Fldca ed. l$f. p. 54 ?52 esLo es, e1 propósito de trataniento a efectuarse. La com posición de1 acero es indispensable para seleccionar 1a tem peratura de permanencia, de acuerdo con eL diagrama hierrocenentita. Prinero que todo hay que controlar el calenta miento, l-as piezas de poco espesor y fornas sencillas pueden introducir se al horno caliente (hasta unos 8004C). En cambio 1as piezas grúesas noi nó es recomendable introducir piezas frías de más de 20 mn. de diánetro en hornos cuya temperatura sea superior a 350eC, porque ela rero f río poco plástico, es no adnite deformación y las tensiones que se crean puden originar distorciones o grietas. En 1os tratamientos donde se requiere austenizaciónr' es ne cesario alcanzar una tetrperatura ligeramente nás elevada que la crítica superior, para conseguir que toda la quede austenítica. masa E1 normalízado debe sobrepasar l-a tenpe ratura en unos 60aCr €D e1 recocido unos 50aC y en el tem ple unos 304C. Para lograr que toda la píeza quede auste níLica, e1 acero debe permanecer a La temperatura seleccio nada durante un cierto tiempo. El tiempo de permanencia depende del tanaño (grosor) de la pieza, clase de acero y de1 medio de calentamiento. Es nás largo el tienpo en un horno de mufLa que en un baño de 1es. 55 sa Los tiempos de permanencia se discutirán para cada tipo de tratamienLo. Cono la difusión de1 carbono es mucho más rápida a alta t temperatura, en general, para reducir e1 tienpo de calenta miento podría efectuarse e1 tratamiento a temperaturas nuy superiores a 1a crítica, pero estos calentamientos hacen crecer exageradamente e1 grano y aún, pueden provocar la oxidación si se sobrepasa demasiado la temperatura de aus teni2ación; por eso es nejor prolongar la duración del- ca lentamiento y hacerlo a temperaturas noderadas. En concl-usión, Los factores que determinan 1os tratamien tos térmicos, tienen influencias nuy diversas y debeñ ser tenidas en cuenta tanto los factores técnicos como los eco nómicos, ya que generalmente existen varias soluciones. tratamiento Lérmico está determinado por 1as característi E1 cas del acero y por las exigencias de 1a pleza terminada, es decir, depende de las características de l-a pieza, de sus dimensiones, de su forma geométrica y de su estado de super Finalmente hay que tener presente que el Lratamien to térnico se efectúa generalmente con piezas ya terminadas y como últina fase de fabricación, de manera que las fallas ficie. son generalmente nuy costosas cono en el- caso de natrices o moldes. 56 5.2 NORMALIZADO tanbién se denonina ilRecocido de Normaliza cióntt; consiste en calentar e1 acero a una temperatura un poco por encima del punto superior de transfornación (AS o Este trataniento A.r) , seguido de un enfrianiento en aire tranquilo. Por medio del normaLizado se busca en e1 acero un mejoranien to de la naquinabilidad, el refinaniento del grano, 1a hono geni zaci|n y la nodificación de las tensiones residuales ge o calentamientos irregulares en Los productos forjados, 1as piezas neradas por enfrianientos un trataniento co ánterior. ladas y e1 acero laminado en caliente se normalizan, corrien temente, para que se produzca una estrugtura más uniforne gü€, generalnente mejora sus propiedades y conduce a un re sultado mejor en cualquier trataúriento térnico posterior. 5.2.I Procedimiento Se distinguen en este tratamiento tres etapas importantes: calentamiento, pernanencia y enfrianiento, como se ve en 1a figura 15. 5.2.L.I Calentaniento Las piezas que van a ser normalizadas r s€ deben calentar 57 a FIGURA 15* Curso de la tenperatura en e1 recoCido de nor nalización. una temperatura de 30 a 60eC por encina de la temperatura crítica superior. Para 1os aceros al carbono, las tenperaturas usuales en el normalizado se muestran en l-a tabla 1. La velocidad de calentamientor €o generalr Do es crítica para e1 normalízad,o, sin enbargo en las pattes que tengan. grandes variaciones de sección, 1os esfuerzos pueden cau Por eso una buena práctica de nornalizado requiere que 1a pieza se cal-iente uniformemente haita la sar distorsión, temperatura de tratamiento. Una tenperatura de normalización excesivanente alta es per judicial, * I,INKE y especialmente en 1os aceros de uso general r SCüRMI, op. ciF. P. % 58 €o TABLA 1* Tenperaturas usuales en el normalizado de los aceros a1 carbono TEMPERATURA DE NORMALI ZADO EN GRADOS CENTIG. CONTENIDO DE CARBONO DEL ACERO EN PORCENTAJE 93s 910 880 860 840 820 0,10 0, 20 0,30 0,40 0, 50 0, 60 0, 70 810 800 0,80 0,90 785 Servicio Nacional de Aprendizaie' Modulo Básico de Má quinas herramienLas y troquelería , tratamientos térmi cos rrSLrt, ttSett, sp, p. 9 peorando 1a estructura y 1as consiguientes propiedades mecá nicas, como consecuencia del embastecimiento de1 grano pro ducido por e1 sobrecalentaniento. 5.2.1.2 Permanencia sostenimiento sól-o es crítico en e1 sentido de que debe ser suficiente para producir homogenización. Gene E1 tiempo de s9 Uniwridod - ¡¡ir,rrorno do 0tckhnt¡ Sección Bibliofeco ralmenE 10 que se necesita es que la temPeratura se haga uniforme en toda la masa y se logre la austenización. Dependiendo de 1a rapidez con que se haya efectuado el ca lentaniento del material, €l e1 nornalj-zado este tienpo es general-mente corto. Así, si éste ae rea]-í26 lentamente, la permanencia debe ser corta' pero si se calentaron las piezas con rapidez, el tiempo de pernanencia en el- horno debe ser mayor, con el fin de que todo el naterial- alcance Ia temperatura de normal ízado Los fabricantes de aceros suelen recomendar 1as temperatu ras de calentamiento y el tiempo de pernanencia. Sin embar go generalmente, cuando se usan hornos de cámara se emplea un tienpo de calentamiento alrededor de 20 ninutos por ca da 20 mm. de espesor o diánetro de1 naterial y usando hor nos de baños el- tienpo de calentamiento es menor' En la figura l-6 se presentan los tienpos de permanencia en hornos de cánara y de baño, de acuerdo al- tanaño de las Pie zas. Si 8e está tratando un redondo de 40nm' el tienpo en un horno de cánara es tle 10 ninutos y en el baño de sales, minutos. 60 6 o,s f E o '6 c :A o- __L""4 o o o E E o tDiometro (mm) FIGURA 5.2.r.3 16* TienPos de Permanencia en hornos de cámara ' de baño. Y Enf r ianiento Enel normalizado, 1a velocidad que el temPle Y nás ráPida que de enfriamiento es nás lento en el- recocido. térnino ttEnfriamiento a1 aireft es obvio que solo tiene unsignificado linitado sin conexión con el- tamaño de la pie za.'Una sección delgada, digamos de un milímetro se enfria rát mucho nás rápido que una de 10mn. El enf riamiento .al ai El_ re (desde 1a temperatura de nornal-ización) de una sección It Servicio Nacional de Aprendizaje, op' cit, 61 P' 10 delgada deacerodealtaomediatempl-abilidadpuédeten es p1ar1o reintroduciendo una condición indeseable que se peraba elininar con e1 normaLizado ' por otro lado, el enfriamiento al- aire de una píeza grande de un acero poco tenplable y con alto carbono pernitirá la precipitación de carburos en 1os línites de grano de 1a aus tenita y la estructura resultante puede ser tan indeseable Por estas razones el pro como Ia que se quería elininar. cedimiento de enfrianiento durante e1 nornalizado se debe seleccionar de acuerdo con la templabilidad del acero y e1 tfenfria tanaño de 1a pieza tratada; no ae debe limitar alniento al airett que establece 1a definición. 5.2.2 APlicaciones normalizado se aplica generalmente a los aceros con con tenidos de carbono hasta o,5z que han sufrido trabajos en Los ace frío o en caliente tales como laninación o forja. El_ ros de construcción; fuertemente aleados que hayan sido so metidos a forjado, etc. deberán nornalizarse y recocerse' dadoqueporefectosdeloselenentosaleantes,lasestruc turas, Producto de1 normalizado, son intermedias' 1o que puedeprovocarlaroturacuandoel-naterialessometidoa temple. El normalizado regenera el Srano y el recocido idonea para ce que 1a estructura sea perlítica-ferrita, 62 ha so neterse a LemPle. Para 1os aceros de herra¡nientas de alta y mediana aleación, que templan al aire, oo es recomendable la nor¡nalización. Así nistro, es frecuente aplicar una normal-ización a las so1 daduras de piezas conplicadas, porgue 1os cordones presentan 1as propiedades de una estructura bruta de coladar gü€ se manifiestan en decrecimiento de 1a resistencia a 1a trac ción, de1 alarganiento y de l-a resiliencia y el aumento de 1a sensibil-idad a Las entalladuras. 5.3 RECoCTD0 Con esLe nombre se conocen varios tratamientos cuyo objeti vo principal es ablandar al acero; otras veces también desea adenás regenerar su estructura o elininar se tensiones internas. Los aceros, especialmente los de herrathientas ¡ €tr bruto o en condición ttnaturalft, esto es como salen de laninación o de forja, no son adecuados para 1a fabricación, pués general mente son demasiado duros y no tienen la microeatructura apropiada. Recorde¡nos gue 1os principalee 63 nétodos de fabri bricación en que se utiliza acero sólido son 1a conforma ción en frío y el naquinado. La primera incl-uye doblado, punzonado, troquelado, ernbutición profunda, cabeceado, re pujado y en general- todos Los ¡nétodos de fabricación sin El naquinado incluye procesos de corte o arranque de viruta tales cono e1 torneado, taladrado, fre sado, cepillado, roscado, etc. El requerimiento Para fácil arranque de viruta. fabricación es sobre todo, baja dureza aunque a veces la microestructura es más importante que 1a poca dureza. El recocido conslste en general, €D calentar e1 acero has ta una temperatura adecuada, dejar permanecer un deternina do tienpo y enfriar correctamente con e1 fin primordial de Antiguamente se creía que 1a dureza era propor cional a Ia velocidad de enfriamiento. Hoy se sabe que es ablandarlo. to no es así necesarianente, Pües 1a transfornación de 1a austenita en un acero depende de su composición y microes tructura (Diagrama TTT) 1os cuales deterninan l-as condicio nes de enfriamiento para el- tenple y por consiguienLe para el recocido, por ello no debe perderse de vista que el re cocido íntimanente con e1 diagrana de transfornación del respectivo acero. No basta entonces con e1 enfrianiento lento sino que se deben tener en cuenta otros factores ta 1es como temperatura de calentaniento, velocidad óptima enfrianiento lento y temperatura de transfornación. 64 de En 1a práctica se pueden usar ciclos térnicos específicos de una variedad casi infinita para lograr los flnes que se buscan en e1 recocido. Estos ciclos caen dentro de varias categorías que se pueden clasificar de acuerdo con la ten peratura hasta La que se calienta el netal- y el método de Itsubcríticott enf rianiento usado. El- recocido puede ser cuando la máxina tenperatura puede estar por debajo de 1a crítj-ca inf erior A1; ttlntercríticott de cuando está encina A1 pero por debajo de A3 ó Ae, yttde austenización completarl cuando está por encima de A3. En la figura L7 se muestran esquemáticamente estos tratamientos. Finalmente existe e1 recocido isotérmico que se tratará más adelante en el capí tulo correspondiente a 1os tratanientos isotérmicos. En ciertas condíciones se pueden combinar dos o nás de ta les ciclos o se usan en sucesion'. para un resultado eepecí fico. Por tantor €tr 1a práctica industriaL resultan varia dos procesos 1os que estudiaremos a continuación con a1gún deta11e, tratando de ubicarl-os se8ún 1a clasificación dada anteriormente. 5.3.1 Recocido subcrítico o de elininación de tensiones. POr nedio de este tratamiento se elininan las tensiones in ternas del material y se aunenta su ductilidad. 65 E1 calen FIGURA 17* RePresentación esquemática de algunas recocidos para un acero hipoteutoide a) subcrítico b) in tercrítico con tiansformación isotérnica c)con austeni zaciín conpleta y enfriamiento 1ento. tamiento se hace Por debajo de la Eemperatura crítica infe rior (ver figura 18)' no teniendo tanta imPortancia 1a ve locidad de enfriamiento, Pudiendo incluso enfriarse al ai re el acero sin que se endurezca. Cuando el acero se naquina, se deforna plásticanente y de muchas otras maneras, pueden inducir esfuerzos en :J'a super Estas tensiones pueden originar el traba un aumento de dureza que hace cada vez más dificil ficies trabajadas en frío. VALENCIA, Asdrúva1. Tecnología de1 tratamiento térnico de los Metales. Mede1lín, Universidad de Antioquia' 1.986, P. 242 66 jo contínuo de1 acero; adenás, pueden causar 1a distorsión del acero durante 1as operaciones posteriores de tratanien to térmico, €s por el-1o que se deben reducir mediante un recocido de alivio de tensiones. Generalnente no se inten ta eliminar esas tensiones, o reducirlas en una cantidad operacional de este trataniento requiere reducirlas a un nivel donde 1a píeza o estructura realice 1a función asignada sin distorsión intolerable o específica. La definición fa1la prematura. de tensiones, l-a Lemperatura es más potente que el tienpo. Las tenperaturas que se usan pa ra l-os aceros al carbono y de baja aleación están entre 550 En el- recocido de alivio y 6504C para los aceros rápidos y los de trabajo en calien t€, entre 600 y 750eC, pero la mayoría de 1as veces este tratamienLo se hace a temperaturas, sQ hacen de temperaturas tan bajas como 48OaC. El tiempo es normalmente de 1 a 2 ho ras. Para no volver a inducir tensiones térmicas durante el en frianiento, es buena práctica dejar enfriar lentamente en e1 horno hasta unos 50OeC y luego enfiiar al aire. Si las pie zas son grandes y complicadas esto debe hacerse hasta unos 3004C. En 1os aceros ternpl-ados y revenidos este recocido se puede hacer a una tenperatura de 25eC por debajo de la ten 67 800 T(oC ) 600 o z o -".7 -"'L \ tiempo FIGURA 18* Curso de la temperatura en e1 recocido de eli minaci-ón de Lensiones. peratura de revenido. En las piezas soldadas es muy inportante e1 recocido de e1i minación de tensiones las que se originan en La zona afecta da por el calor y que pueden llegar a agrietar la píeza si esta no se recuece antes de ponerla al servicio. 5.3.1 . 1 Recocido de Ablandamiento Es el tratamiento de recocido más generali zado para lograr la me jor naquinabilidad de1 acero. Este:trataúienLo se rea]-j-za a una tenperatura próxina a I¡ANKE y SHCRAMM,oP cit, P. 106 68 1a de transfornación Ac1, manteniéndola durante un Pe ríodo capaz de lograr una total y comPleta hoqogenizací6n de temperatura en toda 1a masa. Seguidanente se Procede a crítica enfriarlo lento hasta los 6004C, e1 resto se teaLíza al aire Se hace observar que este trataniento Los de forja, para ello es no elimina 1-os def ec necesario someter el acero a un recocido de normalización, antes de someLerlo a1 recocido de abl-andaniento. Deberán respetarse a1 máxino 1as temperaturas en todos l-os casos, puesto que un aumento que hiciese aLcanzar el punto crítico de transformación daría como resultado una dureza superior a 1a estipulada de recocido. 5.3.L.2 Recocido contra Acritud ó de Recristalj-zacj-'n Cuando e1 acero de bajo carbono se deforma en frío mente por laminación o estirado' especial- aunenta su resisLencia y dureza disminuyendo su habilidad para soportar más deforma ción. Para laminar o estirar nuevanente al- material se le hace un recocido de recristalización, este se reatíza calen tando a temperaturas superiores a 550oC, con e1 recocido a estas temperaturas (550 6504C) ocurre l-a recristalización de 1a ferrita, apareciendo nuevos cristales 69 poliédricos nás Univclsidud , uiLoomo Sección de 8ib!ioteco Occldcnh dúctiles que 1os Prinitivos. E1 tiempo de permanencia a La temperatura ea nornalnente de L/2 hora. La estructura que se origina depende del ta maño de1 grano original. La cantidad de trabajo en frío es decisiva sobre 1a tenperatura de recristalización, tras nás grande, menor es 1a tenperatura necesaria. nien 5.3.1 .3 Recocido Brillante efec Este es un recocido (en general de recristalización) tuado en condiciones tales que se obtiene una superficie brillante, libre de óxidos. Todos l-os recocidos que se estudiarán aquí, se hacen nornal El oxigeno del aire reacciona fuertemente con 1a superficie del acero por encina de 5004C formando una capa de óxido que aumenta con la temperatura y el tien mente a1 aire. po. Se puede evitar la oxidación por 1os siguientes métodos: a Recocido en atnósferas protectoras (8as inerte) como ni trógeno o gases raros (Argón por ejenpl-o), o con C0 contro lado. b. Recocido en atm6feras reductoras ' como hidrógeno o un 70 gas con hidrógeno (por ejemplo amoníaco disociado 2NH3 3HZ + N2), el- recocido debe ser corto por e1 peligro de descarbu ración. c Recocido en baño de sales neutras. 5.3. 1 .4 Recocido Globular En ocasiones para obtener en los aceros al carbono y de ba ja aleación una estructura gl-obular de Euy baja durezar €o cierto modo parecida a la que se obtiene en e1 recocido g1o bular de austenización inconpleta (Intercrítico), se somete a los aceros a un calentamiento a tenperaturas inferiores pero nuy próxinas a la crítica Ac1, debiendo luego enfriar se e1 acero lentamente en el horno. Norüalmente se requiere un tiempo de calentaniento largo, pero l-a producción de una estructura esferoidal (carburos esferoidal-es en una matriz ferrítica) de martensita, bainita o perlita tructura es perlita se logra si se parte muy fina. Cuando la es normal o gruesa, 1a esferoidización com pleta por recocido subcrítico requiere de tiempos de calen tamiento extremadamente largos (dlas) 1o que 1o hace poco práctico. 5.3.2 REcocido Intercrítico 7L El fín que se persigue con estos recocidos es obtener l-a menor dureza posible y una estructura microscópica favora ble para mecanizado de las piezas. Por nedio de estos tra tamientos se consigue con bastante facilidad en 1os aceros hipereutectoides que la cementita y 1os carburos de alea ción adopten una disposición más o nenos globular dando ra cada conposición una dureza muy inferior microestructura, incluso 1a perlita pa a cualquier otra laminar. En los aceros hipoeutectoides es algo nás difíci1 obtener estructuras globulares, que por otra parte no tienen en ge neral- tanto interés cono en 1os aceros hipereutectoides. Sin enbargo con permanencias prolongadas y oscilaciones de temperatura se consigue también en los aceros de bajo conte nido de carbono esas estructuras. 5. 3. 2. I Recocido de Austenización Incompleta. Para acel-erar e1 proceso de recocido, sobre todo en Los ace ros de herramientas de baja aleación se usa en muchas oca siones este tipo de tratamiento. En este caso se cal-ienta por encina de A.1 para formar auste nita.'Con el fin de que esta austenita se transformeen esfe rulitar s€ procura que sea 1o más heterogénea posible 72 pués se sabe que nientras más homogenea sea la estructura de1 a cero austenizado, nás conpletamente laninar será 1a estruc tura de1 acero recocido. E inversamente nientras nás hete rogénea sea 1a estructura austenítica más globular será la estructura de 1os carburos del- acero recocido, Por el-1o todos 1os factores que incrementan 1a heterogeneidad de 1a austenita contribuirán a promover l-a esferoidización. Es sabido que la temperatura de austeni zací6n es el paráne tro que controla 1os productos de transformación laninares o esferoidales, mientras nás baja sea das heterogenea es 1a austenita, por e11o, para 1a globulización se acostunbra austenizar a tenperaturas que estén a menos de 50eC por enci ma de A.1 (ver figura 19), Debe tenerse en cuenta que si el acero contiene elementos formadores de carburos, no es tan grande la necesidad de aus tenizar a una temperatura próxina a A.1. Es más, en l-os ace ros de alto carbono y alta aleación sienpre hay una estruc tura esferoidal (o al menos en partícul-as y no laminar) cuan do está recocido, no importa el- proceso de recocido que se utilice. 5.3.2.2 Recocido de Globulización 0scil-ante Con este tratamj-ento de globulización 73 se consigue una estruc T(oC) A3 Ar Curso de l-a temperatura en e1 recocido de auste FIGURA 19* nización incompl-eta. perlítica que contiene cementita' no en disposición laminar cono ocurre en e1 proceso nornal de ablandamiento, sino es distribuida precipitación que en toda 1a rnasa en forna de globulos. Esta g1-obular de 1os carburos de hierro, confiere aL acero l-a máxina maquinabilidad y 1a mínina dureza. tenperaturas unas veces suPerior E1 recocido se efectúa a y otras inferior en un rango de más o menos 50aC cono E1 enf a Acl muestra la figura 20. riamiento es l-ento ' te en el horno. 5.3.3 Recoóido de Austenización Completa. * VALENCIAT opr cit' p. 24O 74 general-men FIGURA 20* Recocido de Globulización oscilante 5.3.3. 1 Recocido de Honogeni zaciín o de Regeneración Con este nombre se conoce un tratamiento que consisLe en un caLentamiento del acero a 1a temperatura adecuada, seguido de un enfriamiento l-ento a través de la zona de transforma ción, el cual de ser posible debe efectuarse en e1 horno o de algún recinto aislado térnicamente. El enfriamiento lento se continúa por 1o general- hasta 1a tem en e1 interior peratura ambiente. Este trataniento sirve para ablandar e1 acero y regenerar su estructura consiguiendo que toda 1a austenita producida n VALENCIA, op. cit, p. 245 75 en e1 calentamiento se transforme en constituyente perlíti co. En 1os aceros hipoeutectoides, 1a temperatura correcta de recocido es unos 27'dC por encima de 1a temperatura crítica superior A3 y 1a microestructura estará formada por una mez cla de ferrita proeutectoide y de perlita l-aninar grosera (ver figura 21-) En 1os aceros hipereutectoides suelen sufrir un tratanien to de áfino de1 grano, consistente en calentar el material a una temperatura unos 27eC por encima de la crítica rior A:t. infe Este calentamiento da lugar a 1a aparición de granos austeníticos groseros, 1os cuales, en e1 enfrj-amien to, se transforman en colonias perlíticas de gran tamaño. La microesLructura de un acero hipereutectoide recocido estará formada, por Lanto, por colonias de perlita laminar grosera, rodeadas de una red de cementita proeutectoide; co mo esta red de cementita en exceso es frágil- y constituye planos de posible rotura, e1 recocido nunca debe constituir e1 tratamiento final de este tipo de aceros, prefiriéndose l-os trat,anientos de globulización tratados antes en el reco cldo intercrítico. 5.3.3.2 Recocido de alta temperatura o de embastecimiento de1 grano 76 Toc 9ro o.88 1.2 liempo "/" de ciclos de recocido conpleto A)acero hipoeutectico. B) Acero hipereutectico. FIGURA 2]-+. Esquena Los aceros suaves no aleados (cono los de cementación) son denasiado blandos y enbotan 1a herranienta a1 maquinarlos. Para facilitar los necanizados finos e1 acero se fragíLíza aunentando el tanaño de grano mediante un recocido de alta tenperatura. El traLamiento se practica l-Levando el acero hasta una tem peratura superior a A.3 a 1a cual- no solamente crece el gra no sino que se l-ogra una nejor distribución de 1as inpure La transfornaóíon produceperlita laminar gruesa en El aumento del tanaño del grano de una natriz ferrítica. zas pende de la temperatura y el tiempo de permanencia. J. Técnic a y Práctica de1 Tratamiento Térnico de 1os metales f érrée^ ., Barcelona, Blune ' L970, P.2 PASCUAL, 77 T (oc) 3 -ef ""{ o tiempo FIGURA 22x Curso de la Temperatura en el- recocido de etr bastecimiento de grano. E1 ciclo adecuado se escoge según 1a composición del acero, se debe recordar por ejemplo que l-os aceros calnados con al-uminio tienen un grano fino y sondificiles requiriéndose tenperaturas hasta de 5.4 de enbastecer lOOOaC. TEMPLE La nartensita revenida pg":", generalnente, 1as mejores pro piedades técnicas de todas 1as microestructuras de1 acero. Sin embargo, en un acero determinado solo se puede obtener una estructura martensítica si se 1e enfría a una velocidad superior a la velocidad indicada en el diagrama de enfria miento contínuo. Esta vel-ocidad 'crítica disninuye general mente, a1 mismo tiempo que aumenta el carbono y contenido It I^/ANKE & SGHRAMM, op, cit, p. 78 109 de elementos de al-eación ! , enLonces r sé dice que e1 acero posee una templabilidad más elevada. El que se pueda obte ner o no en un acero una estructura totalmente martensíti c¿-t depende de 1a velocidad de enfrianiento conseguida du rante e1 tenpl-e y de la tenplabilidad. El objeto de1 tenple es endurecer y aumentar la resistencia de 1os aceros. Consiste en calentar hasta una temperatura suficientenente elevada para transformar toda 1a masa de1 acero en austenita, seguido de un enfriamiento adecuadamen te rápido para transfornar 1a austenita en martensita. El éxito de una pieza templada depende de cuatro factores principales: buen acero, buen diseño, buen trataÍIiento nico y buen servicio. tér Supondrenos que 1a seleccLón de1 acero y e1 diseño de la pieza son los adecuados para el ser vicio, y nos centramos por el1o en e1 tratamiento térnico. Este depende de la composición del acero y de su mecaniza La elección del tratamiento no se puede ha cer correcLamente si no se conoce el material (un acero de temple en aceite se agrieta si se templa en aguar y un ace do posterior. ro de tenple en agua no se endurece en aceite). Los factores que entraremos a considerar en e1 tenple son: Tipos de temple 79 Unircrsidod autonomo do Otcidmlr Sección Biblioteo B Velocidad de calenLamiento C Temperatura de austenización D Tiempo de sosteniniento a la temperatura de austeni zacíon E Modos de enfrianiento F Influencia de1 t,amaño y ¡nasa de las piezas 5.4.1 Tipos de Temple 5.4.1.1 Tenple ordinario o directo Es e1 método nás ampliamente usado para tratar el acero. Sg realíza calentando e1 acero hasta una tenperatura por en cina de A.3 ó A.1 y enfriando con una velocidad mayor que la crítica de tenple de modo que se produzca un endurecimiento notable, que generalmente se debe a l-a formación de marten sita y que sucederá en la superficie solanente o en toda píeza dependiendo de 1a tenplabilidad de1 acero. La E1 enfria niento se hace hasta terDperaturas menores que At1 (y en gene ral por debajo de Ms). E1 tenple directo es relativamente simple y econónico cuan do se aplica a piezas cuyo servicio no es denasiado exigen Le o a herramientas en las que se busca buena penetración de1 temple. No se aplica a piezas de formas complicadas a materiales sensibles a l-a distorsión 80 y e1 agrietamiento y de bido a 1o brusco de1 enfriamiento. A veces se realiza por enfriamienLo desde 1a temperatura de Laninación o de forja innediatamente después de 1a deformación en cal-iente. figura 23 muestra e1 esquema de este trataniento La seguido de1 indispensable revenido. 5.4.I.2 Temple Escalonado Esta forma de temple se usa cuando la velocidad de enfria miento de 1a pieza que se tenpla debe cambiarse abruptamen: te en un momento dado durante el enfriamiento. Este canbio puede ser un aumento o una disminución de la velocidad de enfriamiento dependiendo de l-os resultados deseados. Lo más común es disminuír la velocidad de enfriamiento. Se en fría prinero en un nedio (por ejempl-o agua) por corto tienpo hasta unos 4004C, de modo que 1a píeza esté a una tenpera tura por debajo de 1a matriz perLítica de 1a curva TTT en' la píeza y se enfíia en un segundo nedio tonces se retira (por ejenplo aceite) de modo que se enfría más lentamente en e1 rango de transformación martensítica hasta 1a tempera tura anbiente. E1 segundo medio puede ser aceite tranquilo en muchos casos. Este tipo de tenple se usa nás frecuentemente para minini zar la distoreión, las grietas y e1 canbio dimensional. 8L T /O.\ Aca Acr FTGURA 23x curso de la Temperatura en el temple ordinario Se usa con precausión pués e1 éxito depende mucho de habilidad de1 operario. solo se puede utilrzar 1a para cier tos aceros, €s decir, para aquellos con curva TTT en la naríz bainítica está a la derecha de la perlítica, que Es te tipo de diagrama es conún en los aceros de temple en agua. La figura. 24 muesLra un esquena de este tratamiento con e1 revenido subsiguiente. 5.4. I .3 Temple en baños calientes Es un tratamiento por. enfriamient,o en un baño calienter cü ya temperatura está por encima o un poco por debajo del punto de 1a martensita, en el que se nantienen las piezas WANKE & SCHRAMM, op. cir , p. 82 l_33 T(oC) 3 femple en oguo tiempo FIGURA 24x Curso de la temperatura en el tenple interrum pido. hasta 1a igualación de temperatura, extrayéndol-as después para enfriarlas de manera conveniente hasta La temPeratura ambiente. La martensita se forna fundanentalnente durante e1 enfriamiento fina1. Estos tipos de tratanientos serán estudiados nás arnplianen te en e1 capítu1o de tratamientos isotérnicos. 5.4.2 Velocidad de Calentamiento Esta es l-a primera fase de1 tratamiento térmico, Para la I¡ANKE & SCHRAMM r op . cit , p. 83 133 ma yoría de 1as ap1-icaciones 1a velocidad de calentamiento hasta 1a temperatura de austenizací6n es nenos inportante que otros factores tales como 1a tenperatura náxina obteni da en l-a sección, uniformidad de 1a tenperatura' tiempo de sostenimiento y velocidad de enfriamiento. La conductividad de1 acero, la naturaleza de la atnésfera del horno (oxidante o no), el grosor de la sección, el método de car ga (espaciada o apilada) y el grado de circulación de la atmósfera del horno, todo esto es detérminante de 1a veloci dad de calentamiento requerido para 11"egar hasta la tenpera tura de austenización requerida. E1 nayor problena en 1as operaciones prácticas de tratamien to térnico es la diferencia en la temperatura que se origina en las secciones variables de una píeza, pués l-a ccinductivi dad térmica de1 acero es pequeña a tenperaturas bajas, y es to genera tensiones térmicas que aumentan el pe1-igro de de formación o agrietamiento. En l-a f igura 25c la pieza se introduc,e en un horno que se había calentado previamente hasta 1a temperatura de trata miento y se dejan hasta que alcanzan dicha temperatura. En la figura 25b, e1 horno se había calenLado previamente hasta una Lemperatura por encima de la temperatura de tra 84 T. horno .q, .<r "y FIGURA 25#. Varias fornas como puede calentarse una pieza. tamiento, la píeza se deja calentar hasta una temperatura de austenización, porque después de cierto tiempo e1 horno se gradúa a dicha tenperatura. La figura 25c indica la situación en 1a cual la pieza se j-ntroduce al horno frío y se calienta con e1 horno a l-a ve locidad requerida. En la figura 25d se muestra e1 precal-entaniento en un hor VALENCIA, op. cit. p. 208 85 no que está a una temperatura menor que 1a de tratamiento. Cuando l-a pieza alcanza esta tenperatura uniformemente se calienta hasta 1a temPeratura de austenizací6¡. E1 precalentaniento debe realizarse en muchos casos y se hace de una manera lenta y uniforme. Esto no es tan necesa rio en un horno de mufla como l-o es en el caso de baños de sales (donde el calentamiento es nás rápido). Aún en este último caso se puede onitir e1 precalentamiento si 1as par tes son pequeñas o geométricas porque estas se pueden intro ducir sin problemas en hornos calienteshasta temperaturas de 850eC. Sin embargo si se usan baños de sales o las pie zas son gruesas siempre es aconsejable un precalentamiento hasta unos 1004C con el fin de elininar cualquier hunedad presente. Para 1os aceros estructurales se recomienda un precalenta miento hasta 400 ó 6004C cuando La temperatura de austeniza ción es inferior a 9004C cuando es superior se precalientan hasta 600-7004C ' La conductividad térnica de 1os aceros altamente aleados co mo los rápidos y los de trabajo en caliente es 'mucho nenor que la de 1os aceros de construcción, por e11o es preciso precalentar en dos etapas sobre todo si 1as matrices o herra 86 mientas qon de forma complicada. ximo, y luego hasta Prinero hasta 5004C ná 850eC. LOs aceros rápidos al molibdeno y en general los de bajo tungsteno, tienen una baja conductividad térmica que nece sitan una tercera etapa de precalentaniento hasta los 1050UC E1 tiempo de calentaniento depende no solamente del naterial forma y dimensiones de 1as piezas, sino también de 1a capa cidad de calentaniento delhorno. Este tienpo se puede ca1 de las expresiones corrientes en 1a transfe rencia de cal-or. Una regla práctica aproximada nos dice cular a partir que e1 tiempo de calentamiento debe ser aproxinadanente u na hora por cada 25 mm. de espesor desde la temperatura am biente hasta l-a tenperatura de austenización. El tiempo de calentamiento depende tanbién de 1a forma carga o enpaquetamiento. Por eso es necesario adquirir de práctica en los hornos específicos, y compil-ar tablas para casos determinados. 5.4.3 Temperatura de austenización Para cada tipo de acero hay una temperatura de austeniza ción, determinada fundamentalmente por La composición, Sin 87 embargo ha sido la experinentación 1a que ha señalado el rango de temperatura hasta 1a cual se debe calentar el ace ro r l-a cual se escoge para que 1a náxina dureza y a1 mismo tienpo mantener una estructura de rango fino. El1o porque el valor de la temperatura tanbién depende de la forma de La- píeza y deL medio tenplante. El tamaño puede variar el tiempo de sostenimiento' pero no 1a tenperatura. Los ¡nanuales, tales como e1 Metals Handbook' traen la tem peratura de austenización, pero hsta también puede determi narse templ-ando tarias probetas desde distintas ras, temperatu Se mide ladureza superficial r s€ fracturan y se ob serva el tanaño de grano. Se grafica dureza Vs. tenperatu ra y se obtiene e1 rango de temperatura de austenización (ver figura 26). En la práctica se usa la tenperatura' que como ya anotanos produzca la náxima dureza con 1a esLructura nás dura posi ble y que debe coincidir'con el rango de la temperatura de austeni zací6n, e1 máximo se presenta porque al aumentar l-a temperatura tanbién 1o hace el tanaño de grano y la austeni ta retenida. plabilidad Claro que se debe tener en cuenta que la también aumenta debido a 1a nayor cantidad carburos que se disuelven y al mayor tamaño de grano. 88 tem de o¿ o N tt, É. f FIGURA 26* de austenizaciín para tenpLe de acero AISI 1045 Tenperatura un Esto nos indica que l-a estructura inicial tanbién influye sobre 1a temperatura de austenización, pues 1a nartensita Además, revenida se austeniza más fáci1 que la esferoidita. si el acero tiene grano .fino se tiene un rango de temperatu ra de austenización nás anplio. En general 1a temperatura de austenización para l-os aceros hipoeutectoides es Ac3 + 50aCr €D estos aceros hay que aus tenizar completanente porque si no a1 enfriarse quedaria ferrita en la estructura (este ,es e1 principio de los ace ros bif ásicos ) , o sea ttnalrf templados. VALENCIA¡ op. cit, p. zLL 89 Uniwridod 'iulonomo de 0tcidrntc Secrión Eiblioteco Los aceros hipereutectoides se tenplan todos desde l-a nis ma tenperatura: Acl + 504C. No se hace desde Acn + 50eC, porque en este caso no se debe ausLenizar. conpletamente. Por encima de A1, estos aceros están constituidos por aus tenita y cenentita y al enfriarse quedan con una estructu ra compuesta por martensita y cementita, dado que la ú1tima es más dura que 1a martenÉita misma, el acero queda sufi cientemente duro. Si se calienta por encima de Acm, al plar quedará totalmente martensítico, tem pero sus propiedades respecto a la estructura cementita-nartensita no será nu cho mayores. Por e1 contrario se pierde tienpo y energía y se aumenta e1 peligro de grietas, €n estos aceros Hipertem plados. 5.4.4 Tiempo de Sosteniniento Si 1a temperatura de austenización se ha escogido correcta mente, el acero estará en estado austenítico una vez l-a al cance, pués se supone que toda la píeza estará a dicha peratura. tem En ese monento se empieza a contar el verdadero tienpo de sosLenimiento, necesario para preParar 1a estruc tura adecuadamente. Este tienpo depende de1 grado de diso lución de los carburos que desee. Como bufos es diferente para los distintos la cantidad de car tipos de acero, el tienpo de permanencia también depende de1 tipo de acero. 90 Los aceros ordinarios - al carbono y los estructurales de ja aleación que tontienen carburos fácilnente requieren unos ninutos de sostenimiento. solubles solo Para asegurarse disolución de 1os carburos, un que ha habido suficiente teniniento de 20 minutos es suficiente ba para secciones man peque ñas, sobre esto se aumenta e1 tiempo según e1 diánetro, así: min* 20 +Dmm z Para espeaores de nos de 25 nm. me Si 1a sección es mayor, €1 tienpo nínino es nedia hora y en general 1a fórnula empírica es: horas l 2 +D mm L20 Para 1os aceros estructurales de nedia aleación se recomien da un tienpo de unos 25 minutosr tro inporta 1a dinensió¡rf** De otro lado, los aceros de herramientas de baja aleación requieren un tienpo definido de pernanencia con el fin asegurar la dureza necesaria. de Se sugiere un tienpo de 0.5 minutos por cada niLínetro de espesor; sin enbargo e1 náxi mo debe ser de t hora y el nlnino de 5 ninutos. * WANKE :F:F Ibid & :F:r:* VALENCIA SCHRAMN, op. cit, , op. cit rP . 2L3 9r- p. l-l-5 Los aceros de alto cromo, requieren un tiempo de permanen cia más largo que todos 1os aceros de herramientas. Sin embargo esto depende de 1a temperatura de austenización; si está en 1a parte superior del rango¡ e€ reconienda 0,5 ni nutos por mi1ímetro de espesor; si está en la parte infe rior¡ s€ usa 0r8 minutos por milímetro de espesor. El má ximo debe ser I hora, y el nínimo 10 ninutos. Estos valores orientativos solo son vá1-idos para e1 calenta miento en horno. Los aceros para trabajo en caliente contienen carburos que no se disuelven hasta 1000eC, a esta temperatura el- grano crece muy rápidamente, por 1o que debe f-i¡nitarse el tienpo de permanencia. Si el calentamiento se hace en un baño sales donde es fácíl ver cuando el- acero ha alcanzado de 1a temperatura adecuada, e1 tienpo es de unos 30 minutos inde pendiente de 1as dimensiones. Si 1a herramienta está empa cada en una caja para tratarl-a en un horno de nuflar s€ be usar una üemperatura en el rango inferior de del rango y así se puede dejar más tienpo, gü€ no debe excederse de una ho ra. Los aceros rápidos son los aceros de herramientas de nás al ta aleación. Sus temperaturas de austenización están entre 1200 y 13004C. Para evitar el excesivo creciniento del92 r.'-.r grano 1o corriente es usar mantenimiento de unos pocos ni nutos. Según e1 espesor en nilínetros e1 tienpo está dado en mi-nutos para innersión en baños de sales así: =D ml_n mm 3 si D<I0 Todo 1o anterior 3 min. mm es sol-o una orientación para aplicarse casos concretos con suficiente nicas sofisticadas cautela. en Ha gráficas y téc para calcular tienpos de permanencia, pero son de uso específico. 5 .4.5 Modos de Enfrianiento El- acero se enfría para controlar 1a transfornación de la austenita en 1os constituyentes deseados. La microestructu ra obtenida depende del di.agrana TTT del acero en cuestión. Como la martensita es 1a microestructura deseada en el ple, 1a velocidad de enfrianiento a la crítica Lem debe ser igual o superior de temple. Las velocidades críticas de temple, varían para los aceros al carbono de 200 d 6004C/sg. según e1 contenido de carbono. VALENCIA, op. cit, p. 2L4 93 se sabe los elementos de la aleación hacenr €D gene ra1, disminuir 1a velocidad crítica de temple, Pudiendo a1 gunos aceros aleados templarse a1 aire., a velocj-dades in Como feriores a 50eC/seg. Es claro que 1a velocidad de enfria niento (eficiencia de temple) necesaria para obtener una es tructura conpletamente martensiti-ca depende de 1a tenplabi lidad de1 acero y del espesor de 1a pieza. Se busca que en las partes de la píeza que van a estar sonetidas a esfuer zos críticos se obtengan un alto porcentaje de nartensita' en las áreas sujetas a tensiones menores se acepta nás poca martensita. Mientras mayor sea e1 porcentaje de martensita en e1 esLado templado se obtendrán nejores propiedades de . fatiga y de impacto después del revenido. Los factores determinantes son: templabilidad (1a cual in cluye composición, tamaño de 8rano, nicroestructura y grado de defornación), tamaño y forma de la pieza y medio de enfria niento. La tabla 2* muestra las aplicaciones de 1os medios de enfria miento más usados : agua, aceite y sa1es. En general el- medio de enfriamiento se escoge de acuerdo al nétodo de temple que se vaya a usar. En cualquier caso el medio templante nás adecuado es e1 que proporciona una velo 94 cidad superior o cercana a la crítica de tenple. si es¡ de nasiado alta en conparación con aque11a, se producen grie tas y tensiones debidas al desigual enfri-amiento entre 1a si e1 enfriamiento es relativamen te 1ento, toda la píeza !ransforma su estructura con mayor uniformidad. La manera cono 1a pieza se introduce al baño superficie y e1 centro. también es fundamental para evitar defecLos' esto se consi derará Posteriormente. TABLA 2 Medios de Tenple y sus Aplicaciones Aplicaciones Medio Aceros al carbono de más de 10 nn de espesor o diánetro. Ace ros de poca aleación de nás de 25 mn. de espesor o diánetro. Agua Aceros a1 carbono de 5 a 10 m. de espesor o diánetro. Aceros aLea dos. Aceite Muelles, cuerda de Pianor herra ' mientas, aceros esPeclales. Plomo Sales Ll - L2 - el s¡f¡iamJsnto en los ten ples nartenPering Y austemPering, etc. Para L3 Sales I Para e1 enfrianiento en los trata mientos' isotérnicos. Tenple de herranientas de 700 - Sales H Tenple de aceros ráPidos de Sales L4 y L5 n VALENCIA, 950ac. - op. cit, p. 21q 95 13004c. 1000 T(oc) Redondo de en lemplodo 12 mm og{ro Redondo Centro templodo de en 50 mm oguo t (s4) FIGURA 27lt Curvas de enfrianiento correspondientes a la superficie' al punto nedio del radio y al centro de dos barras de di ferente diárnetro tenpladas en agua. (Tomado de la obra frsuiting the Heat Treatment to the Jobil u.s. steel corpo ration. Las caractetísticas y cómposición de cadá tipo-dé.'salesi'a3í como las, zonas de temperaturás de, usó recomendables, :se estudiarán con detalle en el tema de tratamientos isotérmicos. r+ AVNER, op. cit, p. 292 96 5.4.6 InfluencÍa del tamaño yla masa de las piezas La relación entre l-a superficie de la píeza tratada y su masa son factores inportantes a considerar en la etapa de es así .como una esfera de acero se denorará mucho náé tienpo en enfriar comparado con ,tl. platina de poco espesor que tenga una área lateral o exter enfrianiento de1 material, na equivalente a la de la esfera. Esto es porque 1a esfe ra puede tener nucha nás masa a 1a cual le tocará disipar nás calor, luego su enfrianiento es.1ento. comparando en tre acerossimil-ares pero de diferentes dinensión, se enfria rá más rápido un redondo de LZ mm que uno de 50 mn. (ver figura 27. Puesto que 1a píeza de 50 mn. tuvo una vel-ocidad de enfria miento menor, 1a dureza de esta pieza será menor; por efec tos de las diferentes velocidades de enfrianiento enEre 1a superficie y e1 núcleo (ver figura 28)' Tonando varias Probetas de un mismo acero se Podfa comPro bar que ensaYando varios tamaños, s€ obtienen resultados mo el de 1as figuras 29 v 30. 97 co ToC to t2 t4 tiempo ( seg FIGURA 28tÉ ) Curvas de enfrianiento tienpo-temperatura' correspondientes a distintas zonas del interior de un redondo de 1 pulgada de diánetro templado enérgicamente en agua. (tonado de 1a obra f'Prin ciples of Heat TreatmenLrf de M. A. Grosmann, Ame rican Society for Metal-s. Metals Park Ohio. 1955) No se puede confundir la penetración del tenple por el efec to tamaño con la tenplabilidad ya que la tenplabilidad del a cero la dan sus elenentos de aleación y 1a penetración de1 tenple viene dada por el tanaño de la pieza. Esto se puede expl-icar de la figura 30 tonando dos piezas de acero 1045 de 50 mn y 76 nn de diánetro. Se puede observar que en e1 redon do de 76 mn a una profundidad de 50 mm tiene la nisma dureza que el de 50 mm. €n el núc1eo 3. Esto nos 1lana a decir que no inporta el tamaño de la píeza sienpre y cuando la velocidad de enfrianiento vaya relacio nada con la cantidad de calor que se va a di$ipar. tf 3 Por es AVNER, op. cit, pp. 293 de Selección-y Tratamien BENAVIDEZ C. Mariano A. Criterior to Térnicó de Aceros para herrarnientas, clasificacióÍt, composi ción y valores de mecanizado. Cali, SENA' 1985, p. 7L 98 q l \-R/C ?4 perlilo 9fue30 \A+F+C \R/C 30 perlilo de gfono F+C medio 59 58 4t Mortensito FIGURA 29* 35 Mortensito + perlilo + fetrilo Curvas de enfriamiento superflcial ' estructura fina y dureza de los distintos redondos de ace ro de O,452 de carbono, colocadas sobre e1 correspondiente diagrama T.I. ta taz6n los aceros que t.emplan al aire tienenmuy buenaf transformaclón martensítica hasta ciertas dimensiones (apro ximadanente 30 nm. de diámetro) a partir de las cuales se en nedios enfriantes ¡nás severos como e1 acei te o el baño de sal para incrementar su velocidad de enffia miento aunque e1 acero es el- nismo y tiene la nisma templa deben enfriar bilidad. Ibid, p. 294 Uniwnidod 99 . urúnomo de Secrión Bibliotaro Occidcnlo \ \ \ \ I 6 \-/ \ \o I/ I / I \ o \ l-- - 2'- - 5'- -l -¿- q TÍ, -f o N o 5 (b) FIGURA 5.5 Diometro de 4iy"fios redo 30* Curvas de penetración de qepple ¿óñ¿óé temilados en agua (a)-Acero SAE 1045; (b) acero cromo-vanadio SAE 6140 (tonado de la obra ItPrinciples of Heat Treatmentrr de M. A. Grosmann American Society for Metals, Metals Park, Ohio' 1955). REVENIDO El revenido consiste en aplciar al- acero tenplado un ciclo térmiCo por debajo de l-a tenperatura de transformación Ac1 para obtener propiedades mecánicas especlficas o con e1 fin AVNER, op cit, p. 295 100 de adecuar e1 acero para ulteriores procesos de fabricación o maquinado. Generalmente, aunque no sienpre, e1 revenido produce sus mejores resultados cuando se aplica al acero en condiciones nartensíticas. En este caso e1 proceso compren de la segregación del carbono a los defectos de la red y la precipitación de los carburos, 1a desconposición de 1a auste. nita retenida y la recuperación y recristalización de estruc tura martensítica. sin enbargo 1a microestructura inicial puede estar compuesta por martensita en su totalidad o por mezclas de martensita, austenita retenida, bainita y perlita en proporciones variables, o nás aún puede contener ferrita y carburos después de1 temple Además, independientemente de 1a conposición y de1 método de temple, la estructura endurecida está bajo algún grado de tensión interna debido a 1os gradientes de temperatura en 1a sección de la pieza, a 1os canbios de volúnen que acompa ñan la transfornación de la austenita o a una combinación de los dos. Los esfuerzos internos pueden ser benéficos, pero a menudo, y muy particularmente en 1os aceros de alto carbo no y alta templabilidad, pueden ser de una magnitud suficien te como para causar e1 agrietaniento del acero por consiguien t€, uno de los propósitos del revenido es proporcionar algún alivio de tensiones al acero calentado a1 menos hasta 120ac. t_01 De otro 1ado, €1 revenido produce canbios microestructu rales y de 1as propiedades que están relacionadas con la estructura existente cuando empieza e1 reveni.do y conel ciclo de temperatura y tiempo que aplique. Como se ha anotado, el revenido es un tratamiento comple mentario de1 tenple que generalmente se hace inmediatanen te después de esLe. El tratamiento completo' tenple y re venido, se denomina bonificado. E1 objeto del- revenido es modificar y adecuar, no eliminar, 1as propiedades obteni das en e1 tenple; sin enbargo desarrolla durante la solda dura y para aliviar tensiones inducidas por la conforma ción y el maquinado de las piezas. Las principales variables asociadas con e1 revenido y que afectan 1a microestructura y 1as propiedades necánicas del acero revenido son: La tenPeratura, €1 tienpo a esa tenpe ratura y la composición que incluye contenido de carbono, aleantes y e1-enentos residuales. 5.5.1 Etapas de1 revenido Suponiendo que antes de revenir e1 acero templado, Liene una estrucLura esenc ialmente martensítica y puesto que esta es 1a matriz en la c ual ocurre e1 proceso de revenido, LO2 es ImportanLe recordar que dicha martensita €s¡ en general-' demasiado frágil sin para que e1 acero se pueda utilízar revenir; aún en los aceros nás sinples se reviene para eli ninar tensiones residuales. En los aceros de herranientas de más alta aleación, e1 revenido comprende varios fenóme nos interesantes. El controL de los cambios de las propie dades mecánicas ordinarias en 1os aceros resistentes a1 im pacLo, €D los de usos especiales y en los de trabajo en 1i-ente; y e1 desarrollo' de1 endurecimiento secundario y ca 1a dureza en rojo en 1os aceros rápidos y de trabajo en calien te. Para un nejor entendiniento de1 mecanisno involucrado en e1 proceso de revenido, este se ha dividido en cuatro eLa pas (algunos autores resumen'este proceso en tres o en dos etapas solamente. vease figura 31)' l-as cuales a veces se solapan. Hay adenásr üD fenómeno inicial que es la segrega ción de1 carbono. Seguidamente se considerarán con a1gún detalle cada una de estas etapas. 5.5.1.1 Segregación de1 Carbono La nayoría de 1os aceros tienen una tenperatura Ms por enci na de 1a temperatura ambiente, Por el-lo cuando se tenpla hay por un breve período durante e1 cual se pueden redistribuir 103 Rockwcll C Tronsformocion del corburo Formocion del corburo epsilon epsilon é 60 -',/t etoooJ tr\ t,\ Combio de lo mortensito letrogonol --\ \ ",ol) / cu Perdido de corbono de lo morlens¡lo que quedo enC= O.25 30 por ciento , \ - A- \ a" m morlens¡to 40 bico. é cement¡lo Trónsformocion de lo ouslenito re en FeaC Glolulizocion y cúcimienfo dc los porttculos ,l de cemenlilo \so. J\ lronslof mo tenido en boinito cion de boinito ! lo en cementiio y fe¡ri lo 20 FIGURA 400 300 roo 600 500 oC 31* Principales etapas y transformaciones que sufren los aceros en el revenido. sí mismo los áto¡nos de carbono ocupando sitios intersticia 1es con más baja energía que 1as posiciones intersticiales normales de la red. Este proceso se denomina tenple-reveni do o 'rAuto revenidott. Las etapas que suceden en el calenta primera que va de 1a tem miento posterior de1 acero "onr'L" peratura anbiente hasta unos 2004C en la que ocurre la pre cipitación de1 carburo épsilon (€ )tt. La segunda se extien de desde 1504C hasta 3004C en la cual- ocurre la desconposi ción de 1a austenita retenida. La tercera va desde hasta 700cC durante esta etapa se precipita 150eC la cementita. La cuarta solo existe en 1os aceros que contienen elementos finos a unos 5004C, originando e1 endurecimiento secundario. AFRAU BÁRREIRO, 9p. cit, p. 2tB 104 5.5.1.2 Prinera etapa - Precipitación de carbono Cuando los aceros con más de 0,252 de C, se revienen a temperaturas entre 1004C y 2004C, el primer carburo que precipita es el épsilon (Fe2.4C Hexagonal conpacto) y 8e e1 contenido en carbono de la martensita baja a C = O 1257" apro ximadamente, dejando de ser tretagonal y convirtiéndose en red cúbica, 1a reacción presente es: Martensita *--', Martensita (* o,25Ac ) * carbur o{ Qe,27c¡5 de carburo se precipitan dentro de las pla cas de martensita con una dispersión tan fina que solo se Esta reac pueden observar con e1 microscopio electrónico. Las particulas ción se produce rápidamente a a temperaturas inferiores. 2O4eC y en forna nás lenta Se produce así poco ablandanien to, pero tiene lugar cierta eliminación de 1a fragilidad y de las tensiones internas. 5.5. I .3 Segunda etapa r etenida Desconposición de 1a Austenita . Durante e1 revenido, desde unos pocos o varios centenares de grados centrigrados, según 1a composición de1 acero, 1a austenita retenida presente puede transfornarse en bainita. Debido a que la bainita es casi tan dura como la nartensi 105 sita, La dureza aumenta hagta un grado qqe depende de la cantidad de austenita retenida que se transforma. Por ca da porciento de ausLenita que se transforna, se produce 1ineal aproxinada de 0.001 rnilínetros por mi1ínetro en contraste con 1a 1-igera contractación que acon una dilatación paña a 1a prinera y tercera etapas del revenido. Si queda ausLenita reLenida después de1 reveni-do, e11a puede trans formarse en servicio cuando por 1a acción de tensiones necá nicas y e1 ttCrecini-entott que acompaña a 1a transfornación crea problemas de dimensiones en 1as peizas de responsabi lidad como, por ejemplo, los rodamientos de bolas. *Carburo EpSilon (€ )4. Carburo que se precipita cuando se soneten a revenido aceros con concentra ciones mayores de O,2Z de carbono. No debe ser considerado cono un paso preliminar en 1a forma¡. ción de la cementita (fe3C), sino más bien cono otra fase que bajo 1as condiciones existentes en la primera etapa de1 revenido se nucleó y desarro 11ó más rápidamente que 1a cementita. : Los elementos de aleación afectan esta etapa indirectamente' primero por los efectos que tienen sobre la presencia de austenita retenida en e1 acero templado y segundo por la incidencia que tienen sobre 1a temperaturaMs y Ia tr-angf.or nación de.1a austenita a tenperaturas relativamente bajas' esto €s, a menos de unos REED-HILL, 500eC. op. cit, p.p.649-650 106 La reacción de desconposición de 1a austenita retenida es Esta austenita só1o bs$á preéente en'.cantida 1a bainita. des apreciables en los aceros de baja aleación si el conte nido de carbono es Eayor de O.47". Esta austenita retenida se puede Lransformar durante e1 revenido si 1a temperatura y e1 tienpo son los adecuados. Por 1o tanto, durante 1a se gunda etapa el revenido, según e1 acero (diagrama TTT) se puede transformar toda, alguna o ninguna austenita. 5.5. 1 .4 Tercera etapa Fornación de la Cementita En la tercera etapa e1 carburo épsilon, que apareció en la prinera etapar s€ transforma en cenentiLa Fe3C. A1 aumen tar progresivamente 1a temperatura del acero se forna pri mero un precipitado de cementita en 1os l-lmites de 1as agu jas de nartensita y tanbién en su interior. Luego, al au mentar 1a temperatura se redisuelve 1a cementita de1 in terior de las agujas, mientras se engruesa, en canbio, cenentita que envuelve a 1a nartensita, La Luego, a1 continuar elevándose todavía más l-a tenperatura' se va rompiéndo 1a envolvente de cementita, que se va presentando cada vez nás discontinua en las zonas 1ímites de las antiguas agujas de martensita. A1 progresar e1 calentamiento, 1a coalescen cia* y globulizaóión de la cementita prosigue, y a 600aC con grandes aunentos, €s ya clara y definida y La matriz 1-07 queda ya constituida por ferrita. Al- final se ha transformado en cementita y ferrita, Martensita (- 0 ,257'C) + Carburo s( * El acero se ablanda y su dúctilidad 1a martensita así: FErrita+Cementita aumenta continuamente a nedida que e1 revenido avanza en esta tercera etapa. El revenido a 371eC 482eC se utiliza ciones que requieran ductilldad anplianente para aplica y tenacidad así como una resistencia mecánica elevada. En esta etapa se presentan también ciertos fenónenos fragilidad de que se considerarán después. 5.5. 1 .5 Cuarta etapa Endurecimiento Secundario E1 fenomeno de1 endureciniento secundario fue reportado por prinera vez en 1900 por Taylor y White en un acero Fe-C-CrIrr notaron que este acero tenía la habilidad de tetener resistencia y dureza aún cuando se calentara al roJo. su Pron to se encontró que e1 tungsteno se podía reemplazar con nadio, molibdeno, cobalto, titanio y tantalio, va dando origen a una familia de aceros de herramientas con notable ttDureza en ro jorf . 108 E1 endurecimiento secundario en un acero se refiere a su habil-idad para retener 1a dureza a tenperaturaa de reveni do altas, a las cuales 1os aceros ordinarios se habrían abl-andado considerablenente. A1 principio se creyó ,itfe e1 endurecimiento secundario se debía a 1a transformación de austenita retenida en martensita, solo después de 1a segun da guerra nundial enpezó a entenderse e1 fenóneno' En todos 1os aceros aleados que contienen cantidades sufi cientes de elenentos que den lugar a la formación de carbu ros (cromo, volframio, vanadior oolibdeno) se fornan varios carburos aleados estables a altas tenperaturas de revenido' Estos carburos se forman a tenperaturaa más bajas porque ha de tener lugar la difusión de los elementos aleantes de sustitución así como la de1 carbono intersticial. Los carburos de aleaci6n se forman en una dispersión fina y pueden producir un endurecimiento del acero' Qu€ es cono cido como ttendurecimiento secundariott obteniendose una dure za similar a l-a de la condición templ-ada. 5.5.2 El- Revenido puede producir fragilidad Durante la Lercera etapa del revenido se producen dos tipos de ttf ragili zaci|ntt de importancia práctica. A tenperaturas 109 Uniwnidod aulonomo de Sección Eiblioieto 0ccidcnta superiores a 1os 26OeC se produce un nínimo en la absor ción de energía y e1 acero se hace susceptible a la fractu ra frági1 en servicio. cos advirtieron, Los técnicos en tratamienLos térmi empiricamente, 1a importancia de evitar el revenido a unos 26OeC, mucho antes de que los estudios La rrfragilidad de realizados revelaran 1a fragilización. revenidott se produce en revenidos prolongados 8r aproxima damente , 482-566aC o en el enfrianiento este intervalo, elevadas. 1ento, dentro de después de un revenido a temperaturas más Este efecto puede reducirse a1 nínino seleccio. áando 1as temperaturas y los tiempos apropiados, Por nedio de un enfriamiento rápido desde temperaturas de revenido elevadas y mediante e1 uso de aceros aleados con nolibdeno. La martensita se reviene para mejorar su ductilidad' pero el revenido debe hacerse con cuidado o esta propiedad puede dis minuirse en vez de mejorar. La reducción de tenacidad que ocurre cuando se reviene a ciertas temperaturas se denonina fragilidad y se manifiesta a ciertos rangos de temperatura según 1a composición de1 acero. Se conocen dos regiones principales en las cuales se da este fenómeno: fragilidad en el rango 25O a 400eC (en azul) y fragllidad a 400 a 560eC (fragilidad 5.5.2.I en el- rango de revenido) Fragilidad en el Rango 25O 4004C (En AzúL) 110 Este intervalo de fragilidad se encuentra en 1a nayoria de los aceros no aleados y en l-os de baja aleación, de cons trucción o de herranientas y se denomina fragilidad tensita revenida, de martensita dura o fragilidad de en mar az:úL. Las primeras explicaciones de este problena 1o atribuían completamente a 1a transformación de 1a austenita retenida, sin embargo parece que está asociada con el reemplazo de1 carburo épsilon por cementita ttintertirasfr (1oca1ízada en tre las tiras de martensita) y la inestabilidad de l-as partículas intertiras mecánica de austenita retenj-da cuando e1 acero se somete a carga (pués la austenita se puede trans fornar cuando se someLe a tensiones, de ahí su inestabilidad mecánica adeúas de 1a térmica). Este fenomeno asociado con la tercera etapa de1 revenido (formación de cenentita) eq un problena serio cuando se ca desarrollar resistencia y tenacidad óptima. bus E1 problema se puede obiiar usando aceros de baja aleación gue conten gan silicio puesto que este elenento inhibe e1 revenido l-a martensita y desplaza 1a fragilidad altas. Esto se da porque e1 silicio a temperaturas de más aumenta la estabilidad del carburo épsi1on, retardando 1a fornación y crecimiento de la cementita y por consiguiente haciendo que la austeni ta retenida sea más estable mecánica y térnicamente. do e1 acero contiene I,5Z o más de silicio, 111 Cuan la velocidad de ablandaniento es cero a 2504C. En resumen , La causa fundamental de la fragilidad de la martensita revenida son 1as parÉiculas grandes de cenenti que actúan como centros de nucleación de grle La descomposición de la austenita tas durante 1a fractura. juega papel secundario, pero contribuye a1 fenómeno' ta intertiras 5.5.2.2 Fragilidad en e1 rango 400 de revenido ) . 5604C (Fragilidad Esta es'1a llamada fragil-idad de revenido (o fragilidad de Krupp) que ocurre cuando ciertos aceros cromo-niquel perma necen a través del rango de temperatura de 400 a 5604C. ta fragiti¿a¿ se nanifiesta Es como una pérdida de cohesión en los l-ímites de grano de l-a austenita madre' E1 desarrollo de esta fragilidad es dependiente de1 tienpo y de 1a temperatura de revenido. Debido a la relación tem peratura-tienpo, requerido para inducir 1a fragilidad de re venidg se sugiere que debe ocurrir una precipitación o una segregación, sin enbargo como se ha detectado precipitación, e1 meanismo nás favorable es la segregación de elementos e impurezas hacia los línites de grano de la austenita madre ' Debe tenerse en cuenta sin embargo que la fragilidad Lt2 de re venido solo se da en ciertos aceros aleados, especialnente cromo-nique1. Por eso el mecanismo de segregación solo es inadecuado ya que podría aplicarse a 1os aceros ordinarios al carbono que no fragilizan 1o mismo que a los aceros aLea dos que si 1o hacen. De todos modos se ha hecho evidente que una de 1as causas de la fragilidad es la segregación de Sb y P y en menor gra do de As y Sn hacia los límites de grano de la austenita el proceso de austenización antes del temple. bilidad de los aceros a la fragilidad en La suscepti de revenido se ve agu dízada por la segregación de los elementos de aleación par ticul-armente nanganeso y cromo hacia 1os 1-ímites de grano de 1a austenita madre.durante e1 revenido. 1gs elementos fragilizantes Aparentemente se acomodan cerca de los 1-ímites de grano y se mueven a la configuración fragiLizadora solo en e1 rango 400 5604C. Por debajo de 3704C la novilidad de estos elementos se ve restringida y por encina se redi suelven en una configuración no fragilizadora, f ragilidad está caractetLzada por una curva por eso rrCrr 1a con una na rÍ-z entre 500 y 550eC. Hay una enorme cantidad de literatu ra sobre este fenomeno, pero nohay un modelo simple que ex plique e1 compleJ o mecanismo de la segregación de impurezas y aleantes. 113 !a fragilidad que tiene un acero después de un revenido efectuado en condiciones desfavorables, se puede hacer de saparecer por nedio de un segundo revenido a una tempera tura un poco nás elevada, seguido de un enfriani-ento rápi do. También se puede volver ttági1 un acero que ha queda do t eÍaz después de un revenido efectuado con enfrianiento rápido, si se le da de nuevo un revenido con enfriamiento 1ento. se puede por tanto, hacer aparecer y desaparecer esta fragilidad 5.5.3 de 1os acerOs por revenidos sucesivos. El Trataniento de revenido como proceso Se espera que en las secciones anteriores se haya presenta do con suficiente claridad 1os fundanentos teóricos del re venido, en esta sección se anotarán algunas consideraciones sobre e1 tratamiento en sí desde el punto de vista operati vo. 5.5.3.1 Proceso de Revenido El tratamiento se puede hacer a toda 1a pieza, teniéndo1a en el horno a una temperatura dada durante un período de tiempo suficiente como para que e1 mecanismo de revenido se complete, esto generalmente se efectúa en hornos de convección (de cierre hernético y con ventiladores) en baños tr4 de sales fundidas, €o aceite caliente o en baños de neta les fundidos. El revenido también se Puede hacer calentando selectiva mente ciertas Porciones de la píeza para obtener tenacidad o pl-asticidad en esas áreas, en este caso la técnica más usada es con e1 calentamiento pór inducción o Por soPlete pues es 1a nejor que se 5.5.3.2 Como Puede conLrolar. Calentaniento hasta 1a Tenperatura de Revenido 1os aceros de alto carbono se agrietan inmediatanen te después del tenpl-e, a veces el operario l1eva Lapieza apresuradamente al horno de revenido antes que se haya en friado suficientemente como para formar una cantidad ade cuada de martensita. Sabemos bien que l-a reacción marten sítica continúa hasta Mf. Si el acero se enfúia solo hasta la cantidad de martensita fornada puede ser tan poca como 3OZ en un acero l4-2 o no más de 9OZ en I,I1, 01 , D4 y HIZ. Por 1o tanto es necesario continuar 120eC antes de revenir, el enfrianiento de estos aceros hasta unos 45aC o hasta temperatura tta 1a cual se pueda sostener 1a herranienta l-a nanott, para estar seguro de que se f Ornó una cantidad adecuada de martensita. 115 una en Por oLro lador to es deseable que las herramientas se en fríen como una losa antes de revenir ' porque si la pLeza tiene aristas agudas o diferencias apreciables en las sec ciones, es muy probable que se agrieten si Ia temperatura cae por debajo de 404C. Lo inporLante es recordar que la martensita se forma por debajo de Ms y es obvio que ttel acero rne,debe revenir sin haberlo templado antesr'. EL calentamiento de herramientas complicadas debe hacerse lentamente. Si e1 revenido se efectúa en un ambiente oxidante en la superficie del acero se forma una película de oxido cuyo color varía con la tem peratura náxina aLcatzada en e1 revenido. (ver tabla 3). Con buena práctica estos colores pueden servir para calcu lar 1a temperatura de la pieza. Hay una vieja regl-a que dice que el tienpo de revenido debe ser una o dos horas por cada pulgada de espesor y se cuen ta desde el momento en que se carga un horno precalentado' o desde el nomento en que el control indique la temperatu ra deseada. s.5.3.3 Tienpo de Pernanenc ia Cono sabemos, €o el revenido la tenperatura y e1 tiempo son 116 TABLA 3* Colores de REvenido de los Aceros Tenperaturas Acer€ al carbo Acerw no y de ba::a a I¡ucidables COLOR leación Amarillo pá1ido Anarillo Paja Amarillo oro Anarillo pardo Violeta oscuro Violeta púrpura AziL claro A.ziI pardo 220e 230e Az:úI verdoso Gris negro 3304 280 e 2454 2554 265s 3204 27 5a 47 0e 290e 510 a a 550 a 297 400a 350 a 400 a 640e 7 25e (ver figura 32) ' Durante e1 ptoceso de re venido se ven afectadas las propiedades de1 acero ' pero l-a más f ácil- de medir es la dureza. Hollomon y Jaffe en inseparables tre oLros, han investigado e1 factor tienpo-tenperatura-P y han desarrolaldo la expresión6; It APRAIZ BARREIRO, 'óP, 6 VALENCIAT op, cit, p. cit, p. 236 TL7 273 Tiempo de revenido TEMPERATURA FIGURA DE REVENIDO 32f. Dureza vs temperatura para un acero H:13 reveni do a distintos tienPos (T + 460 ( c+ 1-ogt ) T : Temperatura en grados farenheit t : Tienpo en horas c : Constante Grange y Bughman sugiere un valor único de 18 para c, 1o cual da el mismo paránetro para todos 1os aceros. de curvas como la de la figura 32 se pueden obte ner curvas de dtreza vs paránetros P, ta1 como la de la figu A partir ra 33 llamada curva maestra. Hay curvas maestras para cada tipo de acero las cuales se VALENCIAT op. cit, p. 237 118 8lo Porometro FIGURA de P. revenido t4 * (T t6 45O )(c * áo.ro3 18 log t ) 33* Curva maestra para el revenido deL acero H-13 determinados experimentalmente o se pueden calcular por o tros métodos. Pero l-as correlaciones dureza-temperaturatiempo requieren el conocimiento de la curva maestra o el uso de 1os parámetros ya determinados. Ejemplo: El acero AISI 4340 da una dureza de 38 Rc si se reviene 5 horas a 538eC cuanto tiempo habrá que revenir a 5934C para obtener la misma dureza. Solución: La nisma durezasignifica e1 mismo paránetro P en la curva maestra o sea: VALENCIA, oP. cit, P. aE'--' 237 r_ ! 19 Uninridod lutonomo de Socci6n Biblioteru 0ccidcntc P - (Tr + 460) (18 + los tr) = (Tz + 460) (18 + 1os tz) 1os t2 = (Tt + 460) (18 + los r)/(T2 + 460) 1os t2 = (1000 + 460) ( 18 + los 5)/( log t2 = 0,4997 ; L100 + 18 460) 18 tZ = 0'3165 Horas = 19 ninutos Revenir 19 ninutos a 5934C producela misma dureza que reve nir5horasa538oC. 5.5.4 Doble Revenido Los aceros que forman bainita en el revenido o que tienen bainita en su estructura después del endurecimiento, tales como algunos aceros aleados en secciones gruesasr solo ne cesitan un revenido, 1o mismo que l-os aceros de bajo carbo:" no en los cuales hay poca austenita retenida después del tenple. Sin embargo a los aceros rápidos y a los aceros indeforma óles de alto cromo es necesario darl-es después del tenple un doble revenido, con e1 que se elininan las tensiones residuales y se evita que 1as herranientas queden algo frá giles. A1 calentarse e1 acero para el- tenpl-e, s€ alcanza en toda t20 Temperotur0s 5000 Comienzo de formocion de lo nortensilo Primer empre Segundo revent 00 revenrdo T % I I N N m m Hilptf uur( ríü¡enle E Mortensilo I I Auslcnilo ocofldicionodo con corburos precipi fodos t I I r-l Auslenito w7A Morlens¡lo rcvenido las transformaciones micros cópicas que ocurren en el tratamiento de un acero rápido. FIGURA 34J$ Representación esquenática de lamasa en el estado austenitico mas o menos perfecto, gu€ se conserva el enfriamiento, hasta que se l-lega a la tenperatura de fornaci6n de martensita. Entonces se inicia 1a transforanción austenita-mar tensita y al llegar a la temperatura anbiente, e1 acero suele estar formado aproximad¿rmente por nartensita generalmente y austenita residual, variando el contenido de austenita de 5 a 252 (ver figura 34). A1 revenir 1os aceros esta austenita se transformn en martensita cuando se enfría desde la tenperatura de revenido (500-5504C). Esta martensi ta tiene tensiones internas y puerle inducir grietas. Por eso l-os ace ros se deben revenir de nuevo para mejorar la tenacidad de esta narten sita fornada recientemenLe. Si en el primer revenido se obtuvo la dure za deseada, e1 segundo debe hacerse a una temperatura trenor para evitar que se disminuya. Generalmente el segundo revenido debe efectuarse a una temperatura que sea de 10 a 30aC menor que :fr APMIZ BARREIRO, op. cit, p. 258 L2.L la del primer revenido. PROBLH..IAS EN I.OS TRATAMIENTOS TERI.üCOS 6.1 INTRODUCCION térnicos no se aplican No ol-videmos que 1os tratanientos a1 acero sino a las piezas de acero. Cuando se hacen tratamientos térmicos, cono consecuencia de los calentanientos y enfriamientos, sobre todo en e1 tem p1e donde son tan bruscos se producen variaciones de vol-ú nen y forna y muy frecuentenente defornaciones y grietas. Esto se debe principalmente a 1a desigualdad de dilatacio nes en la masa de la píeza y a las nodificaciones en su es tructura. Estos hechos se pueden presentar durante e1 trataniento tér nico, innediatamente después, o nás tarde a1 mecanizar ias piezas, yd que e1 material queda sometido a tensiones inter nas que se traducen en variaciones externas cuando se cam bia e1 estado necánico de1 naterial. A1 calentar el acero se dilata L22 y cuando se enfría se contrae El Eoeficiente de dilatación de 1os aceros ordinarios es a de L4,zXlO-' mn/qC entre 20 y 700qC. Si una barrita de 100 mn de largo se calienta desde 1a tenperatura ambiente hasta 700uC y se dilata 0.962 y queda con una l-ongitud de 100,96 mm. Si se enfría muy lentanente se contrae tanbién O,962 aproximadamente . Por oLro lado cuando se cambia l-a constitución del- acero al pasar por una zona crítica en e1 calentamiento o en el enfriamiento, cambia tanbién el vo1únen, pero en sentido contrario a la dilatación térnica natural; esto €s, se con trae en e1 calentamiento (1a austenita es la fase nás den sa) y se expande en el enfrianiento (ver figura 35). La magnitud de este canbio depende de 1a nicroestructura en cuestión y de 1a composición del acero, La figura 36 mues tra en función del contenido de carbono las variaciones di mensionales en Z debidas a las tranaformaciones en aceros no aleados. Cuando se pasa de austenita a martensita el porcentaje de cambio de volumen es 4,32. Si las variaciones de volúnen debidas a l-as transfornaóio nes fueran los únicos factores deterninantes, uno no se preocuparía por e1 problema de 1a defornación. Simplenen te antes de1 traLamiento se calcularían las variaciones po sibles y se dejarían esas tol-erancias para obtener las di L23 ¡r oo) 9> (d dc) o t{ h t{ o oÉ oo t \o €(tt o ¡JA o p8 _o :-l¡J .ü1,19 EEF €Ex 9Pe, |-ctt zÉ rO .o e k .Fl @ F oo o ó Ftd 't= A t{ ' E1r oÉ o t{ o o t-t O >\tñ € +¡o(J (It otrtr\ +J .O É 'r{ clo l{Eo C\¡ 5c'o € oo Xd o oH oo U€ .oÉ at o) 'r{ 9-'(D -lOU OJ r-r E cl (ú ÉElr{ Of{O O$r EEO \OE .rlOo OOt{ OO+J (ft .rl ¡rEql lJ t{ rl É.O o.tJ (t o O d.' 6 PE >;EPq s€:É. 6urtE5 9-o 9 ÚE EFSs3. O[curF -XqrPb ¡LJu+-+ o+¡ oÉ trrO Gt oh EO= \o o€ .r{ O O¡rO tri aq) O r-{ qo¡ X O"-{ trl Fl O rt za <() Lfio, sÉ *tn oF. o h.: gEE ü8 -E CN É CJ H h vunrvH3dN3r L24 o ri ÉFl \o OA o oo F{@ oo\ rl Cn tra tr¡ .ri oo OA U 'rl EIE f{ \o \o F{ o f- rñ o +J€ oo E dFa ¡r< (Uu) |{ c/l F{< ú= F1 oo. .aa +)= a c6 Z+) oÉ c,'l c, F1 f¡l E u) 'rl El t.6 t.2 O- TOOoC (lerrilo * cementito ) 0.8 .9 o.4 : E o o E o o c o c .9 I o errilo * cemenl 0.4 o.8 t.2 o t.6 o.2 FIGURA ?.o o/o C 36* Influencia de1 carbono sobre las variaciones dinensionales debidas a 1os canbios nicroes tructurales de1 acero. mensiones correctas después del- trataniento. Desafortunadamente ese no es el caso, el asunto se conpli ca por 1as importantes diferencias de temperatura que apa recen en l-a nisna sección durante el enfriamiento. En la tabla 4 se hace un esquema del- probl-ena. En la figura 37 se presenta una vista longitudinal cilindro de'un de acero, cuyo largo es el doble de1 diámetro, en el se observan 1as isotermas en un momento dado durante e1 VALENCIA 9p. cit, p. 398 ]-25 TABLA 4X Variación dinensional y distorsión EFECTO CAUSA FENO,fENO VAriación Variación Transformacioneg, canbios estructuras, variaciones de de Volúnen térnicas. Deformación Contracciones térnicas y de transformación durante el en dimensional friamiento. Distorsión Defornaciones evitables (con sin variación o de volúnen Causas directas: - Calentamiento o enfrianiento inadecuados - Influencia del peso de la píeza. Causas - indirectas: Construcción inadecuada Escogencia inapropiada del acero. enfriamiento, se ve que las aristas se enfrían mucho más rápidamente y que 1as superficies planas de los extrenos 1o hacen poco nás lentamente que La superficie lisis cilíndrica. un Un aná de 1as defornaciones plásticas que se puede producir en las partes que se enfrían nás despacio nos indican principio un fundanental: Las contracciones térnicas puras se ejercen durante e1 enfrianiento tienen la tendencia a formar 1os cuerpos en el- sentido de La forma esférica. VALENCIA op. cit, p. 399 L26 que de Los I¡s cuerpos cilindricos se hacen más cortos y nás gruesos ' se abarrilan. La combinación de los dos tipos de variaciones dinensio nales en e1 enfriamiento de un cilindro' aumenta 1a longi tud, disminuye el diámetro y 1os extremos de La barra ten drán un diámetro nayor. Esto se 1lana tendencia a la for ma de bobina. De 1a tabla 4 y de 1o expuesto anteriormenter s€ deduce que 1os cambios en la forna y Lamaño de las piezas o herra mientas de acero pueden ser reversible o irreversibles. Los canbios reversibles son causados por las tensiones en e1 rango eLástico o por 1as variaciones de tenperatura que no causan cambios en la estructura rnetalúrgica ni in ducen tensiones que excedan e1 1ínite elástico de1 mate ria1. Bajo estas condiciones 1os valores dinensionales pueden restaurar retornando a su estado original se de ten sión o tenperatura. Los canbios irreversibles son causados por tensiones que exceden e1 1ímite e1ástico o por canbios en la estructura metalúrgica. r27 FIGURA 37* Distribución instantánea de 1a temperatura un cilindro durante e1 enfriamiento. en Distorsión es e1 término que abarca todos los capbios di mensionales irreversibles. Hay dos tipos principales: disi torsión del tamaño, ó sea la expansión o contracción sin cambio de forma geonétrica; y distorsión de formar eü€ com prende 1os cambios en la curvatura o las relaciones angula res, cono en el alabeo, la flexión y 1-os canbios no simé tricos en las dimensiones. Con frecuencia se dan los dos tipos de distorsión durante l-a operación de trataniento térmico. Adnitiendo que 1a distorsÍón es inevitable, VALENCIA op. cit, p. 400 128 puesto que inhe rente a los tratanientos térmicos del acero, 1o ideal ae ría que pudiera preveerse, para así ser conpensada, en las operaciones previas de diseño, selección de1 material, con diciones del tratamiento térnico, mecanizado y utilización de la pi-eza. El objetivo de este capítulo es dar una idea sobre las causas de 1as distorsiones y denás defectos, los factores que actúan sobre e1las, los paránetros que deben controlarse y l-as precausiones para reducir a1 mínimo es tos pr oblemas. 6.2 DEFECTOS EN LOS TRATAMIENTOS TERMICOS El éxito de una pieza o herramienta de acero se basa en cuatro condi ciones: a. Buen acero b. Buen diseño c. Buen tratamiento térmico d. Buen servicio Se espera que los conocimientos previos y los que se han adquirido a 1o largo de este estudio se pueda seleccionar e1 acero adecuado para la apLicación, diseño y tratamiento que se deseen. En este orden de ideasr lo referente al li teral a, debe ser resultado del estudio de este trabajo. F-.- L29 U¡lrcnidod ¡uronomo de-Grtiñtc Sección Bibliotero Sobre e1 diseño se tratará al final del capítulo. El tratamiento térnico y sus técnicas son un objetivo de este trabajo. De todos modos, más adel-ante se tratarán Los principaLes problenas y su corrección. El uso correcto de 1a pieza o herranienta corresponde al usuario y escapa al objeto de.estas notas. 6.2.I Def ectos del- tenple Los principales que se presentan en el templ-e son: a. Dureza insuficiente b. Fragilidad c. Distorsiones d. Grietas y roturas 6.2.I.L Se puede deber fundamental Dureza insuficiente: mente a 1os siguientes factores. Composición del acero. : Si el acero no contiene el carbo no se 1-ogrará muchas veces 1a dureza deseada. La selección del acero adecuado es e1 punto de partida de no suficiente, cualquier tratamiento. Falta de temperatura. Sirpe aLcanza La temperatura 130 de austenizaci6n, ro habrá suficiente austenita para producir 1a martensita necesaria en un buen tenple. malizando y volviendo a Se coriige nor tenplar desde 1a temperatura correc ta. Falt.a de permanencia a 1a temperatura de sostenimiento. Se remedia nornali Sucede 1o nismo que en el caso anterior. zando o recoclendo y volviendo a austenizar e1 ti-empo adecua do según l-o visto en el tratamiento de tenpl-e. Si el nedio de Fal"ta de rapidez en el- enf riamiento. frianiento no tiene severidad suficiente, o e1 vólúnen en de1 baño es pequeño para la píeza, o se ha calentado el líqui do al templar otras piezas, o si las piezas no se introdu cen correctamente o no se agitan cono se quierer s€ produ cirá un temple defectuoso. Por descarburación superf icial-. Si no se contróla e1 biente que rodea la pieza, 1a capa nás exterior a¡Il del acero se puede oxidar produciendo puntos blandos ' esto se da so bre todo en aceros de alto carbono. Se evita usando recu brinientos adecuados (coke, viruta de fundición) o una at mósfera controlada. Esta distribución irregul-ar de dureza se puede remediar tenplando de nuevo l-uego de recocer. L31 6.2.I.2 Las causas principal-es Fragilidad excesiva. de este problema son: Grano basto. Excepto en 1os aceros austeníticos y ferri ticos que no sufren cambios¡ ell todos los demás se obtiene grano fino cuando se calientan justanente por encina de 4.3 ó Acm. El caliente de tenperatura demasiado por encima (nás de 30aC) de A.3 ó Acm o durante denasiado tienpo conduce a la forna ción de grano grueso, esto es 1o que se denomina ttsobre ca Lentamiento'r. La austenita e1 templarse dará una martensi En 1os aceros tenplados no debe exce ta grosera y frági1. derse el grano ASTM 7. E1 renedio para el exceso de Srano grueso es recocer y volver a templ-ar usando tenperaturas y tiempos de permanencia correctos. Temperatura de austenización nuy al-ta. hasta una temperatura muy alta, Si se calienta cercana a 1a temparaLura de ablandamiento se obtiene acero ttquemadott, que se caracteriza porque el grano es muy grueso, en 1os línites de grano hay óxidos y a ,veces hay fusión insipiente en la superficie. Este probl-ena no tiene renedio; 1as piezas no son aprobecha bles. L32 Calentamiento irregular. Si las piezas son de forma com plicada y se calientan muy rápido pueden producirse de si gualdades de temperatura demasiado grandes que generan fra gilidad en ángulos y aristas. También puede deberse a una mala posición de la píeza cuando se introduce en el- baño temple. de Se corrige recociendo y calentando unifornemente introduciendo y agitando correctamente l-as piezas en e1 baño de temple. 6.2.L.3 Deformaciones. Cono ya se anotó 1a distorsión ge neral producida en e1 temple o en tratamientos superficia 1es tiene varios componentes que pueden deberse a diferen tes causas Se señalaba que los canbios de vol-úmen son inherentes acero y la mejor manera de controlarlos a1 es calentando a lss temperaturas correctas y durante e1 Liempo adecuado. Por otra parte, y como se indica en la tabla 4,la distorsión puede ser eviLable cuando se debe a las siguientes causas: Calentamiento irregular. Si al colocar las piezas en e1 horno éstas no reciben calor unifornemente en toda Ia perficier s€ producen deformaciones permanentes. En su 1os hornos de mufla debe controlarse la ubicación de las piezas respecto a 1as superficies de radiación. ninimiza cuando se usan baños de sales. t_33 Este problema se EnfriamienLo irregular. Siempre debe concerse 1a mejor 1as ¡rlezas al baño según su geonetría Si se tienen.deformaciones debe haber agitación y en e1 sen manera de introducir tido adecuado. Forma complicada de la pieza. diseño. El problena se debe al E1 proyectista siempre debe tener en cuenta 1os tratanientos Lérnicos que debe sufrir la pieza. Se pueden atenuar las defornaciones calentando y enfriando lenta y uni formemente (cuando sea posible) usando austempering' martem pering o temple escalonados. La templabilidad de1 acero repercu te en la deformación. Cuando se quiera minimizar la defor mación a toda costa se deben emplear aceros indeformables. En las piezas brutas o semiacabadas r s€ presentan después Material inadecuado. de la laminación o forja tensiones de deformación en calien te que en el temple causan distorsiones. Deberán eliminarse estas tensiones por normalizado o reco Las tensiones de mecanizado y 1-as originadas por 1a deformación en frío deben aliviarse con un recocido antes cido. de dar la forma final. 6.2.L.4 Grietas y roturas. Las grietas de tenPle en 134 una pieza tienen diferentes causas. El acero mismo, e1 maqui nado, e1 diseño, e1 tratamiento y el rectificado fina1. Defectos de1 material. Es de mayor importancia selec cionar e1 tipo correcto de acero para una aplicación dada. E1 compromiso más inportante está en 1a tenacidad vs. resistencia a1 desgaste. Es inposible obtener un 1a máximo de las dos. Además del acero correcto es fundamental- su Mientas más limpio, nenos peligro de grietas. calidad. Las inclusiones no metálicas y las segregaciones provocan incrementos locales de tensiones que darán lugar a agrie t,amientos. En 1os aceros de herranientas, sobre todo en 1os rápidos actúan l-as bandas y acumulaciones de carburos que son nuy desfavorables respecto a la distribución siones. de ten Las segregaciones son nás comunes en 1os lingotes laninados. Estas bandas y amontonamientos no se pueden eliminar por tratamiento térmico y son causa frecuente de grietas de tenple. Debe controlarse entonces e1 material de partida usando dis cos forjados en iez de barras; en aqueLlos hay 1íneas flujo de que son más favorabl-es que 1as longitudinales. La forma de las piezas. Si las píezas son de forma irre 135 gular, con ángulos agudos, aristas pronunciadas y amplias variaciones de sección y transiciones nuy bruscas de una sección a otra, hay muchas probabilidades de que se produz can grietas y aún roturas si e1 temple es nuy enérgico, porque las secciones delgadas se calientan más y en el en friamiento se originan grandes tensiones. Usando cubiertas protectoras sobre 1as secciones débiles se puede suavisar e1 desarrollo de tensiones r las. pero p pliminar En el diseño de 1as piezas debe evitarse en todo posible 1as formas complicadas de dificil 1o tratamiento tér mico. Cuando por tazones de servicio más sencilla no se puede lograr una forma es preciso enplear un acero con mayor templabi lidad. En 1as píezas grandes de aceros aleados las grietas pueden aparecer mucho tiempo después. Debe realizarse innediata mente después de1 temple un alivio v de tensiones entre 100 1500C. Tratamiento defectuoso. Si se inLroduce una pieza fría en un horno que esté a más de 3004C, se pueden originar grietas. Si se calienta muy por encima de su temperatura 136 de ausLenización se forman grietas que se reconocen netalo gráficanente por ser angulosas e intercristalinas. En to dos 1os aceros 1a temperatura se debe elevar paulatinamen te hasta e1 valor correcto. Si el enfriamiento es demasiado brusco, por ser e1 nedio denasiado severo, €s muy frecuente que se formen grietas. Por eso como se anotó antes el medio debe proveer una velo cidad 1o más próxima posible a la crítica Si 1as piezas según su de tenple. geonetiia no se introducen correc tamente al baño se pueden crear tensiones 1o suficientemen te alLas como para causar grietas. Las piezas largas se Introducen verticalmente, las brocas y los nochuelos se ha cen girar dentro de1 baño sobre una parri1la. En 1as piezas con secciones variables se introduce primero 1a parte más gruesa para que se enfríe tan rápido como las partes nás delgadas. Las piezas con espacios huecos deben tenpl-arse con 1a aber tura hacia arriba para que penetre el líquido en las cavi dades y no atrapen vapor en ellas. No debe olvidarse que la agitaci6n es decisiva para aumentar la severidad del- ten p1e el movimiento enpieza en el monento en que se sumerge r37 en el baño y debe continuarse de manera conveniente. Habrá que agitar el baño cuando se LenplaD 1as piezas gran des, que apenai3 pueden moverse y que es pref erible d,=jar las colgar en reposo. 6.2.2 Defectos de1 recocido En e1 recocido total de 1os acero's def ormados en f rí,r se uiene una estructura de grano f iiio , cuando l-a def ornacion es pequeña se puede originar un grano gruesor gue se elimi ob na luego por normal-izadó; otro defecto que se puede presentar en el recocido es la fornación de estructuras de l,lidnanstatten por un enfrianien to rápido e irregular vameni"-e altas. desde temperaturas de recocido excesi A1 f ormar austenita de grar-lo grueso, duran te el enfrianj-ento irregular con ferrita y rápido, no se forma perLita como aLótriomorfos o idiomorgos sino la estruc tura acicular de Widnanstatten. Esta estructura hace dis ninuir considerablenente 1a tenacidad y 1a resistencia l-a tracción. Con un nornaliza'to correcto se elinina microestructura consiguiéndose una distribución de la perlita y 1a f errita. 138 e esta uniforme largo puede producir descarbura:ión de 1a misma manera que se indicó en el- tenple. Se elinina Un recocido demasiado de La misma forma. Los problemas anteriores también pueden presentarse duran te el normalizado. 6.3 BUEN DISENO Como se espera haber logrado en 1os capítulos anteriores se obtuvo un conociniento sobre l-os fundamentos de1 trata miento térnico del acero, 1os fenomenos inherentes y 1os .¡ deben controlarse. Sin embargo no toda la procesos qúe responsabilidad de los problemas que ocurren radican en e1 tratamiento térnico en sí y no pueden ser inputables al técnico que 1os controla. Cono se ha repetido el conocimiento de1 material es esen cia1, e innumerables ocasiones se enplean nateriales inade cuados y se pretende lograr con eL1-os resultados inposibles de conseguir con e1 trataniento La utilización térnico. correcta de la pj-eza es fundamental, es fre cuente que el cliente exija durezas no compatibl-es con eI uso que va a darse a la píeza. 139 También muchas veces se piensa Uninnidod autonomo de Occidcnfa Serción Biblioteco que 1a dureza es e1 parámetro determinante de la bondad de1 tratamiento térnico sin recordar su relación estrecha con 1a resistencia, tenacidad y demás propiedades necáiii cas del material. Por últino y quizá 1o nás inportante es el papel que juega e1 diseño. Con un mal diseño se hacen grandes 1os riesgos de grietas y roturas, aunque e1 personal que haga el trata miento térmico sea experto en su trabajo. técnico se puede facilitar El trabajo del enormemente si la forna de la herramienta o pieza no interfiere con el- trataniento térni co. La importancia de un buen diseño no se puede recalcar sufi cientenente. E1 diseño inadecuado puede hacer que la pieza fa1le durante el tratamiento, en cuyo caso 1a vida de ser vicio es cero y pueden fallar premaLuramente en servicio. La fa1la de una perte o herramienta normalmente ocurre en una región de tensiones local-izadas o concentración de ten siones. Por consiguiente los diseñadores de todo tipo de equipo saben que es importante prestar atención a1 proble ma de la concentración de tensiones, o Los concentradores donde la tensión loca1 es mucho nayor que la Lensión noni na1 o tensión pronedlo. Esto es particulafmente cierto 140 ba jo condiciones de esfuerzos elevados y cargas fluctuantes Algunos concentradores de tensiones son resultado del di ; seño: entallas cantos y esquinas agudas, cambios abruptos de sección, filetes inadecuados, canales, ángulos reentran tes, huecos para acé1tar, roscasrescamas delgadas, etc. Otros son más inSidiosos y pueden resultar de una mal_a eje cución de1 diseño: ma1 maquinado, marcas de herranientas, rayas, grietas del pulido, cortes adyacentes a l_as cabezas de tornil-1os, marcas de inspección o de fábrica sobre super ficies altamente tensionadas. No se puede construír una máquina sin algunos esfuerzos localizados. Por otro lado r no se puede diseñar una parte eficiente si se ignoran 1os concentradores de tensiones. La forma ideal para el t,rataniento térnico es unaen 1a cual todos 1os puntos de cualquier sección o superficie reciben o regresan la misma cantidad de calor a la misna vel-ocidad. Es claro que esta forma no existe en la práctica, pero l_a labor del diseñador es el tratar ble. de acercarse 1o más posi Al-gunas reglas simpl-es que el diseñador debe tener en nente cuando diseña una parte que deba ser tratada tér micamente son: L4I a. tan uniforne como sea posi Una distri bución de naterial ble o sea que se debe conservar una f orna sencil-1a, unif or me y simétrica b. Radios de curvatura suaves, evitar las esquinas agudas y 1os cantos filosos. c. Evitar 1os cambios bruscos de sección. Cono se ha repetido la principal causa de grietas de temple son 1as tensiones resul-tantes 1as diferencias de tempera tura en las distintas de partes del material. A continuación se dan algunos ejenplos de piezas que se ronpieron por diseño inadecuadoT (ver fígura a. La principal 38 su v 39). I raz6n por La que se ronpió esta pieza son 1as esquinas agudae. Aunque la pieza estaba hecha de acero D2 de temple profundo ¡ s€ concentraron tensiones en la capa superficial b. durante e1 tenple produciendo grietas. La placa se fabricó de un acero poco tetrplable. El terial ma se enfrió más rápido en las esquinas y la martensita se formó prinero en esas áreas. Cuando la formación de mar 7 V¡LENCIA, op. cir, pp. 4I2, 4L3, 4l-4 y L42 415 (e) FIGURA 38* Piezas que fallaron por diseño inadecuado VALENCIA, op. cit, p. 41-3 143 o o o o ¡ !ut tl.l c ol ooooo f FIGURA " 39* Piezas que fallaton por diseño inadecuado VALENCIA, op. cit, p. 4L4 L44 I i I empezó en l-os al-rededores, 1as tensones de compresióó en 1os huecos fueron suficientes para provocar 1a fractura. Aislando estos huecos sería posible reducir l-a velocidad de enfr ianiento Esta pieza hecha de acero 01 tenplado en aceite se ron pió en el lugar del canbio de sección entre 1as partes cilin c. dricas a causa de 1o brusco en 1a transición entre secciones y 1os diferentes espesores. Durante e1 tenple 1a. Pestaña se hizo martensítica primero y se expandió, de nodo que e1 naterial por enci¡na quedó suieto a esfuerzos de tracción. El enfriamiento no fue eficiente en el cilindro y las dimen siones eran nuy grandes para admitir un temple total, de nodo la parte superior se contrajo en el enfrianiento y los esfuerzos en la sección se incrementaron. En este caso ese no solo es incorrecto e1 diseño si-no 1a selección del- naterial. Se hubiera renediado algo haciendo un martenpering. d. Esta pieza tanbién estaba hecha de aeero'01-, se rompió por La misma causa anterior. TaLvez no se hubiera fraütura do si e1 agujero hubiera sido pasante, o se l.e hubiera he cho un martenpering. e. 1a Rodillos de acero 01 templado en aceite. ya anotada, üIl cambio brusco de sección. r45 La causa fue Deberían fabri carse los dos componentes aParte o usar un acero de tem p1e a1 aire. f. Matriz, tanbién de acero 01 de 100 mm. de lado. La grieta está exagerada. Caso similar a1 anterior. g. Caso simi1ar al anterior. h. Caso similar al c. r natriz de acero al carbono. Las paredes menores alcanzaron 62Rc y la base nasiva 38 a 59 Rc. i Matriz de acero 01 rota debido a los ángul-os vivos en 1os agujeros cuadrados. Enmascarando los huecos, emplean do un nedio Lemplante menos e.nérgico como baño de sales o al airer s€ podría remediar algo. En las figuras 40 a 43 se muestran algunos ejenplos de dise ño correcto de partes. L46 Incorrecto: sección irrcgular si los dientes están opuestor. Correcto: los dientes alternados dan una sección más uniforme. Incorrecto: ranufir en un solo lado y con es- Correcto: ranun$ cn ambos lados y con radio en las esquinas. guinas agudas. 2L Correcto: sección más gruesa y esquinas re- lncorrecto: secc.ión de la pared muY delgada y las esguinas intemas muv agudas. FIGURA 40* Ejenplos SAMUELSSON, de dondeadas. diseño correctos op. cit, P. 24 r47 de parte s o o oo oo Incorrccto: ooo ooo Cor¡ccto: let Plecm perforadar puedcn rcr divididas en dq. grandcr difcrrncia¡ cn l¡ .¡ccción. a \o./ lncorrccto: esquinas agudas y grandes dife- rc¡¡cias en la sección. Correcto: radio cn esquinas uniforme. fncorrccto: el ¡cr¡iero Correcto: cicgo obctac uliz¡'el'en- continúa Inamrento. FIGURA las y sccción más ¡ cl agrrjcro todo lo lrr- 8o. 4l Ejemplo de diseño correcto de partes 148 Incorrecto: Correcto grandes diferencias en la ción (cn algunoe casc cs incvitable). Incorrecto: ranura de la cuña opuesta a la gartanta de loe dien- : herr¿s¡ienta hecha de.dc partes con sección mis uni[orma sec- Corrccto: ranr¡ra de la cuña movida a la mitad de un diente. ies. Incorrecto: difcrencias en ción. grandes la sec- Correcto: herramienta hecha en dos partes con una sección má¡ uniforrrrc. FIGURA 42 Ejenplo de diseño correcto de partes L49 tlnivcridod lütonomo de 0aldrnt¡ Sección Bib!iotero ln(orrec.to: csquinas y grandcs difelencia-r en la sección, agrrdas Correeto: radio en la¡ esquinas y sccción más uniforme. .+'------J,-- I nco¡ recto: grande difcrcnci¡s cn la rcción y ningirn radio en rl filcte. FIGURA Crorrecto: sección má¡ rcgular y radio en el filete. 43 Ejemplo de diseño correcto de partes. 150 TRATAMIENTOS 7.1 I S OTERMICOS INTRODUCCION Se han d.esarrollado hasta ahora los temas sobre los micro constftuyenbes del acero, curvas TTT y de transformación isotérmica, tratamientob térmicos y problemas que pueden presentarse en é1los, con e1 fín de obtener un conocimien to claro y Io más completo posible sobre tales temas permiten tratar con alguna suficiencia que 1o referente a los Tratamientos Isotérmicos: transformaciones estructurales, procesos de Tratamientos térmicos, tipos y características de sales y hornos empleados en este tipo de tratamiento. Del estudio sobre los Tratamientos Isotérmicos y del anáIi sis de las curvas TTT de los aceros más usados en eI Taller Astfn, €r la fabricación de herramientasr s€ obtendrá la información requerida para e1 posterior diseño deI horno por baño de sales; objetivo central de este proyecto. La gama de denominaciones que encierran Ios tratamientos isot6rmicos son: martempering, austempering, recocido iso 151 térmico, marquenching, patenting y bajo cero. Sinembargo los principales y que se tratarán extensamente son los i tres primeros de los mencionados en la figura 44. Los tratamientos térmicos a temperatura constante en hor nos de sales (o plomo fundido) se desarrollarán a partir de1 estudio de las curvas TI . Estos tratamientos se aplican sobre todo a piezas y herra mientas relativamente pequeñas. 7.2 7.2.1 VENTAJAS DE LOS T.I. EN EL TEMPLE DE LOS ACEROS Ventajas Generales La aplicaci6n de los Tratamientos Isotérmicos aporta sinnúmero de ventajas, facilitando blecidos y altamente satisfactorios¡ los resultados preesta a continuaci6n se tallan los nrás importantes: Mejor distorsión Mejora Estructural A1ivio de Tensiones Regularidad de durezas Prolor¡-'9ación de1 enve jecimiento por fatiga Evita al náximo el peligro de grietas de tenple L52 un de l' ¡€nqn! ú. lb JU'l¡ lü'¡l,r'nsúll l' ¡0¡ 2a¡ lb })'l¡ lü ¡.. RrG¡¡ü¡ M*a¡ao uar¡u!¡ 1. 16'3¡¡'l¡ l{t 1.. I.¡ub ¡offtlco lÚF FIGURA 44T' *PASCUAL, Esquema op cit, de los tratamientos Isotérmicos p.304 153 - Reduce al mfnlmo la Austenita retenida Aumenta Ia ductilidad baj a iesi liencia - del material, incluso en los de . Evita la formaci6n de cascarilla 7.2.2 VentaJas de ti-po práctico y econ6rlico - En diversidad de tratamientos, - En general, no desprenden - Facilitan 7.2.3 el_ ciclo, s€ reduce. humos Ia limpJ-eza de las piezas tratedas Ventajas del Enfriamlento en Baños de Sales La influencia que el método de enfriamiento ejerce en Ia aparici6n de grietas y deformaciones, se comprend.erá cla ramente observando 1a figura 45. En éIIa se representa gráficamente el proceso de enfria miento de la periferia y de1 centro de cuatro pJ_ezas igua Ies templadas en agua, aceite, en baño de sales y al aire. Se trata de piezas fabricadas con un acero aleado gue r al ser enfriado desde arta temperatura en cualquiera de ros cuatro medios de enfriamiento citados, 154 siempre queda tem i".ffi\) ll \ Periferio .,.*o.*lll" \ El corozúr eslo todovio o olto temperoturo cmndo lo Periferio roturu es lon p€queno q.e lo perifrerio y el corozúr olro vieso lo ¿mo de lronsbr c-orcúl Csnienzo de lo tronsformoción en morlensilo Fin de lo tronsformoción en mortensiio L.-'--.} Temperoturo de los boilos 9e. oguo y ocrle lo lrorshrmcion periferio seo ccnPlelo ontes de que corozón FIGURA 45* Prodesos de EnfriamLento de cuatro piezas de acero idénticas, en agua, aceite, baño de sales y aire r €D los que se señaLa eI principio y fin de 1a transformación de austenita en martensita. plado, porque las velocidades de enfriamiento que se obtie nen en los cuatro casos, son mayores que La crítica de tem ple, y por tanto¡ €D todos éIlos se obtiene martensita des En la f igura 45 las'-Iíneas Ms y Mf pués det enfriamiento. señalan eI principio tenita en martensita. y ffn de la transformación de Ia aus Gracias a esas lfneas, sabemos los momentos en que se inicia y se termina la transformación martensítica en et corazón y en Ia periferia de las piezas Se obserya gué, cuanto más enérgico es eI medio de enfiia miento, resulta mayor Ia diferencia d.e tenperatura entre *APRAIZ Barreiúo, Op cit, p.276 155 lar. periferia y eI centro, y como consecuencia, mayores son las tensiones internas que se crean en el acero, Ias les originan grietas y cua roturas. En el temple en aguar cuando la curva de enfriamiento Ia superficie llega al punto A de la línea Ms, donde inicia de se Ia transformaci6n de la austenita en martensita, la diferencia de temperatura conel punto B de la Iínea enfrianiento de del centro, es muy grande. Se observa ta¡nbi6n que cuando en Ia pieza templada en agrE se ha transformado totalmente Ia austenita de la periferia (punto C), no se ha iniciado todavía Ia transformación de Ia austenita de la zona centrál (punto D), o sea, que hay en el cotaz6n una gran masa de acero en estado austenítico, rodeado por una capa de martensita dura y frágíL. Esto es muy peligroso, porque aI transformarse luego la austeni ta del coraz6n de Ia pieza em martenátta, hay un aumento der¡ol-umenr gu€ tiende a romper la capa periférica y origi na tensiones en la capa martensitica exteúior muy dura, gÉ puede J-J.egar a romperse o agrletarse. En las curvas de enfrúamllento en aceite, se vé que la velo cldad es más J-enta, y que cuando se inicia Ia transforma ci6nr pulto E, la diferencia de temperatura entre la peri 1s6 feria y el centro, E-F, €s nás Pequeña que Ia A-B corres pondiente al agua, habiéndose efectuado una gran parte de la transformaci6n y expansión de1 centro antes de que toda 1a masa de1 acero de la periferia alcancen La temperatura correspondiente aI punto R y se transforme en Martensita dura y frágil. En eI temple en aceite hay menos tensiones porque parte de la transformaci6n de Ia periferia y el centro se hacen a la vez, y es pequeño el porcentaje acero de la zona central- que se dilata en el temple de que la zona perifériaa de después está templada y dura. En el enfriamiento al aire, la diferencj.a es menor; todas las partes se transforman casi aI mismo tiempo y hay un mí nimo de tensiones residuales con menor peligro de grietas y deformaciones. EI enfriamiento en baño de sales a temperatura ligeraménte superior a La crítica una Ms, donde se mantLene al acero un cierto tiempo y luego se enfrfa al ai r€, es eI más beneficioso. se consigue de esta forma igualen las temperaturas de la periferia y del centro que an tes de que La austenita se transforne en otras constituyen tes, y luego, al enfrJ-arse al aire, la transú'ormacidn Ia periferia Como y el centro se verifica de casi aL mismo tl-empo. la diferencia de temperatura entre ambas zonas es pe queña y casi nula, serán despreciables las tensiones y las deformacj.ones que se crean y el peligro de grJ.etas desapa L57 rece también casi Por comPleto 7.3 7 - MARTEMPERING .3.1 Definición del proceso Este término describe un procedlniento de temple a alta temperatura cuyo objetivo es disminuir las grietas, la dis torsión y los esfuerzos residuales. No es un proceso de revenido ("Tempering") como lo indica su nombre y Por eso tiende a 11márseIe Marquenching (Martemplado). Como se observa en la Figura 46. En este proceso hay tres etapas8 Se efectúa eI calentamiento del acero manteniendo a una temperatura superior a Ia crítica durante un tiemPo sufi ciente para Su corrpleta austenizací'on¡ se enfría desde es ta temperatura en un medio fluído caliente (Aceite calien t€, sales fundidas o metal fundido) cuya temperatura puede osciLar ,entr:e 200 y 300oC y debe ser superior al punto Ms, de comienzo de formaci6n de la martensita. Es necesario que el enfriamiento sea suficientemente rápi do para que la curva de enfriamiento no corte a Ia nariz de la curva rtsrr en ningún punto, Pü€s si 1o hiciera, parte rs '¡alencia op. cit. p. 135 158 T(oC) enfriomienlo lenlo FIGURA 46* Curso de J.a TeBperatura en eL teople en baño caliente de la austenita se transformarfa en gtros constitulzenteg que aL llegar a La zona de fornaciSn de Xa rnartenplter ten drfamos que parte de Ia masa no serfa ya de auStenit'q y no se podrfa transformar. A.lIf se deja el acetro hasta que La temPeratutra en todA J.a pieza sea uniforme sin gue Se pr6dqzcan tfansfofnacionesr Las tensiones tér¡nicas se aliviarán casi totalnente y no habrán aparecido hasta este mofnento tensiones pof ttransfor AI extra macion¡, pü€s la piez¿ continúa siendo austenita' erla de1 baño aún está blanda y se puede enderez?r si ha sufrido alguna distorsi6n; eI estado austenitico puede com probarse por la falta de atracci6n de un inán. Seguida¡nente la pieza se enfría WANKE y SCHRAMMT oP. cit, (generalnente en aire quieto) P.135 159 ,.-.-' Unlwnidod aulonomo Sección de Biblioteco 0etldanfc a una velocidad moderad,a para prevenir grandes diferencias de temperatura en Ia superficie y centro de Ia pieza. Con el enfriamiento al aire se pasa por debajo del punto de la martensita y empieza a fotrmarse ésta brusca y simultánea,i mente en toda Ia pieza; como el enfriamiento es lentor. s€ obtiene martensita cúbica, que presenta menores variacio nes'de volumen. Aunque hay menos tensi6n y distorsión dinario, que en eI temple or la microestructura está constitufda por martensi ta primaria que es frágíI para muchas apllcaciones por Io que puede ser necesa¡iio un revsnido. Para efectuar el mar ternpéring de piezas de un acero d,eterminado se debe cono cer previamente Ia curva de l-a "Str .de enfriamiento contí nuo del acero, y especialmente, Ia posición de su naríz 6 narices, Ia temperatura correspondiente aI punto lts y eI tiempo necesario para que se inicie la transformación a una temperatura ligeramente superior a la correspondiente al punto Ms, que corresponde a la que se va a utilízat en eI baño de sales. 7.2.3 Apl-icaciones EI temple en baño caliente presenta sobre el ordLnario l-a ventája ya mencionada, de que por el enfriamfento J.ento 160 ca si no se producen distorsiones y se aminora et perigro de agrietamiento. Por éllo, se aplica a piezas delicadas, tá res como troqueres de forma complicada con partes delgadas y de gran longitud, fabricaci6n de l_imas y de engranajes. Pero desafortunacamente, el éxito del tratamiehto depende del espesor de la pieza a templar. Las secciones no pue den ser mayores de 15 para ros aceros no al-eados, de 40 mm para los de aleacj.dn media y s6lo en los de alta ale mm aci6n puede conseguirse et temple de toda La secci6n do el espesor es superior a 40 mm según ha .tabLa 5. cuan En eI caso de los aceros de cementacidn s6lo se produce un verdadero temple en baño caliente en Iá capa externa tada. 7 .3 ,3 Ef icacia del cemen TempJ"e Para ra rearizaci6n prdctica es importante .saber cu4res son los factores o medios que J.nfluyen sobre ra eficacia de un baño cariente o rdediante los cuales se puede modificar esta La eficacia der Tempre depende de La temperatura, €l contenii do de agua, eI- movimiento y eI eñJ.,odamiento extenso del baíro.. Las temperaturas de los baños carientes dependen de le comp@) sici6n der materlat. como norma generaJ- puede indlcarse que 161 ¡{ JJ oo \(Ú.X .rf.d E AEEI oooorño \onooe\¡o FINNCN o) € @ (ÚÉ k'rl Ptr oo tr c) o +JO ¡{Ec) ooc¡ A+J ts El fr o(0 F{E oooooo rntnoooo NC\¡tnLn.$tñ tttttl tntntñtnrno C\¡ o N e\¡ ñ¡ c\¡ (n N N C\¡ C\¡ Cf) +J ¡{ d E >| 'ri t{ c) \o c) d'r{ ¡rO 0) +J .¡J N (n o (Ú'rf ¡{E(.) oc) A +.¡ ot E ÚJ E-{ ot Ei< ooo ooNoorn N @ O O @ ol\ r-l tllttl oooooo r{tñO\O@O @OiOO\@O rl C\¡ O O\ Fl .t rl r-l ñ¡ t{ JJ +J (ú o t{ c) o E q) Ei H c) z LN Fl Fr KH u) o) OH rl o N e\¡ \O r62 r-l cn -l F] TABLA 6* Temperaturas de Ios baños calientes para algunos tipos de aceros de empleo f re cuelrte . Telq)eratura del baño ca Tipo de Acero Aceros de construcci6n 42 CrYA 50 CrV4 45 Cr!{oV 6 71 Sí7 100 Cr 145 Cr Aceros para hacer herra¡rientas 7 6 6 1 105 cd{ 6 280-300 220-250 250-300 ABC III E18Co5 400-540 400-550 400-550 400-580 400-580 D DMo 5 * WANKEY Schramm, 320-340 280-300 350-400 200-240 280-300 250-300 c70w1 c 100 w 818 Aceros rápidos lÍente Duración máxima del nanteniuriento o,C S 20 30 20 50 50 50 20 50 20 180 240 300 180 180 Op. cJ.t, p.136 para los aceros no aleados deben usarse baños con tenperatu ras de 18006 22OaC¡ para J.os de aleaci6n media de 250 6 3OO oC; y para los aceros rápidos de 45Od 55Ooc. La tabla 5 iLustra La temperatura del baño para algunos aceros de herra mientas conunes, y en la Tabla 6 adern6s de La temperatura del baño caliente nos muestra la d.urac16n,,máxima de manteni miento en dicho baño. Como se diJo antes la temperatura un determinado acero se puede de deduc 163 un baño adecuado para j.r de su diagrama isotér mico, aunque ahora se han incluf do tabl-as para iriforn:nación general, posteriormente se harán los análisis para determi nar Ia temperatura deI baño caliente requérida,.para cada uno de Los aceros objeto de estudio. Un pequeño contenido de agua en eL baño caliente notablemente su capacidad de enfrl-amieüto. aumenta Este efecto aumenta hasta gue el baño se satura con eI agua, porque entonces empiezan a formarse burbujas de vapor y vuelve a disminuir la eficacia del baño. Se considera buena capacidad de enfriramiento en un baño de temple cuando eI contenido de agua está entre 0.4 y 1.1t. Puede deshidratarse un baño calentándoLo a 350'C y mante niéndolo algunas horas a esta temperatura. La capacidad de enfriamiento de los baños, se incrementa moviendo las piezas o hacl-endo circular unl.agitador. Aunque el efecto es aI baño mediante mulz pequeño y en J-a mayo ría de los casos despreciables, con el- empl-eo de un agita dor cabe templar una mgyor cantidad de productos. Los baños calientes se desenlod,arán regularmente, aunque cantidades de lodo de1 orden de1 1sal 20t s6Lo producen efectos insignificantes sobre 1a r¡elocl-dad de enfitamiento, L64 Sinembargo, proporciones de lodo como ésta' o mayores' pueden dar lugar a la formación de incrustaciones sobre Ias piezas, que producen tenples irregulares, y son casi imposibles de eliminar en la limpieza (peligro de corro si6n). Asfrnismo, pueden produclrse incrustaciones en Ios elementos de calefacclón y sobrecalentanlentos local'es de baño. 7.4 7.4.1 TEIIPLE BAINITICO O AUSTEMPERING Definici6n del Proceso Teruple Bainf tico es la transforsraci6n lsotérnica de una aleación forzosa a una temperatura por debajo de La forma ci6n de la perlita y por encima del punto Ms, como se muestra en Ia Figura 47. La aplicaci6n de este trata¡nJ.ento isotérmico tiene gran aceptaci6n cuand,o se desean conseguir resultados simila res a los que se obtienen con l-os temples y revenidos vencionales, pero con la gran ventaJa sobre éstos de con que al lJ.egar el acero a La zona de transformaci8n martenslti c4r se eliminan los riesgos de rotura evit6ndose las defor maclones de temples casi totalmente. AsfmLsmor s€ evita La formación de microgrietas,intercrlstaLinas, vocan en los temples ordinarios. 165 güQ se pro FIGURA 47t Curso de la Temperatura en el temple bainítico Los aceros tratados isotérmicamente, propiamente denomina do de Austempering, quedan con estructuras baihí-ticas, 1o grándose por este procediniento que la tenacidad de la pie za tratada, sea muy superior a la conseguida con eI temple y revenido normales con idénticas durezas. AI mismo tien po que se consiguen estos resultados tan satisfactorios, en muchos tratamientos se puede prescindir del revenido, reduciendo por consiguiente el ciclo deI tratamiento t6rmi co. Igual que en el martempering pod.emos considerar 3 etapas en este proceso: La pieza se calienta a la temperatura de austenLzaci6n que generalmenter €s la misma temperatura del templ-e ordinario. Esta temperatura superior a Ac3 es de Ia mayor importancia para Ia estructura que se obtendrá en el- tratamiento. A1 aumentar la temperatura de Austenizaci6n es más grosera Ia estructura bainítica formada y menor la resistencia. Des pués de la austenización la É1czá ,se enfría en un baño WANKE y SCHARAT{M r op. ci t, p. 146 L66 que sé nantiene a una temperatura constante, generalmente en tre 250 y 550oC. La temperatura de este baño, una detergi nada de Ia zona bainitica, es decisiva para los valores de resistencia y tenacidad que tendrá la pieza tratada, Pa ra gue eI trataml-ento sea correcto y Ia estructura sea to eI enfriamiento en la primera fase de be ser suficientemente rápido para evitar la formaci6n de talmente bainitica, perlita (rigura 48) . Se mantiene J-a pieza en el baño el tiempo suficiente para que l-a Austenita se transforme por conpleto en bainita. La duraci6n de este tratamiento puede deducl-rse del- diagra ma TTT y debe ser suficientemente grande para que se haya transformado por Lo menos eI 95t de la estructura. Una vez transcurrido el tiempo de mantenlmiento¡ s€ puede efectuar eL enfriamJ.ento posterior de l-a manera que más convenga y no es necesarj-o ningún revenj-do. La austenita no transformada se convierte terior durante el enfrl-amiento pos en martensita cuando se desciende por debajo de y la presencia de este constituyente hace descender !!s mucho a la resiliencia. 7 .4.2. Aplicaciones Dadas las grades ventajas que presenta el- Austempering en L67 ? | on \ comienzo de lo lronsformocion ro FIGURA 48* Apficaci6n deL Dlagre¡la TTT lBotÉroico del acero Lw 1403 aI tenrple bainftico. cuanto a que aumenta l-a ductilidad o energfa absorvida por impacto (Tabla 7) reduce Ia distorsidn y eI tiempo de tra tamiento para obtener dgws -..1 entre 35 y 55 Rc; se emplea este tratarniento para piezas en las que Ia defdrmacifinr to lerable es pequefla y cuando Ia resiLiencia exigida es gran de, por eJenplo, cilindros y vastagos de émbblo'en las te bricas aeronáuticas, piezas y herrauientas de paredes del gadas y aceros de resotte. Todos los aceros y dimensiones adecuadas Para nartenpering sgn-- tambien capaces de experimentar eL austempering son también capaces de experménüar,'e1 austempering. Auqque en general todos los aceros pueden sofieterse al- temple bai nfticor IfNAKE s€ consiguen solo caracterfsticas , Schramm, op. cit, P. 168 147 fitiLes de resls TABLAi) 7 Probeta Tratamiento Dureza Energía Absorv. Elongacidn Temple en agua y rev. 53.0 RC 26 J. 0t 2 Ternple en agrua y rey. 52.5 RC 19J 0 3 lhrtaq>ering y relren 53,0 RC 38 ,t 0 4 Martempering y reven 52.8 RC 33J 0 5 Austempering 52.0 RC 61 J 11r 6 Austerpering 52.5 RC 54J 8r #1 * Propiedades Mecánicas de un Acero 1095 Tratado por tres l.fétodos VALENCIAT r op cit. p.204 t,enriia y tenacidad en los que eI contenido de Carbono es A1 elegir los aceros para temple bainl superior aI 0.4t. tico debe tenerse en cuenta que resulta econ6mico emplear aceros de transformaci6n rápida en la zona bainítica, pues to que exigen tienpo de mantenimiento menores a la tempera tura de transformaci6n. En J-os ;diagramas TTT isotérmicos, 1a curva de comienzo de trans6ormaci6n estará cerca e j e de cj rdenadas 7 .5'' RECOCIDO ISOTERlIICO 7 .5.1 de1 . Definicidn del pxoceso Conslste en efectuar Ia descomposlci6n de la austenita, en , 169 Uniwrsidod ¡ulooom(t do Serción Bibliotsco Ias inmediaciones de Ia nariz perlitica de Ia curva de EI acero se calienta a una temperatura ligeramente 'rSrr supe (algunas veces Ac3, pero generaLmente rior a la crftica Ac:l y enfriar luego 1o más rápidamente posibl-e hasta una tenperatura ligerarnente j.nferior a A1 r rnaDtén{endo eI ace ro a esta temperatura el tiempo necesarJ.o para que se rreri fique Ia transformaci6n y Luego se enfrfa al aire (Flgura 4e) Con esta técnica, el" tiempo del ci.clo del. recocido son te ducidas al mfnimo. En la ejecuci6n deL tratamiento t€nrnico de recocj.do isotér mico se dlstinguen dos etapas principalesr Conseguir una austenización completa del acero. Esta fa se del tratamiento tiene una gran importancia en los resul tados f inal-es de Ia operación. La consecucidn de una aus tenita homogénea, o sea, una difusL6n total del carbono, evita Ia formación de bandas, malogrando totalrnente et re sultado final. Para lograr una austenizaci6n compteta, de berán ser respetadas aL máximo las ternperaturas cotrespon dientes al tipo de acero y los tienrpos necesarios para total disol"uci6n. un Igualmente una austenizacL6n correcta determina, el ta¡naño de grano que se conseguirá al final dIe cicLo. L70 Aca zom dorle at @nsrguc ¡ I lo e3tructuro' lominor \ \ o i tomt¡ien der nominodo btonco- \. \ \ nego. \ \ \ \ \ \ \ \ FIGURA 49* Curso de la Temperatura en el recocido Isotér mico. deI ciclo. Bajada de temperatura controlada hasta I-a zona de transfor mación. Cada tipo de acero determina su temperatura transformaci6n perll-tica, de pero' puede decJ.rse a títuLo orien tativo que las temperaturas de transformaci6n están compren didas entre l-os 600 o y 700 oC. Enr,estos tratamientos tienerrgran importancJ.a gue eL enfria miento del material hasta la temperatura del baño caliente, se haga muy rapidamente, y asf el proceso podrá ser corto y eI acero quedará bLando. Cuanto más rápido sea ese des censo de temperatura, menor será Ia duraci6n del tratamien n PASCUAL, op. cit. p. 315 L7I to.., 7 .5.2 Aplicaciones Las estructuras laminares conseguidas con e1 recocido isotérmico son id6neas para aquerlas piezas construfdas con aceros de baJo contenido de carbono y de baja aLeaclóh_ destinados a Ia construcci6n de engranaJes tal.Lados y piezas brochadas. La aparici6n de una ferrita y perl_ita repartJ.da unlforme mente en ra estructura del- rnaterial- recocido, favorece mecanizado y tratamientos térmicos posteriores. e1 cuando se trata de aceros dul-ces, este tipo de estructuras no es er adecuado, puesto que el resultado es de durezas demasia do bajas, favorecfendo er gripado o desEarro del metal al ser mecanizado. En este caso es preferible someter al ma terial. a un trataniento de bonificación, para rograr una estructura de tipo sorbftico. 7.6 7 ,6 OTROS TRATAMIENTOS ISOTERMICOS .1 $larquenching si por efecto de composición qufmica del aceror no de tiem L72 po de ejecutarse el- Martempering puede dejarse el material un tiempo más prolongado, perrnitiendo que se produzca un. porcentaje de bainita a Ia temperatura de temple Ms del acero. Este apagado de matenirniento mj.xtor €s eJ. denornLnado dE IIARQUENCHING, dando como resultado una estructura bainlta Martensitica, d€ caracterfsticas altarnente satisfactorj-as. Su aplicacl6n es 6ptima en engranaJes sorneti.dos a grandes esfuerzos ejes, etc. En las fábricas de avlones y autorn6 viles más destacados del mundo se aplica este tratamlento como norma en un sinnúmero de piezas de Eran responsabili dad. 7 .6.2 Patenting Este es un trataniento usado en la industrie dei. alarnbre y ep una forrna signifleativa y úttl- de eustempering modlficado. Se apLica principalmente eL alarnbre de acero no aleado o de baJa aleaci6n con un contenldo de carbono tre 0.6 y 1.1+. en El tratamiento deL alarnbre o de Ia vari J.Ia austenizada se hace templando contfnuamente en un baño que mantieüe entre 500 y 540oC y en eL cual permanece por perfodos de 10 a 90 segundos, L73 A esa temperatura se forma perJ-ita laninar fina. A pesar de su dureza esta estructura ha demostrado que eg adecua d.a para eI estirado de alambre pues puede acomodar grand.esr reducciones de área sin fracturarse. Este trata¡niento d6 una combinaci6n de alta ductlL¡fdtad y resistencia noderadamente aLta. Hay otras forrnas de aus tempering rnodlficado que originan estructuras mezcladas de perl,ita y bainita y que son comunes en la práctica indus trial. Las cantidades de perlita y bainita pueden variar ampliamente según eI tipo de proceso' si-nembargo, estas ¡¡rácticas están limitadas por varios úactores crfticos y se necesita ensayo y error para desarrollar un ciclo óptt mo para piezas de composición y sección definidas. 7.6.3. Tratamiento Isotérmico baJo cero o Subcero Este tratamiento tJ-ene su principal aplicaciSn, cuando quiere reducir al n6ximo l-a austenita residual que no se se transform6 después de un enfrlaml-ento hasta Ia temperatura ambiente. Generalmente esta austenita no transformada s€ encuentra mezclada entre la martensita o la bainita. En todos los casos el tratamiento deberá ejecutarse con los siguientes pasos¡ L74 a- El enfrianlento bajo 0, se realiza inmedlatamente des pués del tenple. b. EL acero se mantiene durante un tLempo (1O a 180 minu tos, según sea el caso) a temperatura 6ptima de transfor mación, gü€ generalmente se sitúa entre los 60 y c. 100oC. Seguidamente se procede a la subida Lenta de tempera tura ambiente y revenido. d. Después del. reyenido de estabitizaci6n de Ia austeni ta no trqnsforruada en el curso del tratarniento bajo 0, pue de efectuarse un nuevo enfriamiento a baja temperatura, beneflciando el cJ-cIo deL tratarniento. e. No se debe olvidar que cual-quLer transformación de Ia austenita provoca un aumento de tenslones interhas, Ias cuales hacen aumentar é1 peligro de grietas y roturas. Donde el ¡3¿t¿plento bajo O, deba apl-J-carsd en nratrices piezas conplicadas y de fuertes desequllibrios 6 dimenslona Ies, éste se podrá eJecutar después del- temple y revenido de la pieza.l Con esta t€cnica, la austenita retenida es nás reacia a Ia transformacl6n, pero se evitan los riesgos anteriorrnente seflalados f. . En tadas los casos, Ia martensita obtenida en La trans forrnaci6n deberá ser revenida a un mfnimo de 150'c' Las tenperaturas bajo 0oC, se conslguen con eL nitr6geno lfquido a ternperaturas de menos de 190cC, y con un baño de ]-75 acet,ona más anhfdrldo carb6nico s6lfdo, temperaturas de hasta -75oC. 7.7 SALES PARA BAÑOS DE TEMPLE 7;7.1 ceneralLdades Para el tratamiento térmico de los aceros, son cada dfa más empleados J.os baños de sales fundidas. Están constituf das principalmente por cantl-dades variabLes de cloruros, carbonatos, nitritos, y Bario que se utilizan 150oa'1 nitratos y cianuros de sodio, potasiio para temperaturas variables desde 300'C" Unas veces, s€ usan como medio de enfria miento y sustituyen con ventaja al acéite y aI plomo fundi do, y otras veces, €n cambio, se util-izan para calentar las piezas y también para cementarlas o nitruiarlas. En nuestro caso s61o nos referimos a l-as sales utiLl-zad.as ra e1 enfriamiento y especialmente para los procesos pa de Martempering, Bonificado intermedio (Austempering) y reco cido isotérmico. Cuando se templa en baño caliente, el lugar de enfriar aceite se tiene Ia ventaja de que no se forman burbujas en de vapor y por Lo tanto, no se producen endurecimientos hetero géneos, El enfriamiento desde Ia temperatura de temple has ]-76 ta la del baño se produce por conyecci6n pura, En baños de este tipo se pueden templar todos los aceros para tem ple en aceite (Aleados) cuya temperatura de austenizaci6n no exceda de 95OcC tarrbién pueden templarse piezas de ace ros no aleados, de hasta lQmm de diámetro, directamente desde 1a tenperatura de cementaci6n. Los aceros con ternpetratura de temple de nás de 950oC sue len ser de tempJ-e al al.re, pero resulta venta joso enf riar los en un baño de sales fundidas con temperaturas más ele vadas porque Ia extraccidn del calor por el- baño es más y no existe el peligro de corrosi6n o formaci6n de cascarilla y sienrpre son posibles si se enfrían aI ai homogénea re. Las propiedades de enfrianiento de estos baños dependen principaLmente de: 1. La temperatura del baño, según sea eI tipo de acero a temp).ar. 2. De la agitaci6n deL baño. 3. De la presencia de otras. sales más alto punto de de fusi6n, sedimenüádas:;en et baño, formando Iodos' producto del arrastre que Las piezas ori:ginan, cuando son auSteniza das o calentadas en baños de sales. L77 Los lodos formados deben ser retirados peri6dicamenter III€ diante dispositivos adecuados. Los baños de sales calien te bien proyectadas disponen de un sLstema de filtraje' el que permite mantener un baño en $ptimas condiciones de apagado, evitando Los graves inconvenientes que presentan la presencla de otras sales, las cuales modifican la com posici6n deI baño. 4. En los .baños que comPrenden ternperaturas de 150 -300e C. Ia presencia de agua modifica sensiblsmente eI efecto de apagado de Los bAños. Es conveftiente que cuando se pre pafe un baño con sales nuevasr s€ Inantenga durante unas 48 horas a l"a temperatura de 300'c, con l-a f l-nalldad de e1imj.nar la hu¡nedad retenida en las saLes. De acuerdo con su utlJ.izaci$n J.os bAños se pueden cLasif i car en seis grupos de Los cuales solamente para nuestro interés conslderaremos los dos prineros: 1. Sales que se empJ-ean en un l-ntervalo de temperaturas conprendido entre 150 y 4004C. Se suelen emplear con dos f ines principal.es: a. Para enfrJ¡ar las piezas que han sLdo caLentadas (eh horno de mufla) a la temperatura de temple y que al ser enfriados en Las sales sufrirán un temple' martempering, austempering, Tecocido isot6rmico, etc. 178 y b. Para calentar durante eI revenldo pLezas o herramien tas templadas. Para ambos usos se suelen emplear sales L-1, L-2, L-3 de la tabla 8, preparados prirtcipalmente a base de nitritos y nitratos. 2. Para calentar durante eI revenido de herramLentas y piezas a temperaturas comprendidas entre 400 y 600oC ó,pa ra el enfriamientor €n tratamientos isotérnl-cos, se suelen emplear sales L-4 y L-5, constitufdas generalmente a base de cloruro s6dico, cloruro cál-cico, cloruro barico, carbo nato s6dico, etc. A continuaci6n nos referimos a las sales de apagado común mente utii-izadas en ros tratamientos enunci-ados anterior mente; tanto desde eI punto de vista comercial, a modo de orientacidn para su posible compra, como desde el punto de vista de su composici6n qufmicar €n caso de requérirse preparaci6n. 7,2.2 7 .2 .2 su Baños para Marternpering - AustenperJ-ng y Revenido .1 Sale s comerciales como se estudi6 en er capíturo referente a tratamientos iso L79 ünircmi&d auronomo de 0ccidcnlr Sección Bibliotsco TAHA 8r Composiciones' temperaturas de fusión diversas sales. v de utilización de PORCENTAJE EN PESO Tcmpc- Doi¡| ¡rc r0r I Nr(ll I | K(:l (jlururo (;l(,nrr0 rirü¡c0 I potú¡¡co UuCl¡ Clor ur u bf¡¡ic0 fi¡NC)¡ !\¡u ¡tu )i¡:r..O¡ ¡it rrttu ¡o.l¡ co ¡üJ ¡co .10 L-1 40 50 i 50 KNO¡ (¡ch Cloru¡ o cAlcr{o 50 50 NUCN Ciunuro ¡ülico KCN N¡¡CO¡ C¡¡t¡o¡r¡ro ¡ülico Cil¡ruro 30 25 lÁ I-1 I-2 t-4 H-1 H-2 c-r c-2 c-3 c-5 c-6 C-E r'-q (:-l u {s 55145 15 25120 20 30l 10 ,nl 55 30 181l- I .¡ ¡nax : 15 20 55 15 .ro 5u 549 G20 81Ír 480 5i0 760 735 0?5 700 898 925 925 / /) ti?0 15 35 40 45 50 30 40 7(' 80 00 ?Q {u 5tl 30 40 55 65 50 25 : I loo l- 4 max 4 max 20 30 20 30 10 15 15 25 5 ltJ t| 96 mtn Ito*,r t: E15 bt, 9fro 96 min I J,U f¡0 I 301 0 5Cl 595 i0-J 60 80 I l(l rcrq¡¡¡crILlut'lc 160 200 400 90 40 Zqm dc tcm¡xrutufc rlc r¡¡(¡ 220 98 nrin 92 I 251 '-'n dc lu¡l(rr b 50 70 ¡i0 ul¡ 140 60 60 45 35 [l ¡totü¡i! o 9ü min L-1 f AFRAZ BARRHRO, 620 620 6:rl 6"1{) 6'.¿U 620 02(l ü:lu 495 I tr5 955 1260 78ó 785 840 815 785 815 815 El5 52s 525 gis op. ciL.p. 1S térmicos, 1a formación de la martensj-ta para 1os acero3 n.tramientas corrientes se encuentra aproximadamente a 2004C. Para reali zar e1 enfriamiento en estas condiciones puede enplearse 1a sa1 de revenido DURFERRIT AS-140 (nombre comercial Degussa) cuyo punto de fusión es aproximadamente 1404C (ver tabla 9) Pueden templarse.en este baño todos 1os aceros templables en aceiLe, es decir, todos 1os aceros aleados, siempre que temperatura de tenple no exceda a los 9500C. 180 su 1(){}5 1035 t340 I * 630 0s0 955 e55 955¡ 895 955 l):'5 U5l, 675 075 TABLA 9r+ Intervalos de tenperatura para 1a aplica ción de 1os baños a sa1 DURFERRIT. Tcmp.roluro oproxlmodo dr lrobolo rn 'C D¡nomlno<lón mln¡rno AS t.ro 't óo 5s9 AS 2[¡0 250 550 sdmi¡ibh.n co¡o¡ rrpcciolor AS 300 l,ro 550 AVS 250 300 550 G5 2r0 260 600 GS {30 ,170 6(X, 9(X, GS 5,t0 580 900 1100 cs ó00 700 bi¡ 7@ 560 GS 750 qn I 100 GS 960 lo0 t3m ó50 t50 GS 5{r)/R 2 I 150 I 000 900 lr@ I Corbonrulrol 1000 I 300 1150 Scmpcrncufrol 950 1 000 I 300 I 350 Sompcrnculrol I 100 I 350 Gs 750/R 2 f50 I 100 I 300 c2 ClyCl-boño 500 s50 550 930 950 c,l cs/c3yA5/c3 7@ 9¡{t 950 un 930 950 c6/c3 c7 800 930 950 7m 910 ,50 GS 560/C 2 500 850 GS 560/C 3 580 930 950 l 650 910 950 380 600 Gs 510/C N5 J+ móxlmo DEGUSSA ABTELUNG DURFERRIT. Manual de temple Frankfurt. A.M., Se 1875, p. 139 Los aceros con tenperaturas de temple superior a 950eC son generalmente tenplables al aire pero es conveniente ' 181 en frrii.r¿'rlos tarnbién en un baño caliente, porque éste absorve el calor en forma regular y, por otra parte, evita Ia ca rrosL6n o Ia oxidaci6n de La pieza, lo que no sucede aI enfriar aI aire. co¡no baño caliente para esta clase de aceros, s€ emplea La s4I de recocido BURFERRIT-GS-430¡ en casos excepcionaJ.es puede uEarse tamblén la sal de recoci do DURFERRIT-GS-230. Si se necesiten tenperaturas Para el revenido, podrán em plearse sales ¡9-220 6 AS-300, PU€s estas son un poco más baratas que las AS-140. Pero si hay que trabajar a tempe raturas de revenido un poco m6s bajas de unos 160oc, debe tá, usArse AS-140, cen eL cuaL se puede trabaja.r en todo el rrirárgen de temperaturas entre 160 oy 550 oC, tanblén a temperaturas más altas, donde pudiera emplearse AS'22Q, de berá preferirse el baño AS-140, porqqe por sus menores pq didas por adhesidn es más eoon6ml-co en el- usoLas sales de revenido DURFERRIT se entregan en forma de polvo teñido de cdilor rosado para evitar que se confundan con otras sales, aI mezcl-arLas por ejemplo, son sales dia nurantes existe eI peJ-l-gro de expJ-osión. Las sales AS deben fundirse en crj.soles de acero iluLce en butidos o soldados o en crisoJ.es de fundicidn gris. La 1.82 calefaccj-6n puede ser a gas g el€ctnica, 1o poslble cal-efacci6n a petr6leo. debe erritarse en De ningún nodo puede emplearse calefacci6n con coque u otros combustibles só1i dos. EI apagado en este tipo de sales presenta Ia ventaJa de que una vez retirada Ia pleza del baflor.la sal se despren de fáciLmente de ÉIla, aI ser enfriada o lavada en agua corriente. Otra aplicación de los baños AS es teñir de azul piezas blancas de acero previamente pulidas a temperaturas entre 2E0o y 550"C. '¡ 7 .2.2.2 preparación de Sales En cuanto a su composicl6n qufmica puede consultarse Ia tabLa 8. Algunos autores recomiendan¡ saLes para baJas temperaturas, revenidosr fnarteqpsring y austempering. 45t NaN02 + 55r KN03 sales para bajas temperaturas, revenidos, ternples isot€rmi cos y oxidaci6n azul. 50t NaNO + 50 KN03 Algunas caracterfstJ.cas de estas saLes sen ¡ 183 Zona de trabajo.. . t .....,..1 Peso especlf ico.. r.. 5006 550oC, como tempera tura máxLoa de peligro. ..2.2 Calor especffLco Potencia calorffica .0.25 por Lt y e..0.51 Toxicidad mediana,.., r.. 7 .2.2.3 a r r.....no contiene cj-anuro Baños pBra recocJ.do Isotérmico Aunque en este pnoyecto no se contempla J-a posibilfdad realizar de recocido isotérmico, mencionaremos a nodo de in formativo, a].gunos tipos de sales empleadas para este pro cese. Comercj.almente, Ia firma guientes DEGUSgA*, ofrece Ias si mezcJ,as: cS-540/Ca, cS-560/CS (baños de recocido con contenido de cianuro) ¡ cS-230, cS-430, GS-540, GS-570 y cS-960 (baños para recocido Iibres de cianuro). Las temperaturas de tra bajo pueden observarse en l-a tabl-a 9. 7,8 HORNS PARA BAÑO DE SALES En general los hornos más utilizados son los de calenta miento por reslstencias exteriores y l-os de electr6dos sumergidos en eL baño; tanbién se üüiLizan hornos calenta dos por 94s, presentando éstos probLemas de rnantenlmiento y riesgos en la operaci6n por posJ-ble sobrecalentaniento It DEGIESA, op. cit. p. 31 a 46 184 / del baño 7.8.1 Calentaniento nediante resistencias exteriores Consiste en rodear e1 crisol con resistencias laterales, la cualles pueden ser del mismo tiÉo de alanbre que el enplea do en 1os hornos e1éctricos de cánara (Aleaciones- CromoNiquel, Crono-Hierro-Aluminio). E1 calentarniento es en 8e neral latera1, pocaS veces se deben situar resistencias en el fondor |aeue en cáso de posibles fugas del baño este puede fluir ha cia 1as resistencias, cuando se requiera resistencia en el fondo' estas deben conectarse separadamente de las laterales ' Las resistencias deben colocarse suficientenente separadas del crisol de manera que permitan 1a dilatación de este y se aproveche a1 máximo 1a transferencia de calor por radiación y evitando que se produzcan sobrecalentamientos locales. Este tipo de hornos suele utilizarse para el revenido y el enfriamiento en baño de sales debido a que su temperatura de funcionamiento está limitada a 1os 9504C. Poseen la ventaja de que la regulación de temperatura es sen cilla y presentan el inconveniente de que su velocidad de lentamiento es 1enta. 185 ca Los crisoles util-izados en este tipo de hornos son general mente fabricados en aceros suaves, aceros al- Cromo-Niquel o fundición gris. 7 .8.2 Calentaniento por electrodos sunergidos En este tipo de hornos se aprovecha l-a propia resistencia de1 baño al paso de La corriente eléctrica. Su principio de funcionamlento es sencill-o, pueden colocarse dos o tres' electrodos para corriente nonofásica 6 trifásica réspectiva mente, o bien pueden instalarse en panales dentro de1 crisol. Los electrodos son alinentados por un transfornador-reductor de tensión, haciendose por este notivo la construcción de este tipo de hornos más costosos que 1as de resistencias teriores; ex en canbio su capacidad de calentaniento es máxina dado que el calor se genera directamente dentro del horno. Estos hornos se diseñan para temperaturas¡ conprendidas entre 500 y 15000C l-o que los hace particul-armente útiles en el ca lentamiento de piezas y en el temple de los aceros rápidos. Pernite realizar prácticanente todo tipo de trataniento térmico a todo tipo de acero. 186 iso 7.8.3 Precausiones con los baños de sales Este capítulo se refiere al cuidado que debe tenerse con con la AS-140 por las sales coneréiales y en particular ser la de nás fáci1 adquisición en el- mercado regional y además en el caso de ser necesaria la preparación de la sa1, sus características se asemejan bastante a 1a AS-140 por ser de bajas tenperaturas y libres de cianuro. En general, cuando se templa en baños de sales debe cuidar se de no introducir piezas húnedas a €aüe¡:!a Ere tarse salpicaduras capaces de originar podría presen quenaduras a laperso na que aLiende el baño. Deben protegerse los ojos y l-as ma nos contra estas eventuales salpicaduras qUe pueden evitar se de la mejor manera precaLentando 1as piezas de 200 a 300 grados centígrados. Nunca deben enfriarse en baños de baja tenperatura' piezas con tenperaturas superiores a 1os 950oC (co1or anaranjado) ya que existe el peligro de explosión. No se debe, Por tan to, enfriar en este tipo de baños aceros cuya temperatura de tenple sea superior de los 9504C. A1 sobrecálentar total o parcialnente 1os baños, es decir, si se calienta a tenperaturas mayores de 5504C' e1 nitrato 187 reacciona con e1 hierro de1 crisol, 1o que libera considera bles cantidades de calor. 1l-eva sinembar Si bien 1a reacción no origina expl0siones, go a l-a destrucción del crisol' cuando E1 recalentaniento de1 baño también püede producirse alanbre se introducen piezas pequeñas (tornill-os' haces de tempera delgado o similares) en grandes cantidades con alta el- 1í tura; debido a1 repentino aumento de la temperatura' Se recomienda quido puede ser lanzado fuera de1 crisol' mayo tampoco revenir pequeñas piezas de acero a tenperaLuras res de 550aC en grandes cantidades' Otracausadeunsobrecalentamientodelbañopuedesuceder porlaformacióndelodosproductosdelosbañosdecalenta y niento ya que estos provocan una acunulación de calor so brecalentamientoloca]-.Porestaraz6nr€snecesariolin piar periodicamente de 1ádo 1os baños de nitrato; además' r'com debe tenerse e1 mayor cuidado de que no lleguen objetos bustibles a 1os baños' Nunca deben aPagarse Piezas que provengan de un calentanien a to en horno de baño de sales que contengan cianuro debido que los residuos Presente en las perforaciones o inclusiones 188 de las piezas pueden 11egar a reaccionar violentamente los baños calientes. con Cuando en un ta1ler de tratamiento térmico se requiera el uso de sales que conLengan cianuro deben usarse 1as que llanen la at"rrci$n por su forma (ovoi des) o por su color (verdes, azúles) con el fin de que se puedan distinguir con las denás sales empleadas en el ta 11er, €n especial- de las que contienen nitratos, evitandose así su contacto en el almacenamiento. En nuestro caso par e1 caLentamiento de las piezas para tenple se reali zará en hornos de mufla; sin embargo si en un futuro llegara a disponerse hornos de calentaniento a base de cianuro debe ticular rá investigarse a fondo 1os cuidados que deben tenerse con esLos compuestos. En 1a tabla 10 se indican las observaciones que deben tener se en cuenta cuando se mezclan l-as sales conerciales DURFE RRIT (Degussa). 189 Uniwrsidod aufonomo Sección de 0aid¡nl¡ Biblioteco l--"-t*''--iil l9 I . t t D F f u I o o ¡ Í f i + ll t Ll Lr Il o o ' c) ttl rr ll (¡ | L' q ".i:i { l: I r . . ¡r I t ¡ t ú () ¡ ? + t { ll d . r.. () r I I. + tr o o 1l tl') tl f'.] r] n t] fl ll o vi" Li I t t O()Q Itlirl'l t{l o o o ()' ,l f.l ¡l t:l ll ll l/ lJ v + i) O Il l.l r'r O (r O i l.J ll lJ ll ll fi ll !.1 ? O rr +'(, l] O r) U t) I -9_:_ lr fl ll l.j 1l ll o O il t:] o o 3 O') tr ü:il+f o ñ(ú rr O ll Ll lr ll + {} + t C a a () 3 I l:l lr [l ll O l, O ll O U a u O O O ¡ t . rt () af () ü o,) U N E * 1 I,, | \. () r) t () I I () O ¡¡ f) (, i ll Q oou t I t + l. O O O O O tl Q ll I I o o ll 1,, r) o o ú t () I () + )t tl o g ri ll * ' ¡l i ' I t ? ' I -l - e I +J a a () () l¡ tl ll tl u () O () ii t---l ¡!l ' O a a | () O \) t-J 11 ti I I' ll + f f +oo()o +f f +t++rÜoi)9()of tllf | q () O 9+'t'9 O a O r) O () O O O O O r: c) ¡' o () a () o () ü lJ a,a ñ rt'P{ , r.i O () O u O o q () I rt tr 1'n 0 C, a g () a ú C¡ (' L) | ,) ü O (r O () i', rn {' !'l t¡ ll .} I r) | () Q O o r) o. (J o rl r?'? Ü () o ll u) I Il t o I (ü l;l I fJ r, Ir o '¡ a (l a a Q () O I a | r-t O tl O t¡ O t ) O () O C) O () O U O (i o rr O a O' ¡ !l ¡¡ o O U O O O O (.) t) O \) a O Q (¡ O lj (.,(-),.-'O o.;í U O ll 9 ; tl o ll n O ll l li fl ll ll Ll Ú t I a r' (J t- ['l Ii ll 'r{ e l'9|, " '' o ¡ { I CN V) ñ a6 *1 F 190 TABLA DE MEZCLAS Observaciones para 1a Tabla de Mezclas de car o Mezclas usuales para la preparación de l-os baños buración y de recocido; pueden mezclarse en cualquier relación sin Peligro. realízar O Mezclas no usuales; e1 traspaso de piezas puede Seenambasdirecciones;puedenmezclarseencualquier ré1acióñ sin Peligro' t Mezclas no usuales; para no hacer daño a 1os baños' tras paso de piezas únicanente en dirección de la flecha' de piezas en ningu R No se puede mezclar ni hacer traspaso na dirección para no dañar los baños ' ! peligroso mezclar; tonando precauciones especiales: tras paso en dirección de 1a flecha son posibles y usuales. ! Por peligro de exitlosión no se debe, de ningún clar ni hacer trasPasos. 191 modo ' mez 8 8.1 CLASIFICACION DE LOS ACEROS INTRODUCCION Actualnente se encuentran en la etapa de 1a inplenentación 1as normas /: IS0 (International Standard Organizatión), sinembargo hoy en día se continúa con e1 enpleo de diver Sas normas desde internacionales hasta regionales, como también nomenclaturas de 1os fabricantes de aceros. La raz6n fundamental de este problema radica en que cada casa fabricante designa sus productos en forma arbitraria aunque algunas veces derivan su nomenglatura de l-a estanda rízaciín IS0. En este capítulo se presenta la clasificación según l-as nor of Autonotive Engineer), -AISI (Anerican Iron and Conité de Normas Alemanas. Finalnente se incluirá 1a tabl-a de conposición qúínica de los aceros de herranien (SÉE Scbty. Institute tas para trabajo en frío según la norma IS0 4957 de 1-980. En general se se centrará l-a atención en 1os aceros de herra L92 mientas para trabajo en frfo y para trabajo en callente, ya que en este grupo están los aceros que se tratarán tér micamente en el- horno por baño de sales, objeto de este proyecto. 8.2 GENERAI,IDADES Los aceros suelen claslficarse Por: EL PROCEDIMIENTQ DE OBTENCION a. b. c. d. Aceros fabricados en convertldor Besseruer Aceros fabricados en hornos Seieoens Martfn Aceros fabricados en hornos el-6ctricos Aceros f ab.ricados en crisol. L,A COIIPOSÍCION QUII'tICA a. Aceros aI carbono a-1 De bajo carbono - 0-08 a 0.2t de C. a.2 De medio carbono -0-25 a 0-45t de a.3 De alto b. C carbono - 0.50 a 1.0t de C' Aceros aleados b.1 De baja aleaci6n - Menos del 5t de elementos aleantes b.2 De media aleación - de 5 a 8t de elementos aleantes b.3 Altamente aleados con más del 8t de aleantes LA UTILIZACION 193 a. Aceros de censtruccl6n b- Aceros de herramientas c. Aceros inoxidables y resistentes al caIoF I i. LAS PROPIEDADES a. De baja regi.stencla b. De alta resistenciá c. Ultra alta resistencia LAS CONDICIONES DE TE!.TPI,E a. De tempJ.e en aEua b. De temple en aceite c. De temple aI aire 8.3 ESPECITICACION DE ACEROS SEGUN NORMAS AMERICANAS ( La SAE-AISI no¡rma ) AISI especifica los aceros utilizando una Letra mayúscuIa para indicar eI proceso de fabricaci6n del- acero' así: A: Aceros aLeados producidos en horno Sienens-Martfn bási co s. B: Aceros aL carbono producidos en convertidor Bessemer ácido C: Aceros aI carbono producido en horno Siemens-Mártin ác ido L94 D: Aceros producidos en horno slernenF-tfertfn E: Aceros producidos en horno eLéctrico ácildo Especificaci6n AISI para ecelos grado de rnaquinarla 8.3.1 UtiLiza 4 nú¡neros que indican le cor¡popiciQn quf4lcA cen EL sistema de nuroeraciÓn básico adoptado por La sAE es bastante sj.I0ilar y s61o difiere en pequeños deta sus lfmj.tes. LLes. La letra que ind j-ca eI pfoceso de fabricaclfin, Se ublca al final de los 4 dfgitos, sin embargo, hoy en dle se oririte acero qn La.r.mnyorÍa r'de los casos - Cuando La J-etra omite, eI acero generalmente fué producido en hornO Siemens eJ- MartÍn. 8.3 .'l .1 S j.stena nurtérieo básico El primer dfgito necen (YzX¡f ) (Y) indica el tipo de acero al cual perte . EL segundo dfgito (Zl lndicar pára los aceroE aleados, eI porcentaje aproximado del etr¡e4ento al.eante Pfedominaüte' Los úl-tirnos dfgitos (XX) indican eI cóntenido medio de car bono en cent€cimas de Poqrcentaje. 195 8. 3 . 1 .2 significado de la primera cifra ¡ 1 Indica un acero aI carbono 2 rndica un acero al nlquel 3 Indica un acero al nlqueL-cromo 4 Indica un acero al mol¡{üdeno 5 tndica un acero al cro¡De 6 rndica un acero al crgno-yanadd¡o 7 Es un número en reserva 8 Indlca un acetro al nfqueL-cromo-moLibdeno 9 Indica un acero al ,nagnesio-silicio 8. 3.1 ,3 Significado de la segundo difra TIPOS DE DESIGNACTON ACERO AL CARBONO - Acero puramente al carbono - Aceros resuLfurados, fáciL rnecanLzado - Aceros refosforados, resuJ-furados, fáciL mecanizado ACEROS AL MANGANESO Aceros de alto rnanganeso ACEROS ACEROS AL AL Ar. 't'txx 1 2xx 1 3xx 1 5XX 23XX 25xx NIQUEL-CROlrO - Aceros con 1.25t Nl y 0.6t Cr - Aceros con 1.75t Nivy 1.00t Cr. - Aceros con 3.58 Ni y 1.5t Cr ACEROS XXX I 0XX 2xxx NIQUEL - Aceros con 3.5t Ni - Aceros con 5t Ni ACEROS 1 NIQUEL-CROMO L96 3XXX xx 32xx 31 33XX TIPOS DE ACERO DES Aceros con 1.252 Nl Y 0.6t Cr Aceros con 1.75t Ni Y 1.00t Cr Aceros con 3.5t Ni Y J.5t cr ACEROS RESISTENTES A LA CORR,OSION CALOR.ACEROS AL MOLIBDENO - Aceros al Aceros al Aceros aI Aceros aI Aceros aI Aceros aI contenido ACEROS AL carbono-molibdeno cromo-molibdeno crono-nfquel-molibdeno nlquel-molibdeno nfquel-cromo quel-nolibdeno de Ni) nf IGNACION 3'l xx 3 2XX 3 Y 3XX EL 4xxx 40 xx 41XX 43xx 46xX 47XX (máxirno 48xx Sxxx CROMO - Aceros aI bajo cromo - Aceros aI medio cromo 51XX 52XX ACEROS AL CROIIQ-VANADTO Con 1 t Cr-Vanadio Aceros - 6xxx ACEROS NIQUE r,-CROMO-MOLTBDENO 86XX - 61XX Acero s nfque l-crorno-rnoLibdeno (alto nfquel) Aceros nfquel-crorno-mollbdeno (máximo níquel ) Aqeros al mangfenego-sillcio Aceros nfqueJ--cromodnolibdeno (aIto nfquel) Aceros al boro resistentes (0.0005* mfnl-mo) 87XX 88XX 92XX 93XX xxBxx Especificacl6n AISI parq aceros de herramientas 8.3,2 un agrupaniento mixto de cono se templan, c6mo es tán aleados y de cómo se utiLizan. (tablas 11 y 121. Utiliza 8.4 ESPECIFICACION DE ACEROS SEGUN NOR¡4A EUROPEA (DüN) L97 TABLA 11 E+ecificación AISI Acero para Herrasuienta templan En agrua En aceite En aire En aceite o en baño lso térruico o A U P S Aceite o aire L (1 H ( 0-r 9) 20-39 ) T M La clasificaeidn En aceite o en baño iso térnrico eerm de herramientas. C6no se AIean C6mo se w H para EupJ.eo Baja aleaci6n ¡edia aLeaci6n Al-to C, alto Cr Aplicaciones de trabajo en frfo Fab. de apldes en la Ind. plástica. Resistencia al- im pacto de trabajo en frío DébiLrrente aleado Base cro,rno Base Base W W BaSe Mo Aplicaciones de trabaJo en calien te Aceros ráp!.dos de los aceros según La noroa DIN es simiLar a las erqpleadas por las n@rrnas actuaJ.idad no se dJ-spone de suficiente muy ISO, aunque en la informaci6n acerca de éstas últinas por estar en algunos casos todavla en pre paraci6n. IJa nor'¡04 DIN I7006 establece un{,¡fl!signaclSn completa que consta de tres partes: producciSn, cornposici6n y tratamien to. En la parte de producci6n hay s6lo Letras, inforrnan sobre 198 TABLA 12t, Composiciónes'i típd.cad de los aceros de ltrarramian tas normalizadas en Estados Unidos. c Doal6nnciór tü s-l o,50 s-2 s-tl s-5 s-6 s-7 or 50 aiuten ;oo Cr or 70 o, t¡5 2r?5 ,'l¡o o,50 or 50 o,60 3,25 ena el. to or50 o.55 or55 llo ':uo Lr05 or45 2 rr)O or 40 2, oo tompl [o l,50 1, 2o 0r 30 o-2 o,90 or 3o o-6 o-7 1, 4o l,!9. 1,60 o,70 o.60 L-2 1, oo or 50 O' 30 5, oo 1, oo L-) Lt25 or 5() or 3o 5'oo 1, oo o' Jo o' 30 o' 30 o' Jo 1, (X) l, 1, oo Iroo l, 5r25 IrOO l, oo 5'@ Lr25 t:oo 1, tro A-5 A-6 r-7 a-8 A-g A-10 oo 2.OO oo 3r0o orTo 2r25 or55 or50 Lr35 2, oo o,60 o' 30 1, oo J ot 9o or So l, 1, 80 Lr25 o5 1' 50 1., 12, OO lroo or ¡ro 12, oo l'roo 1, 50 2r)5 o, qo o,40 0,35 o.25 ecLale¡ or25 o.25 o,70 F-l lr@ F-2 L.25 l, \ o0 '7o Lr25 lrlo t:oo OO D-5 . cro¡Do 12, D-ll o'35 1r@ 5O orqo o,40 2r25 2r25 L6 1' 80 L2.25 D-3 1, oo -J oo o, qo o,40 o,4() o,40 o,4o L-) oo alto carbono Y alto lr50 Or5-lrO I ,25 >2 Lz or?5 o.60 o.40 D o medla aleac tdn y ter nple al airo Dc D.? or 30 o, or 90 l, l, Otroo or22 2t25 o-1 A-ll Y Y al choguc or25 o,40 o,8() o,80 1,4o D * Nt s1 Hn có 3r@ 4r@ lalca lroo 12,5() para eopleoa ea alooc ,ón baja Do o, eo I, OO ot lo orSo o,20 1, 50 o, Jo o,50 (r 2q l,5o or Eo o' 30 o, 5o Do alto carbono Y volfraolo PAra cBplcoa Lr25 i. 50 lterf a r AcerQs ile herrqqientAs para jos traba en f rlo, tladrid, Bevista Def ornlaci6n tqetalúrgi ca No.88, 1983 , P .2 PALACIOS BEPARAZ, Jósé aF-- 199 Unlnnidod Aulonomo de Qccidcnlc Sección Bibliotero Ia clase de úundición y sobre las propiedades resultantes de l-a fundici6n. En la parte de coÍrposici6n hay nflmeros y J.etras; designan propiedades de empleo, resistencia a la tracci6n, conposi ción quírmica y,/o grupos de calidad. En la parte de tratamiento hay núneros y letras; indican Ia clase de conformación, la condici6n de tratanriento tér mico y Ia extensl6n de Ia garantfa. Especificaci6n de los Aceros de construccJ.6n (aceros no aleados) 8.4.1 La norna DIN 17100-1965 (coincide parcialrnente con la Euro norma 25-1966) se refiere asl: a los aceros de construccl6n "Se consideran aceros de construcci6n en general. ace ros sin alear y de baja aleaci6n, que usualrnente en condi ci6n de oonformación en caliente después de un normaLizado o después de una transformaci6n en frfo esencialrnente a ba se de su resistencia a Ia tracci6n y lfolte de fluencia emplean por e jempJ.o en superestnucturas'l de construcci6n se de puentes, construccL6n de ilepósitos, de vehf cuJ-os y de maqui na ria tt . 200 8.4-1.1 Aceros básicos no aleados 8.4.1.1.1 Resistencia Les dos nú¡rleros df gitos gue pteceden eL, sfmbolo St (aceros Stal1 en alernán) especlf ica La "mfnirua regLstencj.a a Ia tracclón en kg/mm2, ejemplo: Aceros St 42 tiene una resistencia a traccj.dn mfn{mq de 42 mm2. También pqede obtenerse la resistencj.a mfníqa a,la trac ción, nultiplicando los dígitos por 9.81 y redondeando con 1o que se obtiene en ¡¡lurur2. E jemplo: St-37;37x9.81=360 Resistencia a Ia tracción = 8.4,1 .1 .2 ¡oQN/mm2 Grupo de calidad Los aceros pueden suoinistrarse en tt?es grupos de calidad. Con valores de garantfa iguales para las p:ropJ.edades rneiá nicas, s€ diferencian las clases de acero de cada uno de los grupos de calldad ppr la composici6n qufoica, conforna bilidad, especialmente por Ia insensibtlidail e Ia ratu¡:¿, por f ragilidad y aptitftd de soLdadura, e j enplo: St 37-2 - grupo de calidad 2 20L 8.4.1.1.3 CIases de DeÉoxidaci6n La letra que especifica la clase de desoxldaci6n se ante pone al símbolo St, U ¡ Efervescente R : Calrnado RR: Especialmente celmads Ejemplo: USt 33-1 i RSt 34-2 8.4.7,1 ,4 Condici6n de tratamientq Lo de sualnlstro) Está indicada por letnas que se ubican eL f,inaL de la espe d i flcación . U;: Conforrnado en callente sin trataoiento N: Cuendo eI- acero se suministra en condici6n norrnal.iza do. Ejemplo: RSt 37-2N r St 34-1U EI cliente podr6 solicitar una condicldn de suninfstrq de¡' teroinada, teníendo en cuenta eI espesor del materiaL soli citado. E jempl-o: Ios aceros St 33-1; St 34-1 ¡ St 37^1 ¡ SE 42-1 y St 50-l se suministran en estado norqaXlzado tN) hasta espesore s de chapa de 4.75 fliÍlr de este espesor en adelante se sunrinistran laminado en caliente y sin trata miento CU) . 202 El procedimiento de conformaoi.;$ii queda a julcio deL sumi nistrador, cuando no se acuerde Io contrario en eL pedido, pero generalmente los aceros según esta norma se suminiS tran en condición de conformación en caLiente o sea, lani nados en caliente o for jados en caLl-ente. 8.4. I , I .5 Frocediniente de fabrlcaci6n par4 J.os aceros de grupo de calidad 2 y 3 puede anteponer se una letra que indica eI Procedimlento de fundici6n' E : Aceros el horno eléctrico M ¡ Acerqs siemeng-!'la,rttn Y : E Acero de Oxiconvertidor j,enplo : YRS t 37 -2 Deda Ia guLtipllcidad de prqcesos !)edernos de f,undici6n se tiende a suprimir Ia letra que I determinq eJ- procedioien to de fundicidn, perrnaneciendo el grupo de caLidad sin te ner que dar otras definiciones. Si eL acero no presenta Ietra carqcterfstica ParA e1 proce so de fundicl-ón y sin cif:ra caracterfstica para el grupo de calidad, se entlende siempre aceros del grupo de cali dad l. EI procedlmleüto es determinqdo por el. surninistra 203 dor y no dado a conocer 8.4.1 .1 r 6 Condici6n de empleo Aptitud para Ia ptegadrlra. E jempJ.o r QSt 37-3 Z z Adecuado para est j.rado en bansas. E jealple ¡ ff,ZSt 42-1 Q,: P : Aptitud para transforareci6n en plezas levladas en tampa o en m6quinas de forja. es EJemplo: UPSI 37-2 Ro: Aptitud para la fabricacL6n de tubos soldados. Ejemplo RoSt 52-3 Cu: Cuando se presenta contenidos de 0.25t a 0.35t de Cu y se añade a la propia designacldn del acero. Ejemplo: RSt 37-2 Cu 3 w: Aceros resistentes al calor A: Aceros resistentes al envejecinlento TT: Aqeros cen indicaci6n de la tenacidad a baJas tempera turas. 8.4.1.2 Aceros de construcci6n de caLidad no aleados Los aceros de calidad no a].eados destinados a un tratamien to térmico llevan el sfmbolo c con eJ- número fndj-ce de car bono, gue es eI contenido en carbono multiplicado Ejemplo: C55 indica un acero oon 0.55t de carbono. 204 por 100. A f in de identif f car J-a necesaria dif erencj.aci6n de Ios aceros refinados no aleados, a continuacidn del sfrnbolo C se ponen letras con eI siguiente signJ-ficado: K : Aceros refinados con baJo contenfdo en fdsforo y azu fre . f z Acerorjpara tenple por inducci6n y lJ.arua m ; Acero refinado con indicaci6n de los valcres náximo y mfnimo de contenido en azufre. q ¡ Acetro bonificado y de cementaci6n destinads a la densi ficaci6n en frfo. EJempIo: CK 45¡ ga 35 : Cq 35: Cf I .4,2 53 Especif icaci6n de J.os aceros aleadoE Los aceros al,eades se designan conforae a su cornpodción. En los aceros de baja aleación, Ia suma de los componentes de aJ"eación queda por debajo del 5t en raasa. Los aceros de alta aleaci6n son aquel-Ios con más del 5t en nasa de conponentes de a].eaci6n,- Ilevan una X delante de La indica cl6n de qaterial-. En los nonbres ab¡?eyiados del ¡nateriat se Incluyen solanen te J.os elementos de aleación que son necesarios para Ia identifj.cación tlel acero. 205 8.4.2.1 Aceros aleados La primera cifra se refiere siempre al contenido de carbo no y se prescinde del símbolo C. El contenido de carbono en t se obtiene dividfendo el dato por '100. Ejemplo: Acero 2Q Mn Cr 5. El nflmero fndlce de carbono es 20, entonces eI acero contiene Las cifras caracterfstlcas 2O/1OO - 0.2t de carbono. de l"a cuentfe de las adiciones de aleaci6n se hal-l-an reunidas iletrás de los sf¡rboLos Suf micos en el mismo orden gue éstos. Estas ci'fras se sepa ran mediante un espacio libre para las diversas susta,ncias de adición. Con el ohJeto de qlue las deslgnaclones del raeterial repul ten dentro de lo posible cor:tas, Io que se hace generaloen te es no dar nada nás que las cifras de uno o dos materia Ies añadidos. Con eI fín de que resulten slempre núneros enteros p4ra Ia cdantfa de los materiales de adicidn, lLos porcentaJes en peso de los materiales de adici6n, de las aleaciones se muJ.tiplican por 4, por 10 6 por 100. El re sultado redondeado es lo que aparece entonces como cffra caracterfstJ.ca en la designacJ-6n abreviada. 206 MULTIPLICADORES PARA LOS MATEENALES DE ADICTON Mul.Fiplicador 10 lrtultipLicadsr Manganeso Co Aluminio Cobre :. Mn Mo NÍque Ni Si AL Cu Mo. Ta Ti v Carbono F6sforo Azufre Nitr6geno 4 DlultipJ.lcador Cr Cromo Cobal to 1 Silicio Tungsteno I ibdeno Tantalio Ti tanio Vanadio W I o0 C P S N Ejemplos: - Aceto 20 I'tn Cr El contenido Acero 42 Cr 5 nanganeso de ef¡ 5 -= 4 1 .25r Mo4 C: Contenido de Contenido de cromo 42 1oo =0 z4 -= 4 42* 1t Acero 1 3 Cr Mo 44 Contenido de carbono: 0.1 3t Contenido de crono: 1 t Conténids de Molibdeno 3 0. I t 8.4,2.2 Aceras de aLta aleaci6n Lleyan la letra X por delante de La indicaci0n de rnaterial. Todos Los componentes de Ia areaci6n tienen el- multiprica dor 1t mantenl-éndose en 100 para el carbono. EjempJ-o: El acero X5 Cr Ni Ho 7A12 contienet 511AQ= 0.Q05t de carbono¡ 18t de Cr y 12 de NfqueL y unq cantidad no 207 con signada de molibdeno. Pertenecen a éste tipo llos aceros raFidos, los eceros para trabajo en cariente y los aceros de pocas variaciones di mensionales ( indeformables) 8.4.2.3 . Aceros rápidos En la designación de estos aceres no ae ineluyen los sfm bolos qufmicos de l-os metales al-eados. Detnás de ra letra s (schnerrarbeitsstahl= acero para trabajo rápido) se dan j.bdeno, vanadio y¡ cobalto, los porcentaJes aproximados en siempre en eI orden de tungsteno, caso de existir peso de estos metares de aleaci6n. mediante un guf6n. mol_ Los nú¡reros se separan Los contenidos de carbono, y de cromo no se indican en la désignaci6n abreviada; eI crooo entra en todos l-os aceros rápidos en l-a proporci6n de 3.9 a 4.sü Ejemplos: Aceros S 12-1-4-5 contl_ene: 124 de tungsteno 1 t de molibdeno 4 t de r¡anadio 5t de cobalto EI acero S 18-0-1 contiene: 18t de tungsteno Ot de moLibdeno 208 1t de vanadio 8.5 ESPECITICAC NON DE ACEROS SEGUN NORMA INTER,NACIONAL ISO La estandarizaci6n se ha rzenido depA,rroll4ndo para todas las apJ-icaciones de ingeniería, dlsponiéndose ya Cle ensa yos de mateÉiaIes y probetas estand,arizadas, ,.medidas y to rerancias para perfiles mdtáricos, crasificaci6n y especi caci6n de aceros regidas por &a norna l-nternacl-onal loErán dose con é11o simprificar en el suministro y control de las materias primas. En el caso que nos ocupa encontrarnos una especiflcaci6n muy similar a La uúllizada por Ia !r en casos con cretos se asemeJa basthnte a la cl-aslficaci6n DrN conside EURONORU rada en eI aparte 8.4 de este capítuLo. 8.5. 1 Aceros J.aminados en cahiente (HOT ROLLED) A diferencia de Ia eLasificac i6n dada por La norrne DIN pa ra J-os aceros de construcción 3 aceros básicos no aleados y aceros de calidad no aleados: Ia norma ISO clasifica los aceros en aceros laminados en f río, larni nados en cal iente , aceros estructuraleg y aceros al carbono. 209 univcn¡dod t¡rLn0m0 de 0ccidenfc Sectión libliotso La norma ISO 3573 presenta cuatro (4) calidades del tipo laminado en cal j-ente : HR 1 , HR 2, HR;3,y HR 4, dif eren . ciándose cada uno de éltos por eL porcentaJe de carbono, fdsforo, azÍjfce y manganeso y desde luego por su resisten cia a tracci6n. EIporcentajedecarbonoYadesde0.]5tParaIaca1idad (HR 1) hasta 0r088 para la calidad 4 (HR 4). Los conte¡ii dos de fósforo V,,azufte se hacen menores a medida que au menta el número de calidad;1o mismo que La resistencia a (43 kg /m^2) para eI HR 1, hasta 39O MPa (39 Kg ./mm2) para el IIR 4. EI porcenta je de Ia traccidn que va desde 43O Mpa Mn también disminuye al aumentar el número de cal-idad, des de 0,60t, para el HR 1, hasta 0,459 para eI HR 4. 8.5.2 Aceros lamlnados en frfo (cor,p RoLLED) La nerrna ISO 3574 presenta Las misnas cuatro (4) calidades para este tipo de aceros: CR 7 , CR 2, CR 3, CR 4 con el misrno significado anterior para los contenid.os de C, p, S y tln, ,yaniando solo Ia resistencia q traccidn que ya desde 370 MPa para la calidad I hasta 340 Mpa para la catidad 4. 8.5.3 Acero estructura]. 2to TABLA 1 3't Conposición química de los Aceras de herramientas para trabajo en frfo norrqalizados en Alemanla' X 2lJ Cr 12 X 21O CrY l? x L65 CrMoV 12 115 CrV f loO Cr 6 L\5 V Jt el MnCr 5 90 HnV E 1o5 tJCr 6 8O UCrV 8 6o vcrv 7 45 vcrv 7 )5 YCrV 7 5f xrcrnov 6 50 NlCr 13 x ¡5 Nlcrl.to tl I 19 NiCrt{o lr * PAI,AcIos 1.2080 2r@ sl lln or) ot) L.24)6 2, oo or3 o') !2, o r.260r L165 o') or) 1.2210 L.2067 1.2838 L.2L62 1t 15 or2 or3 or) or) t2rO or7 ,r_, or 21 o'3 ot lr o,3 1'3 Lr2 ''-' r.2842 or9o o12 2rO (o,l) o:' 1.2419 L.2552 L.2550 I' lro lrO o'& o12 or5 ort 1rl or) 2rO or60 or6 or3 1r1 Q.2 2rO L.25\2 r. 25bl o, 15 111 o12 2ro or)5 lro or) Iro or3 | 1,1 or2 L.27LL L.272L L.2767 L.2?64 or 5lt o') I o,, Nr Doolgnaci.ón c 1, oo 1r 45 05 o' 5o o'lr5 o16 or3 or5 or? lorlr or2 lort I o' 19 RE?ARAZ,.'-3osé Éaüf Cr L2rO NI Xo orl orl or6 o15 I L12 o-1 L17 o:' "'-o )t) I tt l1'3 6' t.' U o17 I lr,t r,l, Y t brl 4rl (o'¡ ) (o,lr) a, opi. -cit.,. P.5 Según ISO 630 estos aceros se especifican con eI simbolo Fe seguido de dos dígitos que especifican la resistencia a trac ci6n en xg /mm2 y finalmente con una de las letras A, B, 6 D que indican eI índice de calidad del acero. En Ia tabla 14 puede verse la especificaci6n ISO, las dife rencias y semejanzas con otras normas para estos tipos acero. 8. 5. . 4 Acero s al Carbono 2LL C de 14*' Steel for Structural and General Engineering Purposes (IS0 630 and 1052) TABLA trt (2, ;!n¡. ltn.l¡r tfrot. tt.ltl trqr9. I :Gtcú ¡d'|'roal?l(: lrrot t z -tto -ltLl blpit ll (É Lo-aao tr0- rro 3lo _ o t¡ou trr¡tt lDtr ltloot tl lrr ¡tt-tott 7. aa-¡ ¡. aa-t ¡. aa{ 7. aa-D t. ll-a ?. t¡{ t.3r-D 7. !0-l 7¡ !O-2 7.30-l t ao-t b aro-l )..fr-S 'r a lo4 r. t. t. t. ?. ¡. ato-l r. ato-, t !tO-, ?. ¡tO-¡ 6r.d. C f .d.. cr.da D rottt^tl r * tr-l !t-l ntt ¡tl ¡tl-¡ rta-l ¿24-l ttt lr l¡ot CÍt¿. llo at-C at-O ato-D tlO-t llo-e tt0-D llo-bn r3t lñrt t7-¡ Frd. I rslü átto Attl G.¿. ¡2 ASfü D rrt lt-2 rt Jt-l at-l rst¡lt-l urt osra ?-, t¡ú-L l2a -a trtaat ¡úla¡lt 224 -t lrrt t astll Attz Atll| Attl cr.d. t0 cr¡i. at t¡r It -t -! a6 16 ri ¡r-t (¡.2t ?to-¡ rto-l rl3 -¡ iB-t t^,|rt llt, t 3tú-a r r0-a ¡iato0 ltat60 G'd. t1'1, .t& atlrl c¡d. ¡! D,t o.a. 30 tt ¡t60 A,I,C.D tt ¡túo G.d.. aOC,l Ortdt.^40 --tAf^ t tr^ t ltc toar¡ l.llc t.{¡l tá¡c ?tltl ttttD t.a2t té2D t.{¿D Í:'tfi, a! laot Ar Itol ¡rl toa rr tto( cr.dr tto l. rO-, ASnl lt tt Grd. l0 Atfll rt tt C(.d. t! ttto ttlt ir to-l it tO-, tito- I 3t60-I Itm-t -l ato-t rá0-l tto-l tita2-t ttar-, tt6 -, It6 -t l¡6 -a E2a-2 to32 A6tH Atto ASm Ató (F.ó. 6'|1 ¡ta¡ 8r tr-t tt t J-t USt¡a-l or rst Ja -l Oltla-l 6 rStta-t tt l,t (t,f¡ toto) lstn A2tl Itra ¡rtaat Grrd¡ !l/20 fto t0lt ¡l- at-l a¡-t tsrH ttt¡ or.¡la D lsnr atr0 trtttD ERDoi t&r 20- ?. ?. t ?. lt-^ rt-t ¡t-C tt-D Att¡ Cr.d.r A, l,( ASfX Atto Gr.d.r A. I rta-¡ rro loJl 2qt- tro t. 160-A t ICO-I?U t 3úO-l?r t.160-C 7. JCO-D t¡t^t(tta C90-t tO ICO- ¡to 6!0 !10 C ,r- 2t- I 7 tÍ-tto t Joll- ato4to ¡ro 3x b ¡. rto- lo Iro aIt ¡ürñr¡ tt A, tm- ant..ó c.{. t 2h¡¡ t ?. ?. h AS¡ü A2Cl ¡ s -tto H.2tA.¡ tl J) to ñ.rrÉü t ASfi{ tto- r d.2Éü ItO ato tia l03t nrr ¡.r!c^ a, to-490 tt- 26- c¡rrot a Cr.¿.2tO 6í. tOO c¡¿. l!|t l!_llol.^ a5o ¡Go-t ¡.¡.c.D lrlt¡0 Cr.t tt c,r r.l0 ?.ao Ira !40 cral. tO tto Ar tto¡ orrd. tfi or.dr tO{ Cr.J. ¡0( Ar l¡ot Knut. 0. I,Iorld Metric Standards f or engineering, steel material data, New York, Indus trial Press, L978 p. 10-118 KVERNELAND, 2L2 En Ia norma ISO 683, muy similar a La norma DIN, se espe cifican los aceros al carbón por medJ-o det sfmbolo nCrt se guido de dos dfgitos qpe indican eI contenido en t,ide car bono, seguido de letras minúsculas que se refieren a los contenidos de fósforo y azufre tal cotno sre indica en tabla 1 La 5. Finalrnenter €n J.as tabLa 14, 15, 1-'6 y 17 se incluyen Ia claslficaclón dada por la ISO tas, donde aI mismo tiempo se para los aceros de herramien dividen guardando similitud con las divisiones dadas por Las nornas estudLadas ante riormente. 2L3 ÚE ñ'¡-r ¿3 Áa t la 0t'9 u PI! FT ,t.5 oo -.t of lo oo6 0l tc UT ttl ooo ro "? E oi ¡. ;? To oó .^ oi tc UE € o o ¡a üf :9 ¡txa re í I i.i: q X -s oft D' oooo UUUU UUUU U 0 o (J H 3 Io : ¡.'O : oo -1 ñ tJ 6 cf) @ | Éi Ot.! !t o ta z6 oo N@ UU vx oo oo EU oo oo <a oo oo tso o o o --¡|¡r ;ü*o a oo o() ' 'o B.:é ?l e ait x ¡o *B E'; 19 13. i: 3ia :?-ss* t{ oo Eü u o ua )U xo o u oo oo FO ia ¡$c I uou vr&I ).ó 91 i 3 3:i s I É (0 oo U F- u q zo ou oo OU UX o\ QO Fl r¡ oo tts I ooxx6 H 6 ' .E I F . É??*x? o o . .ooo o¡ Ic¡a ooo I | | U:EqAAO -c, 0) +J 6f oo .tJ 'rl cn a &- \o o4a< k tt oo 3t 00 o o 3ti Ef' c30 a¿4 ts>H o !.U s 53!E á; ,aiÉ @ Qf6A = * rn Á JHI '1 <l.F Fr },(rH ¡GE 9ti " ga Jts 1á a iEE E¡O U9 H Y 1^ UT ! 6 a IO T;x o o 6 EÉ E T 2L4 0 o o 0 E ¡it ae I F¡ IH <o J ü ,. TI u! ,l T6 n3 E Fl I = É aü FO F t1 ¡ FI ET b¿ * i ÉH d9 tó 3? iE !g to a Io o óo6 1<1 oo€ OFÚ ooc rÉ @o ot a;? to ;? üf ieB o o o @ o x .t o o ZF 50 x xÉ .o ol to .t .f, o F U x o o ;? üf FF oa @ú oo xÉ o@ i8 rT I o ¿f ¡r 59 { ol tJ oo oo Éo !É E x t€ o€ ÉO ,e 3g o o u -¡a xo (ú o @ oI ll Oo! @ ro ol lo or ¿f 3a tao oooo OOUU ooo o,o9 UUlJ o @ oo oo I 3!r @ú oo !¡ )U et q¡ ,x CN H o rtl ooN @t¡ a t-l I o rJ .o ol oI IE UI A' f aa UUUO u u99 669 ü ó,5 o oo @o I xóx c) o p v) o ?,' +J 'rl .o ro of \o ¿f h xá o@ o A' oo oo uo()u o o oo U o o< oq U { -t oa trr¿l z ol'o \o oot o@r ";? ¿f o ¡lo .o or io oo@ a;? F{ r¡ @ Ei o @ ,lf N r{ A' taa UUOU u0u oú(, 9U uu oo ;rutq Fl f¡l z É rrl ¡a tlt óooo UUUU !¿ o o 2L5 U @d QU La u6 ) U¿U * 17* Aceros de Herramientas propuestas por IS0. TABLA Caopoició¡ qul,o¡c. Acc¡or ¡lc¡do¡ dc bc¡r¡¡¡icot¡r 0.rr¡0 t¡ lHs ¡.t.t t? tts t{.r f 0.95/1.05 10.45 rnl¡.10.a0 0.7s/rJ,E5 10.45 ? pts.tr.t.r.s ¡? llrs ó.5.2. r l||s t2.t.5. | ¡ l||s t0.t.t. ts 1ils ¡.e.t- put rnbrja ¡ ot¡rt. r.?0/3,0o 0.{0/0.ó0 o.9s/t.25 0.r0/0.50 0.030 l.s0/r.50 0.0¡0 0.0t0 0.0¡0 0.0!0 ¡.ó0/t.00 {.s0/5,50 1.20/r.?0 {óo/5,s0 ¡.¡0/¡.?0 2.m/t,00 r.50/¡.50 ¡.5 'aJ r.5 /{,s r.5 /{.s r.s /.,5 ru¡r tot¡.10.a0 m¡¡ t.5 /r.5 ltt,{5 nrlr.l0.l0 nór 0,0¡o 0,0¡0 0,{rlt¡ 0.0¡0 0.030 0.0¡0 0.0t0 0.05/0,25 0.a0/0.?0 0.r0/c.50 0.r5/r.r5 0.a{¡/0.70 0Jr/0.50 | ¡7,t/tr.? or¡ /¡.!o r.5 /e.5 | t5 /1,0 r.ó5lr.t5 /e.c I t.t0/1.óo 0,9 /r.. ls,r | 5,7 t6,7 r,ó5l2.¡s r,1 ls,r ls.I 16,7 2,7 ltt 0,0 4,1 .,s /5,r I s.? /ó.7, t.9 r.. | 17,21t..7 l.¡ /t.óo 3.s /.,5 r.5 /..5 t.ó5/2. r5 4.35/{.85 t,Í /rá 0.9o/1..0 l.t r.5 /..5 ¡.05/1.20 10.{5 Ea¡.lo.a0 ¡n¡ 0.0t/t.12 r,5 /¡.5 ¡,s /..5 r.s /{,5 l.l0l1,55 10.{5 m¡r.10.{0 ,qór 1.20/1,3u t¿ 0,0¡0 ur¡.lo.ao nr¡ l,l0/t.r5 lo.r5 ru¡'.10.¡o rea¡ l,¡0/l.af 10,45 nr¡¡.10,a0 ral¡ 0.?5/0,85 lo.{5 s¡t¡ 0,t0l0.90 lr¡,15 I /¡.óo r.0 /¡.50 0,0¡o 0.010 0.0¡0 0.0¡0 0,0t0 c,0¡0 0.0¡0 0.¡c/0J5 Acrror rlcr¡lo d¡ hc¡¡¡oitotu prrr tnbrjo o fóo l? tl tl 21 29 ¡7 ¡9 il a? a0 5l l(xXl¡ücVt 9)MrVl /5.t|¡f¡Wl lluCrl 2 ll0(l¡Wll I ?CrlloNil 51 lfCrllol 20(lrll t0(i I ¡ ar¡Cf¡¡ ?0 l¡C¡Mol I l0f¡ll¡l 0.{5/0,5s | 0.80/1,t0 | 0.¡5/0.ó5 0.¡rrt.t0 | 0.t s/0,{5 0,s510.ó5 | o,¡5/0,e5 0,95/1,0{, r.90/2.20 t.r¡o/2,J0 l,al/1,15 ( 0.0r < 0,10 óú$Mnl SlCrM¡Yl ót ¡l ll f¡r(lrMcY 5ó ól It 50S'C¡Vl fflrllol óf ót O.rO¡0.50 | 0,¡(l/1,10 | 0.15i0.{5 óowQvl 5t ól 0,95/¡.t0 | o,t s/o,rf | 0.25/0,{f 0,0to 0.0¡0 r,t5/r.a5 l,ürl1,¡l I r¡.r0/rr,{0 | e.?o/t.ü¡ 0.0t0 0.0¡0 0,r0/t.t0 0.0 lr, 0.0¡0 o,eolt,2o l0f WC¡l a5wc¡vt 1 (1,0|<1.0 0,t6lo.¡51 <1,0 | <¡.0 0.1.,/0,rfl ¡r,o I sr.0 ? 0,0¡0 0,03{¡ 0,0t0 0.90/r,20 o,0to ..r0/5.50 ¡.r0/r,ó0 a.gol1..e 0,010 0.0¡0 0.0¡0 0.0¡o 0.0¡0 0,0¡0 0.0¡0 0.¡5/0.ó5 ¡ t.0/11.0 I r.0/ll,e I t.0/ I t.o 0.10/t.00 ¡,f0/a.50 0.ro/0.@ ¡.t0/2.20 ¡,r0/¡.ro t0 ¡,fe/r.¡o l.r0/r,ó0 0.0¡0 0.e 0.rr¡{, 0,o¡0 0,0¡0 ¡t,e/¡t.0 0,0¡o 0,{J¡0 0,0t0 lr,s/r{.5 0.0¡0 0.0¡0 0,5tlo.ó{ | l,7o/¡,20 | 0.?o/t.0{¡ 0.01o 0.0t0 0.rrl0,51 | c.¡t/r¡,$ | o.?t¡l1,0o 0.0üf 0.0f,r, o.9o/1,20 0,16/0,25 t 0,0¡0 0.0¡0 | o.to/o,{o I t.7ol1,20 0,0¡0 I 0,¡o/t¡.ro I t,05/1.¡f 0,0¡0 | 0,to/{r,ru | 0,t5/0,a5 0,0¡0 | o,tn¡o.ro I o.ls7o,r5 0,0¡o | u,lrrl0.{o I 0.t5/u..5 0,0J0 | 0.10/0,¡t¡ | 0.1r,/u,Jo 0.(u0 I r¡.10/rr.J0 | 0,20/¡t,59 0.0¡0 0.r¡/0.{¡l <l,o I sl,0 ¡,0{r/t.lfl a¡,0 | sl,0 0.0t0 0,0t0 t2,0ltt.u | 1.0/ ¡r,c r,00/t.t0 tó,0r¡¡,0 0,óo/0,90 María. Consideraciones sobre 1os aceros de herramientas y su trata niento térmico. Madrid, REvista Deformació Metá1ica No. 99 1984, p. 11 PALACI0S REPARAZ, José 2L6 9 9.1 PARAME1SOS DISEÑO DEL HORNO DE DISENO 9.1.1 Tipo de aceros En general, e1- horno para enfriamiento en baño de sales, puede utilizarse con todo tipo de aceros dadas sus inigua lables ventajas en cuanto a 1a poca defornación y a la eli ninación de tensiones internas en e1 materlal templado; sinenbargo, se enpleará especialmenLe en e1 tenpl-e isotér mj-co de los aceros de herramientas y los aceros rápidos, sobre todo aquellos cuyo enfrianiento se reconienda hacer en aceite. En consulta realizada en e1 tal1er ASTIN, destinatario del horno, con e1 Ingeniero Mariano Benavidez, se estuvo de a cuerdo en que los aceros de mayor uso ahl son: D6, D3, D2, PzO, S1, 01, H13, 142 y T1 de la especializacíín AISI y que para fines de estudio a fondo se tomarán principalnente los siguientes: D3, P2O, S1, 01, H13 y HZ (ver anexos 1 al 6). 2t7 Basados en esta infornacj.ón y en general en la obtenida en los catálogos sobre 1a temperatura de temple de tal-es aceros¡ s€ determinará 1a tenperatura de trabajo náxima delhorno. A fin de disponer de una conpleta infornación sobre los a ceros a templar, s€ incluyen las hojas de naterial de los seis (6) tipos de aceros escogidos, ae incluye para cada uno e1 respectivo diagrama de enfrianiento contínuo y de revenido; esto-permiLe a1 nisno tiempo orientar a1 opera rio del horno sobre la mejor nanera de obtener los resul tados deseados en e1 tratamiento térmico. 9.L.2 Tanaño, forna y número de piezas a tratar Las piezas que comúnnenLe requj-eren tratamiento térnico es pecial son, en general, de poco tamaño (secciones pequeñas). Las formas pueden ser muy diversas y no requieren de análisis especial por cuanto se supone que en l-a etapa de diseño se han tenido en cuenta 1os factores nás favorables que perni tan un tratamiento térmico eficaz; es de sperar, adenás que el operario conoce 1as formas nás ádecuadas para introducir las piezas en e1 baño de apagado. Entonces, es un hecho que este factor no influye en e1 diseño; sinembargo en los 218 capítul-os anteriores se describe detalladanente 1a técnica de 1os tratamientos térnicos con e1 fin de llenar l-os vacíos que en esta materia tenga e1 eventual operario. El uso de baño de sales para el apagado de piezas sometidae a tenple ofrece grandes ventajas respecto a1 temple ordinario cuando de tratar térmicamenLe piezas conplicadas ae trata. En cuanto al número de piezasr €s decir, la masa de naterial de trabajo, direnos que este es un parámetro que solamente i_nfluye en el tanaño del horno y nás concretamente en el vo lúnen de las sales de apagado. Debe buscarse que La nasa sea la adecuada para que a1- introducirla en el baño, este de no se caliente hasta val-ores no recomendadoe. Debido a que e1 tanaño delhorno se fijará previanente, entonces al- final se reali zarán los cá1culos para determinar el- volúmen náxino de naterial a tratar en e1 baño, dependiendo de la tenperatu ra del material y del tipo de sal enpleada en el baño. Dado que en . el- taller ASTrN no se requiere de un horno para el temple de un gran número de piezas, €1 rendiniento estará linitado por la masa de material-. Este paránetro deberá res petarse rigurosamente por cuanto pueden presentarse acciden tes lamentables debido a la explosión viol-enta de1 baño al exceder su tenperatura náxina de trabajo. 2L9 Unircridod aulonomo de Otcid¡nh Sección Eiblioleo 9. 1.3 Tipo de Sal El tipo de sal- a utilizar está deterninado por 1a clase de tratamiento a reaLízar y por el acero objeto de trabajo. En general, para e1 apagado de aceros cuya temperatura templ-e sea inferior de a 9004C (tenperaLura de austenización), puede emplearse 1a sal DURFERRIT AS L4O (nombre coneréial); para el apagado de los aceros rápidos y en general para aquellos cuya tenperatura temple supere los 9504C, usarse 1a sa1 puede DURFERRIT GS 23O. Esta coneideración nos hace pensar en la necesidad de dis poner de dos (2) crisoles, de modo que puedan intercanbiar se según 1a necesidad. 9 .L .4 Tamaño y f orna delhorno Este paránetro se discutirá amplianente y se definirá una vez que se realicen los cálculos y se analicen las posibili dades constructivas, refractarios 1-as facilidades de adquisición de Los y los factores económicos y de potencia. locativae y 1as necesidadee pro Dadas 1as disponibilidades pias del ta11er r s€ sugiere inicialnente dos formas y medi das del crisol, así: 500 nilímetros de diámetro o rectangu lar de 500 x 400 nilímetros, 220 con un fondo de 600 nillmetros para ambas formas. Potencia de1 horno 9. 1 .5 Se establece previamente en dieciocho kilovatios (18kw)' teniendo en cuenta recomendaciones que establecen hasta veinte (20) kilovatios para hornos con resistencias exterio res y observaciones de tipo práctico en hornos sinilares. de este dato se diseñarán 1os componentes de1 hor A partir no basados en la tenperatura que se aLcanza en las resisten¡ cias desde el encendido hasta 1a puesta a régineir del horno. Para l-os aspectos de diseño eléctrico¡ s€ cuenta con la co laboración de1 ingeniero Norbey Marín. (ver figura 50) 9.2 9.2.1 CALCULOS Volúnen de1 crisol Basados en los paránetros de diseño planteados en la sec ción 9.1, partimos de 1a siguiente forna y dinensiones: Volúnen de1 crisol = f x ¡2 x = I (5O cn)2 x 60 cm 4 Volúnen de1 crisol = 1L8000 .t3 22L h \./ ----- FIGURA --¿// 50 Dinensiones del crisol.Forma cilindrica Se toma l-a altura de l-lenado (ht) con Ia sa1 de 40 centí metros para prevenir rebosaniento del baño y debido a el largo de las piezas a tratar Volúnen de sa1 D2xhl es : Volú¡nen de mucho. (50 cn)2 x 40crn = 78.540 4 4 Entonces que la sal = 78.540 .t3 de1 volúnen total-. 222 que corresponden al 672 cn3 9.2.2 Cantidad de Sa1 Densidad (/ Densidad (/ ) de sal ) de sal a GS 23O a AS 140 = 1.90 Brlcm3x 400eC = L,7O grlcm3 2OOaC Calculando 1a masa (m) de sa1 requerida para cada caso: J2= + donde V : volúnen de la sal = 1,90 grl.r3 x 78540 ct3 = 15OOOO gr. (sa1 AS 140) m =,1,70 gr/cm3 x 78540.r3 = 134000 gr. (sal GS 230) m Las sales se suninistran cornercialmente en recipientes 50 kg, recomendándose emplear valores nú1tip1os de de 50 (150 kg), con e1 fin de evitar sobrantes, ya que podrla deteriorarse l-a sa1, por ser esta muy higroscópica. Calcul-ando la altura de llenado (hl), para la sal GS 23O, tenenos: Hl = V = 150000 grl1.70 erlcm3 t* $O .* >z Area base H1 = 45 cm. 4 Por l-o tanto, €1 volúmen llenado con la sal GS 230 repres¡en ta el 752 del volúnen total de1 crisol. Jr Los valores de las densidades para estas sales fueron sumi AcERos BOEHLER (DEGussA), distribuido ra de dichos productos. nistrados por uNrrEc 223 Utilizando la tabla 18 y verificando para un crisol 1 50/50 con volúnen de 98.L75.t3 se requieren L40 kg de sal GS 23O a 400eC para llenar el 852 de1 crisol (volúrnen llenado 83450.r3) = Si para 83.450 cr3 se requieren 140kgr. de sal, para 78.540 se requieren L32 kgr. 9 .2.2.1 0bservaciones 1 . Con 150 kgr. de sal se garantiza el llenado del crisol hasta 1as medidas dadas. 2. Con 135 kgr (según fabricante), llenamos 78.540 ct3 (672) del volúmen del crisol, con L50 kg se ll-enará el 752 del vo1únen total, por tanto,la aLtura de llenado con l-a sal GS 23O es de 45 cm. 3. El llenado del- crisol estará entre 40.0 y 45.0 cm de pro fundidad. 9 .2.2.2 a. Ré conendaciones Debe llenarse inici-alnente e1 crisol con 135 kg de sal y fundir esta masa verificando la altura de 40 centínetros considerada la $ptima de diseño que pernite 1a introducción de1 material en el horno sin que se produzca rebosaniento. 224 TABLA 18* Medidas de aproximación para crisoles €opo- lomoño oel ca r¡o d2 dl d{ ht h2 '100 r30 2@ Mt2 220 25 200 1.5 M12 775 30 750 5 310 ¡r5 100 c¡ I 10':0 lóó 13 ?5 -^ | pcto qpfo¡ cn kg ta l5 ]( 359 f¡ 16 { ti¿ 7 {50 30 5! ii0 a90 M20 600 55 550 i(t 1 i0 ito ,t r0 M20 l 100 97 315 35 53 {10 >70 M20 5.t0 58 5@ 15 230 l5/80 .llO 570 M10 8a0 58 800 75 335 ..70 750 M20 5ó0 65 500 95 t75 570 750 M71 8ó0 ó5 800 r55 515 1 e r'-' 150 50,50 50,80 tÉ odod oprox d1 5(n DEGUSSA, DURFERRIT, 1 350 op. cit. 225 p 131 65 105 l9 Se conLinuará agregando sal- hasta obtener la altura deseada b. El crisol se llena con la cantidad máxima é1 pueda contener e ir agragando a medida que baño disninuye por la fusión de 1a sal. c. de eal e1 volúnen del que puede hacerse de forma rectangular y sus medi El crisol ¿á" serán Las especificadas en la figura siguiente, con que e1 vol-únen de sal se nantiene aproxinadamente igual (78.540 FIGURA para una altura de llenado de 40 ".3), 51- Dimensiones del- crisol, Volúnen del crisol Volúnen del- c r isol forma bxhxp=(40x50x60)cn. 120.000 .r3 226 cm. Lo 9.2.3 Calor requerido para fundir la nasa de sal q=mcPAT m Tinicial Ttrabajo Ttrabajo = 150 kg. = 30aC = 22OeC (AS 140) = 5504C (GS 230) donde: q: m: cp: AT'. AT: CAlor neto masa de sal calor específico de fusión gradiente de temperatura tenperatura. Para la sal GS-230 : AT : (550 - 30¡og = 5204C Los cálcu1os se reali zarán con AT = 520cC obteniéndose la náxina potencia requerida. Cp = 0.36 caL/gr aC ( sal GS 230) q = 150.000 gr. x 0.36 caL/ graC x q = 28.080 Kcal- . I 5204C q - 28.080 Kcal x 3.968 BTU/Kcal 3.413 BTU/Kw - hr. 32,65 Kw-hr q = 32,65 Kw-hr. = Este es e1 calor requerido para llevar 1a sal GS 230 hasta su tenpera tura de trabajo. Realizando cálculos similares para 1a sal AS140 da como resultado : q = 10.545 Kcal. 227 9 .2 .4 Cá1cul-o de 1a resistencia : 18 kilovatios Tensión : 22Q voltios - trifásico Núnero de canales :9 Diánetro de1 crisol : 500 nn. resistencia z 45 m¡n. Separación crisol Potencia del horno islencios 'e + + + I + + + I a + II+ + FIGURA 52 Distribución crisol. de l-as resistencia s al-rededor del ia1 de 1a resistencia : Kanthal A-1, cuyas caracterís ticas se enuncian a continuación:* Ma t er THE KANTHAL HANDBOOK, Resistance A11ogs, rrserr , Sweden, Bul-ten Kanthal AB, 1983 P. 8 228 Composición noninal: Cromo 22Zl aluminio 5,52, hierro e1 resto. Densidad = 7,10 Br/cm3 a 20aC = L,45 REsistividad eléctrica s¿mm2/n Tenperatura máxina de1 elemento en servicio contínuoz Longitud de Kanthal por canal (L): L =lx L375aC. D donde D: diáne tro del cana1. L = íx 0,590 n. = 1,854 n. La longitud del canal de Kanthal se disminuye en 100 mn con e1 fin de realízar las conexiones al exterior del horno, €n tonces: L = 1,854 L = L,754 0,10 m. Conexión de 1as resistencias en triángulo r¡ = I'll : V¡, donde (A): : I¡ = Corriente de la 1ínea W¡ = Potencia de la línea vL = Voltaje de la línea W1 = Potencia total 229 Univc¡sidod aulonomo do ftcidcntr Sección Biblioteco l,I¡ = 18.000 I^JT I.¡ 6.000 t^/ 3 WL 6.000 VL VF=220V IL= lrL l.¡ 6.000I^¡ 220V VL E1 donde Vp es el voltaje proceso de la fuente 28 amperios cá1cu1o que sé utilízar.á es _ e1- .p-lant.e.ado en de e1 THE KANTHAL HANDBOOK, páginas 10 a 15 y49a58 t-2 ct Cn2 F p I : Corriente C¡ : FActor de tenperatura p : Carga superficial (w/cn2¡ Donde De 1a figura 53, para temperatura del horno = 8400C Tenemos: Se asume P = 3r2 v/cm? P = 3r2 w/cm2 x 0,8 = 2,56 w/cm2 temperatura del horno superior a la real con fin de garan Eizar el- calentamiento hasta 1os 600cC. 230 e1 ), obtenida de 1a figura (53)se refiere a elnentos en el horno de costo bajo o me La carga en 1a superficie ( P Si se quiere diseñar un horno de larga duración en l-os elementos, se recomienda enplear el valor de 1a figura dio. a1 802. Como 1as resistencias no irradian libremente' es necesa rio emplear un factor de corrección que depende de 1a sepa raci6n entre canales, entonces: p = 2,56 v/cm? x 0,8 = 2rO u/cm2 Factor de temperatura (Ct) Valor de la tabla. Ct = 1 ' 03 pala temératura del e1e¡nento = 8004C d- = (28\2 x 1.03 = 4O4 "^2¡s- Con este val-or en las tablas para Kanthal, obtenemos e1 díanetro del al-ambre. 0 alambre = 3,0 mm. El al-ambre de Kanthal puede ser de 3,0 nm. o 3,5 milínetros, donde ambos diámetros son comerciales. Entonces, Lomamos 0 alambre = 3r5 mm. Con 1o que se asegura una larga duración de la resistencia y se proveen desnejoranientos en 1a calidad del- naterial de1 elemento. 23L W/sq. in. tr@ 1200 r3m.c Eoo 9@ r0@ rr@.rc Furrrace lenrperature, "C FIGURA 53* surface loads ín lt /cnZ and l^//sq-in. for Kanthal and Nikrotal heatinh elements in industrial furnace s . Rec omended THE KANTHAL HANDBOOK, op. 232 cit, p. 49 Longitud de1 canal (L) Separación entre aspiras (S) Núnero de aspiras por canal S - 7 mn. (se recomienda como Núnero de espiras por canal = nínimo:S=2espesores) L.754 = 25O espiras 7 = íx Longitud de cada espira Se recomienda D/d 4 - LO para aplicaciones eléctricas de ca1or. Se puede fabricar (enrrollar), 0 0 3/4" (19 entonces: mm), diánetro medio. la espira en una varilla de D/d = 26/3,5 = 7,4 e1 cual cumple: FIGURA 54 Dimensiones de 1os espiras de la resistencia Longi tud de cada espira = 70 nn Longitud total por canal = 25O espiras x 70 mn = 17.500 nn, Longi tud total del naterial = 1-7,500mts. x 9 canales = 157,5mts. = 2215 233 mm Peso total de1 naterial Según tabla por unidad de longitud para e = 3,5 nn; peso = 68,3 e/n Entonces t 9.2.5 9 .2.5.I I,l: = 157,5 mts. x 68,3 gr/nt a 20,76 kg. Dinensionamiento de1 horno Parámetros iniciales Medidas de1 crisol:0 = 50 cm. profundidad = 60 cn. Temperatura interior de1 crisol : 600aC No se conoce La conductividad térnica de la sal y por 1o tanto no es posibl-e calcular (h.) entre la sal y la pared de1 crisol. Se sabe que 1as sales de tenple tienen una nuy buena conduc tividad térmica y de ahí 1as ventajas de este proceso, enton ces suponemos: Si temperatura de la sal = 550eC entonces la temperatura de1 crisol = 600eC. Distancia Resistencia-Crisol-. Debe ser'.1a necesaria para evitar e1 contacto en funcionamien to de estos elementos, ya que se prodóirla un corto-circuito. Este espacio tanbién pernite la extracción y el ingreso 234 de 1os crisoles cuando se desee trabajar con otras sales. Se recomienda una distancia de 45 nilínetros. sinilares En hornos se observa que esta es una distancia segura. Espesor de 1a pared del crisol e pared = L/4 pulgada (6,00 (e) nm) Se asume este espesor con el fin de obtener una alta durabi lidad y permitir revisiones a espacios prolongados de tiem po. = I,L4 mtZ x 50 kg/mt? = 57,O kg. Peso del anillo (L 2L/2 x 2L/2" x 3/L6) = L,57 nt x 4.57kg/nt = 7,0 kg. Peso total del crisol = 64,0 kg. Peso del crisol Espesor de 1a cubierta lateral e = I/8" (3,2 mn). 9.2.5.2 Primera distribución del- aislaniento Suponiendo que 1as pérdidas por arriba (tapa), y por debajo ) son proporcionaLes a l-as pérdidas 1-aterales, asumimos un arreglo inicialnente con e1 espesor del- aislamiento dado ( f ondo de anLemano ULili zand,o 1adri1lo ref ractario aisl-ante: 235 Nombre comercial : VULCANO T-23 ; EREC0S UA-23 Tenperatura máxina de uso: 1,260eC. Sca Ka: conductividad térnica del- aislante. Ka = 0,461 w/mt aC Ka = 0,360 vt/mt dg Ka = 0,426 w/nt aC Ka = 0,302 v¡/nt aC a 870 og10 a 1,.2600g11 a 1.0004C12 a 1.093 0613 Trabajaremos con Ka = O,426 w/ntqC (1,2 o 3), €1 al-to del 1adril1o (b) es 4'L/2 pulgadas (ver f igura 55). Para ladri11os tipo ARCO Haciendo consideraciones de costo y posibilidades de sumi nistro podría usarse e1 l-adri11o tipo recto con altura (b) de 4L/2 pulgadas. Lionel S. Manual de1 fngeniero Mecánico de Marks, 1, México, Hispanoanericano L979, p. 803. 10 MARKS, 11 REFRACTARI0S VULCANO LTDA. CAtá1ogo Volúmen tts. c. tt frsLrr 1980. General de Productos , 12 MUÑIZ, A.H. Introducción a la teoría de hornos y combus tión, boletín técnico 18, Buenos Aires, INTI' 1975 p.2 13 y MAttHINNEY, M.H. Hornos industriales, volúnen 2, libro , L975 p.143 TRINKS, W. 236 FIGURA 55 Dimensiones de l-os ladri11os tipo recto standard En general pude usarse cualesquiera de los tipos de ladri 11os refractarios Los VULCANO aislantes que se consiguen en e1 mercado: T-2O, T-23 6 T-26 equivalentes a 1os ERECOS UA-20 UA-23 y UA-26 respectivamente. La = espesor del aislante = 115 nm. Lp = espesor porta-resistencias - 25 mn. altura aislanienLo = 600 mm. Ka = 0,426 v/n oC Kp = L,L2 w/m aC (conductividad térmica del- portaresistencia. Porta resistencias en C0NCRAX . 1500 (ERECOS) Se supone 1a cubierta lateral con resistencia despreciable, Ha = 237 FIGURA 56 Dimensiones para e1 primer arreglo de1 aisla¡nien to. raz6n por 1a cual se toma T5 = 40aC igual- a la temperatura exterior de1 horno. T3 T5 '.4 ,+ ],p-ra / 13L n 15 2lKa Ha 2 Kp ttpl R1 rn 14 /r3 2 Kp Hpl = 1n T3-T5 R2+Rl /342 2 I,I2 w/mtK x 0,60 = 0, 170'K/Yt 367 238 ^.1 R2 = Ln 15/r4 = Ln 482/367 2 Ka HaTt 2 x 0 ,426 w/m x 0,60 n.z/ L qt = T3 - T5 = (1.000 - 40) eK 0,01670¡/m + 0,1704K/n Rl + R2 - = 0,0170eK/vt = 5.142 rI. 6t = 5.L42 w. pérdidas por l-a cubierta lateral. Ahora, calculando l-as pérdidas totales por conducción a tra vés de1 horno, tenemos: At= Donde , Acl+At+Af At Ac1 At A¡ : : : : Area Area Area Area total de transferencia de calor cubierta lateral de la tapa de1 fondo At = L,82 m2 + 0,2 ú2 + O,2 m2 = 2,22 Pérdidas por la cubierta Lateral t 5.I42 w. Reenplazando : Entonces si z 2,22 mz m2 L,82^2.. 5,142 r¡/. X= 6.272v. 6.272 w son 1as pérdidas totales por conducción en el hor no. Eficiencia en régimen estacionario para este arreglo. it = 6.272 yt Z pérdidas = 6.272','t x 100 = 35 7" 18.000 239 Uniycrsidod aur0n0m0 de Ssrcién Sibliotero Occidcnte 'k = loo 35 9.2.5.3 Tt = 652 Segunda distribución Enpleando 1adri1lo UA de1 aislanienLo 23+capa de aislante (1ana mineral)* Tonando un espesor de aislamiento de lana mineral de 2 pu7- gadas (5 cn) calculamos las péridás de caLor y la eficien cia que se presenta. De catálogo de ttATERMICOStt para lana mineral: KL.. 38ec = o,25 ry pieu hroF = o.03r# m¿hroC = ),036 w/no0 donde K¡ es 1a conductividad de la l-ana mineral.l4 rlt aislaniento = lr L4 89,O22 Esta decisión se toma con el fin de nejorar la eficiencia y / o asegurar que e1 diseño cunpla con 1os requerimientos preestabl-ecidos. Deben tene tenerse en cuenta las variaciones en los daLos de 1as propiedades de 1os materialesr'asl como tanbién 1a incertidumbre en 1os cá1cu1os de transferencia de calor, debida a 1as disposicio nes planteadas. Y FIBRAS INDUSTRIALES LTDA. CA tálogo de Productos, Mu1-tigráf i-cas Ltda. Mede11ín 1980 p.6 AISLAMIENTOS TERMICOS 240 Planteando e1 problena para calcular las pérdidas tenemos: @ R3 o R2- @ .tl. o FIGURA 57 Dimensiones para el segundo arreglo del aisla miento. T6= T3= K1 = L1 = H= 40ac ür T6-T3 R1 0,0l-67 1.0004c 0,036 w/moC espesor de lana nineral altura aislamiento R1+R2+R3 eK/,'t 24L R" = ln rl/rt+ = Lt 483/367 = 0,1-70aC/v¿ 2 0,426 w/naC xo,6onl 2 Ka Hal = O,74LeC/w = Ln 533/482 , 0-036 w/nsCxo,6an.r/ R3 = In r6/rtr 2 K1 HV üt= üt ( 1.000 = 1.034'8 40) ac (0,0167 + 0,170 + 0,74L) = 1034,8 rr w. moC/w Pérdidas de calor a través de las paredes l-aterales de1 horno, €n es Lado estacionario. Si: 1.034,8 w. . . 827" 1 x = L.262w 002 Pérdidas totales por conducción en el- horno % pérdidas = L.262w 18.000 x 100% = 7 Pérdidas por conducción en e1 régimen estacionario para este arreglo. entoncet 9.2.6 9.2.6.L lt = g3Z Cálculo de1 tienpo para atcanzar el régimen estacio nario. Calor absorvido por Los ladri11os refractarios lantes. 242 ais q=mCPAT = 53 t¡lPie3 (1s) -F Cp = O,22 BTU/1b or(16) FIGURA 58 Dimensiones de1 aislaniento ral- de1 horno. (De2 Di2) x V =/ en la cubierta late H 4 ?/ T \r AT= 15 16 (3,162 6,60 pies3 T4 T5 2,402) pie2 x 2 pies Donde : T5 = 40eC EMPRESA DE REFRACTARIOS COLOMBIANOS S. A. Catálogo Productos, Mede1lín, Erecos, 1980, p. MARKS, Lionel S.op cit, P. 804 243 23 de A = 5.142 w. entonces üt = T4 - T5 = Qt x R2 + T5 - T4 = 5.L42w x 0.170 og/w + 40aC = AT = (9L4 Ahora: q 9144C 40¡og x 1,8 + 3zaE/eC = 1.6054F = ;rtlollr"rx 6,6pie3x 123.530 q = 123.530 3.413 9.2.6.2 T4 = o,22Brul1beFx1.606eF BTU. 36,20 Kw - hr Calor absorvido por el- refractario Calor total absorvido por e1 aislamiento. (Porta resistencia + ladril-l-o refractario al-slante lana nineral). Asumiendo que e1 calor total absorvido en el aislaniento + es proporcional a1 calor absorvido por 1os 1adri1los refractarios así: Volúmen de refractario = 6,6 pie3 Volúnen total = 11,3 pie3 X = e = 62,OO Kw-hr 36,20 Kw hr 62,00 Kw - hr. Calor total absorvido por el- aislaniento. 244 calor absorvido por la sal- GS 23O. !l = 32,65 Kw - hr qneto total = (62,00 + 32,65) Kw-hr = 94.65 kw-hr Potencia efectiva (a) = 18'oo kw Entonces : t = lL = 94.65 kw-hr = = 5,25 hr. a 18.00 K* 15 minutos. = Es el tienpo requerido para aLca¡zar e1 réginen estacionario, es decir ' para calentar = 5 hr | la sa1 GS 230 hasta 5504C. Sinilarmente podemos calcular el- tienpo requerido Para a1 canzar e1 réginen estacionario para la sa1 GS 23O a AS-140 a 22OeC. c = 10.545 Kcal x 3.968 BTU/Kca1 = L2'26 3.413 BTU/Kw - hr. Calorabsorvido por la sal AS L4O q = L2,26 kw-hr q - 62.00 kw-hr Calor total absorvido por el aislaniento. enero rotal = G2.26 + 62,00)Kw hr. Potencia efectiva (a) = 18'oo Entonces : t kw = 9- = 4.L25 hr. a f= Kr¿.hr. 4 horasSninutos 245 = 74.26 kw-hr' El Lienpo requerido para aLcanzat e1 réginen estacionario' es decir, para calentar la sal AS 140 hasta 22OeC' 0bservaciones: La eficiencia 1o que significa en réginen estacionario a]-canza eL que el consuno de potencia a partir este momento es mínino, debiendo utilizarse mayor parte de1 tienpo en este estado. 93Z de e1 horno, la El calor absorvido por e1 aislaniento es bastante a1to, haciendose necesario un gran consumo de potencia' desde e1 encendido de1 horno hasta su temperatura de réginen; por 1o tanto, deberá evitarse al máxino, 1-as apagadas y encendi das contínuas. Deberá programarse e1 encendido del horno por baño de sa 1es conjuntamente con el encendido de los hornos de mufla, con e1- fin de eviLar tienpos muertoa en el baño de sales. En caso de que e1 volúnen de producción aumente y se requie ra templar a diario, es recomendable nantener e1 horno encen dido, durante el- tiempo requerido. si dlcho volúnen de producción es como se éabe, bajo' es recomendable progranar el temple en baño de sales una vez a 246 1a senana. 9.2.7 9 Cá1cul-o de1 número de l-adri11os .2.7 .L Pared lateral Di = 2,4 pies = 2 pies, 5 pulgadas (73,4 cm) diánetro inte rior del aislaniento. H = 68 centímetros (27 pulgadas) Altura de revestimiento con refractario. con h = 9 pulgadas. se requieren 3 anill-os de ladrillos De tablas : a = 9tt b = 4 l/2" c = 2l/2" Por ani11o: 28 1adri11os A2-N (arco número 2) 20 ladril-1os A1-N (arco número 1) Total de ladri11os: A2-N = 28 x3 = 84 Al-N = 20 x 3 60 = *^ ladrillos. exceso por corte Y quiebre = lO7" total = ]-44 + L6 = 160 ladrillos 247 En el caso de no co nse guir se en e1 conercio estos ladri1los entonces se calc u1a el número de l-adrill-os en denoninación RECTOS. 9"x41/2"x21/2" Con 1os cua les se requieren tres anillos Recto: RN P = 2,4 pies x z/ = 7 ,54 pies = 90,5 pulgadas entonces número de ladrillos por anillo = 37 x J = 111 La dri1los. exceso Por corte total 111 + L4 9 v quiebre = LZZ Lad'ri11os L25 ladril-1os .2.7 .2 Fondo Se usará exclusivamente UA 23 recto: Area = z/x ¡2 = tlx (L,O66n 28 RN 9tt x L2 4 = 1.385 pulg.2 Número de 1adri11os = 1.383 = 35 1adri11os 40.5 exceso por corte Y quiebre = total=35+9 25% = 44 ladrillos Total ladri11os rectos = (pared lateral + fondo) = (25 + 44) = L69 t otal 169 1adri11os 248 4L /Ztt x2 L /2" das 1 9.2.8 Selección de1 mortero el más reconendable para Ia pe aislantes es el REPEL X, el cual se consi De catálogo de fabricante, ' ga de ladrillos gue en latas de 35 kg. Diseño Mecánico 9 .2.9 9 .2.9 .L Crisol Habiendo decidido ya sobre e1 naterial y espesores del cri so1, basándose en l-as consideraciones econónicas y posibi lidades de disposición innediata¡ s€ trata áhora principal mente de verificar las uniones soldadas practicadas en su construcción. g .2.9.1.1 Verificación de La soldadura de1 fondo Util-izando e1 procediniento reconendado pPr 1a American l{elding Society (AhtS) , se obtiene la carga transversal pernlsible por puLgada de soldadura, en une soldadura de file te cargada estáticamente ' es: Fall - Sall A - L3.600 (0.765W)/cos 22'5e Fall = 11.300 W. 249 Unircridod aulonomo de Ordd¡nt¡ Scccién liblioteo Detalle de 1a soldadura en el fondo de1 crisol FIGURA 59 Donde L7 : Fal-1, €s 1a carga transversal permi sib 1e Sall- r €s el esfuerzo cortante pernisib 1e Sall, = 13.600 ISI de acuerdo a1 código de l-a A.t{.s18 A = área de 1a sección de 1a garganta de 67.54 de una pulgada de sol-dadura. t7 HALL, ALLEN; HOCOFENKO' Alfred y LAVGHLIN, Herman. Diseño Hill 1980 p. 301'302 de Máquinas, McGraw 18 I biden 250 A = 0,765 hl lI, es 1a longitud de1 lado (dimensión) en pulgadas' üJx = O.25 pulgadas (6 nm) Entonces: Fa1l = 1L.300 l-bs x 0'25 pulg pu1 g2 Fall- = 2.825 1blpulg. L = longitud de l-a soldadura L =d* D Sea = diánetro del crisol L = x 20 pulg. L = 62,83L pulg. Fall = 2825 1bs. x 62,83L donde D pu1g. Pulg Fal1 = 177.500 lbs. E1 anterior resultado resultado significa que l-a soldadura depositada para unir e1 fondo de1 crisol, resiste 177.500 1bs. (88.250 kg) y esta cargada sol-anente por una fluetza (F) de: F = peso de la sa1 + peso propio del fondo F = 150 kgs. + ,{ (0.5m)2 x 50 kgs. 4m2 :r Federación Colombiana de FAbricantes de Estructuras Metálicas. código de construcciones Metá licas 2ed,. Bogotá 1981 P. 85-86 FEDESTRUCTURAS. 25r F = 160 kgs. Conentario: . El valor de la carga que puede soportar la unión de la-carga actuante, esto da un alto nargen de segu ridad aún teniendo en cuenta el calentaniento a que estará sometido. e1 crisol. Util-izando código de Fedestructuras. Este nétodo plantea e1- cá1cu1o de 1as dinensiones de la soldadura para los pará metros dados. Longitud disponibl-e (L) = 62,83L pu18. Soldadura Cordón de Cordon de raíz : E-6010 de l/8" (3'2 mn.) acabado = E-7010 de L/8" (3,2 nm). Se toman vaLores de, un electrodo E-70 XX, debldo a que es e1 que interviene Fr= 0.160 Kips en mayor cantidad en la unión (vease tabla 2,546 x 10-3 Kips/pul f.ineal 62,831pu1g. 252 donde Fr: valor del corte náxino de ltt de longitud de sol dadura. TABLA 19* valores de resistencia para varios er-ectrodos. ELECTRODO 6OXX 60 0xx 70 80xx 80 7 :F Fr (Ksi) FEDESTRUCTURAS Fr r (Ksi) 18 2L 24 , op. cir . p. fips/pul .796 0.928 1,061 0 D D D LO7 según tabla para un electrodo 70xxr s€ tiene Fr = 0r92gD donde D: es el # ¿e dieciseisavos de W. ent,onces : 0.928D = 2,54 x 10-3 D- 2.54x10-3 o.928 = 2,74 xlO-3 I.I = 7.54 x 10-5 pulg. W = 4.3 x 10-3 mm. verificando según e1 código de Fedestructuras se tiene l,Imin cono = que: 1r I 7 .54 x 1o-5 purg. 1 0.125" ¡ s€ tomará el 253 l,lnin=O .Lzsu reconendado. conentario : El tanaño requeri.do de la soldadura es muy bajo debido a 1a gran longitud de que se dispone, sinen bargo, por recomendación19 se elevo dicho valor al w¡i¡in = 0.l25rr (3,2 mn.); pero debido a los efectos de fluencia en caliente* y a 1as facil-idades de unión por soldadura, e1 tanaño de la soldadura se eleva aún nás (0,250t') con lo que se garantiza un factor de seguridad elevado a resistencia necánica. 9 .2.9.1 .2 Anil1o de crisol FIGURA L9 60 Detalle de la unión del- anillo FEDESTRUCTURAS, 0p. cit, p. del crisol. 85 Este fenomeno ha sido poco estudiado y difundido en nues tro medio y en la literatura tradlcional no se dispone de suficiente información; por l_o tanto se considera prudente sobrediseñar esta soldadura debido a 1a incer tidunbre de1 fenomeno descrito. 2s4 9.2.9.L.2.1 Unión de ani11o a crisol Dadas las bajas exigencias de 1a soldadura calculadas en aparte anterior, y por facilidades e1 en l-a ubicación de las partes a ser soldadasr s€ escogen l-as juntas en frLfr mostra das en el gráfico, que para efectos de cálculo É¡e conside ran juntas a tope. La unión se realiza al interior de1 crisol, utilizando un electrodo E-6010 Calculando l-a carga adnisibl-e de 1a unión sol-dada, e@ tiene: p2o= OÉolxbxr P es La carga de admisible Donde : jÁoL es 1a tensión de trabajo t es el espesor de la chapa b es la anchura de 1a chapa (en este caso representa la longitud. ) ¡t"ot(21)00.000 psi = 4000 fgs/cn2 f = 0.6 cm 20 NASH, lJillian A. Resistencia de Materiales, Mexico McGrar¡ Hill, 1980 p. 2-l' FEDESTRUCTURAS, 234 op. cir . p. 255 Lo7 b= ¡{xD = L57 p cm keg. x L57 cm x 0,6 cn' 4000 . cns2 P= 376. 99L kg Conentario: Nuevamente esta soldadura queda sobrediseñada, proporcionando seguridad a1 fenoneno de fluencia en calieir t€, por 1o tant,o se toma 1a decisión de no ap1-icar soldadu ra de filete 9 al exterior de1 crisol. .2.9.L.2.2 Aro superior de ani1lo En general, el aro se construirá del- misno material y espe sor que e1 crisol, dadas las facilidades constructivas que esto ofrece y 1a disponibilidad de materiales en alnacén. El aro superior se toma de un ancho de 90mm, teniendo en cuenta principalmente 1as facilidades en la ubicación de la tapa del crisol y las posibilidades de oxicorte sin alabeos perjudiciales. El objetivo en este aparter es por 1o tanto verificar esta parte a flexión. supongase una viga enpotrada en un extreno con dimensión unitaria. Carga aplicada (P): P = peso de la sal + peso de crisol + otros P=lsokg.-+(o.sm) x 0.6m x 50 !8. m¿ 256 + 10 kgs. aprox. = 207 kg Otras soldaduras, portacruceta y cruceta pueden aproximarse p=2IOkg entonces 1a situación puede plantearse asl: P:2lO Kg Flexión en el aro superior FIGURA 61 p=Z]-Okg. Ya = PL3 3EI donde : I = bh3 L2 = 9 x (0.6)3 O.L62 cm4 = 1,g5 x 10-3 cm: L2 Eacero = 2.1 x 106 ke/cn2 Ya = 210 kg;: x 9 cns. 3xz.r@4 Ya = 0,00185 Ya = 0,018 _ cm mm. 257 . La flexión que experimentaría el aro es des preciable, tengase en cuenta que se consideró actuando 1a Comentario : carga de 210 kgs. sobra una viga unitaria (1 cm de ancho) 1o que represeta 1a situación más crítica; adenás e1 feno meno de fluencia en caliente es nenos grave en estos puntos donde, según calculos de transferencia de ca1or, 1as tempe raturas estarán muy cerca de 1as de1 anbiente. 9 .2.9.I.2.3 Aro lateral de1 ani1lo No tiene mérito realízar los cá1cul-os de 1a unión soldada por cuanto ya se observó que un cordón de soldadura o tope ' de idénLicas ¡nedidas y, sometido a tensión resisti6 sobrado 1a parga actuante; en este caso la sol-dadura está sometida a conpresión, situación nenos crítica Tampoco es necesario verificar que 1a mencionada. esta parte a ! pandeott ya que el ancho de este aro es solo 38 mn. y la carga distribuida, en é1, es muy baja. Si observanos el aro lateral o compresión, tenemos: l-= g A 258 del anillo donde 0f = esfuerzo permisible de1 natería1 P = Fuerza adnisible A = Area transversal del aro t'u."ro = 2.450 kg /c^2 A = z/x D x e . donde e es el- espesor del aro-1ateral 68 cn:. x 0.6 cms. = L28,L7 cm 2 A =/* P =dx A P = 2.450 Kgfl x 128,17 cm2 = 3L4.033 kg cmL P = 314.033 kg Comentario : La carga a distribuir en e1 aro lateral de1 anillo es de algo más de 160 kg-. no hay posibilidad de fa 1la en este elemento. .9 .2.9. 9 1 .3 Agarráderas de extracción de1 crisol .2.9. 1 .3. I Dimensionarniento Después de cá1cu1os y discusiones preliminares se 1legó a que las medidas que aparecen (ver plano 3) son suficientes para soportar 1as cargas conocidas. Los cá1cu1os finales se consignan aquí: Aunque 1as 4 agarraderas que están ubicadas dianetralmente opuestas de 2 en 2 tienen cada par distinta altura para Per -¡.Fr 259 Uniycrsidod ¡ulonoilo $rl de 0aldcntr Sección Biblioteco nitir e1 acceso con barras o tubos para levantar manual nente e1 crisol, e1 área sometida para cada caso, así: a esfuerzos es identica peso total (p) crisol + sal + oLros p - 2IO grs.* peso por agarradera FIGURA 62 55 kg. Area resistente en la agarradera de extracción de1 crisol. dacer o = 2 450 kg / cn2 fr"ul = P = 55 kgs. A freaL =P=220= 44 92 = 9L,66 kg . /cn2 1cmxO . 6c¡n. kg . /c^2 comentarios: Elemento diseñado, satisface plenamente los requerimientos, cuando de extraer e1 crisol- 1leno de sa1 se trate. Estas agarraderas pudieron haberse construído Nótese que en 9 .2.9 .I.2.2 se calculó el peso total- en 2O7 kgs. aproximadanente o 210 kgs. l-uego dL construído el crisol con agarraderas y todo se realizó el pesaje de él- obteniéndose un peso exacto de 70 kg.,. Por tanto se sabe con exactitud que la carga P es: 220 kgs. (incluidos los 150 kgs. de sal). 260 en un maLerial de menor espesor, sinembargo no se justifi ca ahorrar en elementos de tan poco peso (costo) Las agarraderas, y en general toda La estructura del crisol con su anillo fueron probadas, llenando e1 crisol con 2OO' kgs. de material sól-ido a:uravezándo1o con 2 tubos de 6 3/4" (galvanizados) y levantándolos con e1 puent,e grúa y dejándo 1o por a1gún raLo. No se observó modificación alguna en l-os elementos ni en 1as uniones soldadas. rificar Finalmente y para manualmente, fue 1a naniobrabilidad de1 crisol ve 1e vanLado por 4 personas sin un esfuerzo exagerado; sinenbargo se dejo claridad que de ser posible debe disponerse en el laboratorio de Tratamientos Térnicos de un polipasto o puen te grúa pequeño que facilite 1a extracción y/o introducción de1 crisol. 9.2.9.L,3.2 Unión de agarraderas al anil1o del crisol Siguiendo e1 procedimiento recomendado en Fedestructuras, se escoge e1 tamaño de la soldadura (I{) requerido para so portar 1a carga dada así: Unión de f i1ete, e1 espesor de l-a parte nás gruesa es 3/8" (1 cms), entoncesn FEDESTRUCTURAS, op. cit. p. 86 26r 85 de lÎmínimo 3/L6" (s mm. ) tJmáx irno 9/]-6" (8 mn) Verificando 1a carga que puede soportar este tamaño de sol dadurar se tiene: P =frol x b x t 18.000 kglpu12 1u"""" tabla frot 1"9) La unión se reaLizí con electrodos E-6010 (cordón de taíz) y electrodos E-601-3 (cordón de acabado). FIGURA 63 Detalle de unión crisol. de agarraderas 262 a1 anil1o de1 dinensión de la gargaita (b) = 8 sen b = 5,65 mm. (O.222") ! = 2't (50 45e nm). P = 18000 1b/plL2 x 0.2221' x 2 P = 8.017 lbs. ConenLario: P es la carga que puede resistir dera. ( Como cada agarra ya se anotó cada agarradera soportó 55 kgs. 110 1bs. ) Puede concluírse además que si debido a un mal manejo, el crisol queda por ende agarrado de un sol-o agarradero, esLo resistirá. Cálcul-o aproximado de1 peso del horno 9.2.9.2 9 .2.9.2.L Peso de1 acero (hI) E1 peso se calculará, para todos 1os casos, multiplicando el volúmen (V) por 1a densidad (f) del acero. 7.8 grs. /cn3 "facero = V el volúmen será dado en.r3 V¿1umen de 1a caÍcaza. 263 para Éodos 1os casos. (50 x 20) x O'32 Ycarcaza = (84,5 cm x 335,8 cm) V carcaza = 8760,03 ct3 volúmen inferior = / (Lo7 ,2)2 x o.3z 4 Vcubierta inf. = 2.888,21 Volumen de vcubierta cm3 Ia cubierta suPerior: sup .=( trroT ,2)2 ( s4, 0 ), " o. 6 vcubierta suP. = 4.o4L,27 tt3 Volúmen de dos refuerzos: vref uerzos + z fssl L) ,l * o,6l x 0,32 Vref . = L.296,76.*3 Volúmen de tres ángulos soPorte: v ángulos = Z fl ,OtZ .^2 x 53,5 .^J Vángulos = L.232,L5 .t3 Volúmen tapa de las conexiones e1éctricas: Vtapa = 60 x 60 x 0.1 = vtapa = 360 .r3 vacero = 8.760,03 + 2,888,2L + 4.O4L,27 + L296,76 + r,232,15 + Vacero = l.Jacero = Vacero xJacero 18.578,42 l,lacero = 18.578.42 = cm3 .t3 * 7,8 grs. L44,91I,67 grs. 264 360 Wacero = 145 kgs. g.2.g.2.2 Peso del ladrillo aislante "Vulcano T-26" se calcula obteniendo el volúnen de 1os ladrillos tiplicandolo empleados, nul por 1a densidad de los 1adril1os obtenidos catá1ogo de1 Fabr ícantezz de1 z ,faísL. T-26 = 0.90 kgs/dm3 (densidad aparente) Vaisl T-26 = Vfondo + Vpared lateral Vo1únen de l-adril1o usado en e1 f ondo: vrondo z / L[{roo,o)2 (50)zl) * lrr,s 4 + 6,s) + 7/ (s6)2x 6,5 4 Vfondo = L32,324 ct3 Volúmen de ladrillo vpared 1ar. + usado en 1a pared lateral: -1 + l<so,+>z (72,0)tJ. ss Vpared 1at. = L77,494,33 ct3 Vaisi T-26 = 309,820 c¡n3 Waisi T-26 = Vaisi T-26 + P aisi 22 T-26 LTDA. Catá1ogo general- de Productos rf sLfr, t'sEtt 1980 p.7 REFRACTART0S vuLCAN0 265 l,lais i T-26 = 309.820 tlaisi "I-26 = 9.2.9.2.3 kg. + 0. 90 grs/cm3 aproximadamente ttErecostt Concrax Peso del concreto refractario 1 f.on.ta* 28O cm3 300 1300 = L,92 grs/cm3 (densidad promedio23) vconcrax1300 =/ ffroo,6)2 x5+ 4L (so)z x tt,il Vconcrax 1300 = 28.324,6 .r3 [^/concrax 1300 = 28.324,6 .r3 x L,92 gr"/.r3 l,Jconcrax 1300 = 55r0 kg. aproxinadamente 9.2.9..2.4 Peso de1 concreto refractario ttErecosrt concrax 1500 ,f.on.ru* 1500 = 1,8 Er/cn3 (densidad pronedio24) l,/concrax 1500 = llportaresistencias Se utilizaron 9 portaresistencias, + IÎre1leno cada una de el1as pesa 8 kg. peso obtenido en una báscula, entonces: llportaresistencias 23 = 8Ug/resis. x 9 resist. EITeRESA'DE REFRACrARros coLoMBrANos ductos, Medel1ín, EREC0S , = 72 kgs. s.A. cará1ogo de pro 1980 p.38 24 EMIRESA DE REFRACTARTos coLoMBTANOS sA. op. 266 cir. p. 39 sinembargo, datos obtenidos en 1a fabricación de 1as resis tencias, muestran que con 50 kgs. de concrax 1500 se constru yen 9 o 10 portaresistencias', esto hace pensar que e1 porcen taje de humedad es elevado. Para efectos de cá1culo, se su pondrá un peso total de 1as portaresistencias de 60 kg. para una péridd-da de humedad de 12 kgs. una vez sean conocidas. hlportaresistencias = 60 kgs. wrelleno = lJrelleno = le.D2 "/ L 4 L7 (s6)2lx o x 1,8 J ,37I grs. Wrelleno = 18Kgr. Wconcrax 1500 = 60 + 18 hlconcrax 1500 = 78 kg. 9.2.9.2,5 fU-SZ = 2 grslcm3 r,ru-33 = ttErecostt U-33 Peso de1 1adri11o ref ractario ( densidad promedi-o25 +[,nu,4)2 ) (s6)2],.tr x 2 sr.U.,3] 4 l,¡U-33 - 68 kg. aproximadamente 9.7.9.2.6 Peso de1 Asbesto en polvo 25 EMPRESA DE REFRACTARIOS COLOMBIANOS 267 S.A. OP. Cit. P. 23 Este naterial ha sido utili zado para rellenar las cavida .des que se presentan a1 usar 1adri11os rectos standard, dado que no se consiguen 1os de forma de cuña. DEbido a las inprecisiones que pueden presentarse a1 calcular e1 vo de asbesto, se considera más confiable e1 dato de 30 1úmen kgs. aproximadanente utilizados durante su fabricación, in cluyendo e1 agua con que se mezcló el asbesto para facili tar e1 llenado de las cavidades. Wasbesto = 30 kgs. 9 .2.9 .2.7 -F Peso de la lana miueral = 140 kes/m3 (26) Wlana = 0,6 x 3,35 x 0,05 n3 x 140 kg/m3 l,Jlana = L4 kg. 9 .2.9 .2.8 Peso de 1as resisLencias Se toman los 11- kgs. de Kanthal que se usaron en su cons trucción. I,iresistencia =11 kgs . 26 Y FIBRAS INDUSTRIALES LTDA. Catá1o go de productos, Multigráficos Ltda. Mede11ín 1980 p.8 AISLAMIENTOS TERMICOS 268 I^/horno + L45 + 280 + 55 + 78 + 68 + 30 + 14 + 11 i'/horno = 682 kg. Si se incluyen 1os accesorios e1éctricos, tales como: termi nales, termocuplas, etc, puéde aproximarse definitivanenLe e1 peso de1 horno, sin incluír el crisol y 1a sal, en 700 kgs. E1 peso de1 horno incluyendo crisol y sal será: Wtotal horno = 700 + 70 + 150 = lltotal horno = 9.2.9.3 9 92O kgs. 92O kgs. Diseño de Agarraderas para transporte de horno .2.9.3. 1 Dimensionamiento Con base en el anLerior cálculo, e1 peso a levantar es 92O kgs. por comodidad y para trabajar, de desde ya con un factor de seguridad, debido a 1a incertidumbre sobre e1 pe so real, se tomará como peso total a levantar 1.000 kgs. E1 diseño consiste en obtener e1 área resistente necesaria, para luego dividirlo en 2,3 6 4 secciones, según sea nece sario coLocar 2,3 6 4 agarraderas. 269 Unirc¡sidod -ul0n0m0 Setción de octld¡nlc Bibliolem Se tiene entonces un problema de tensión sinple: P _f P = fuerza actuando P = 1000 kg. Tomando un espesor (e) de 1 cm se construirán las agarraderas (3/8t' en e I material conqué obtenemos: Ar = Area resistente necesaria. FIGURA 64 Area resistente de agarraderas para t,ransporte de horno. 270 Util izando un acero de construcción AISI 1010 con (-y = 30 kglcm3 (27) donde 0; es e1 esfuerzo de fluencia o 1ínite elástico de1 naterial. Se obt,iene que: entonces' Ar ll-P = P Ar Ar = @g_^= 30 ksñz 33,33 -6f mm2 Ar = 34 mm, aproximadamente Como Ar = 2b x e, entonces b = | = 34 mm2 Ar 2e = I,7 2x(10)mm | = 2 mm. aproximadamente Comentario: Si se desea un factor de seguridad de 3, enton ces se colocarán 3 agarraderas; sinembargor €s sabido que 1as condiciones de cargue y descargue de equipos no es 1a mejor, por tanto, además de 1as tres agarraderas se hace f=7 27 S.A. CaTá1ogo dC Ca1i, SIDELPA, 1980 P. 1 SIDERURGICA DEL PACIFICO 27t PTOdUCIOS Con estas condiciones se garantíza que no se deforma ni fa 1la una agarradera en caso de que por errores de cargue' descargue J/o transporte quede e11a sola bajo esfuerzo. Cá1cu1o de 1a longitud requerida de soLdadura 9.2.9.3.2 Se van a unir tres agarraderas de 1 cm. de espesor con la carcaza de 0,3 cm. Según e1 código de Fedestructuras se se lecciono e1 tamaño (W) de 1a soldadura y se calculará 1a longitud mínima necesaria para resístir e1 peso de 1000 kg. 1a longitud encontrada se dividirá enLre las tres agarrade ras, obteniéndose así 1a nedida de1 largo de 1as agarrade ras. Según e1 procedimiento recomendado por 1a Anerican Welding Society ( AIÎS ) , se Liene Fall = Sall x A Fall = 11.300 : para soldaduras de fillete: I,\l donde; Fa11: carga transversal permisible I^/ : Tamaño de 1a soldadura Sa11: Esfuerzo corLante permisible Sea l,ilmax = 3.2 mm. ( 1/8tt) Fa1l = 11.300 1bs. x 0,]-25 pul pu12 272 Fall = I4L2,5 1bs. pu1 Se tiene que: para soportar I4L2,5 1bs. se requiere una pulgada de longitud de soldadura, entonces para 2 .000 lbs. (1000 kg) se necesita una longitud. L = 2.000 lbs. = 7412,51bs. / pttL L ,4L6 pulg. L = 316 cms. Comentario: La longitud calculada es 1a necesaria para so portar 1os 1000 Fgs. de peso de1 horno según 1os criterios tenidos en cuenta en e1 coment.ario anteriorr se dimensiona 1a agarradera. Se busca, además, tener soldadura en e1 re f.terzo superior de Ia carcaza, y en la carcaza nisma; 11e gándose de esta manera a una longitud de cada agarradera de L2 cns. que serían soldadas 6 cms. sobre el refuerzo y 6 cm. sobre 1a carcaza. 9.2.9.4 9 Diseño de caja recibidora de sa1 .2.9 .4.r Dinens io namiento Con el fin de prevenir daños en 1as resistencias y deterioro de de1 horno la sa1 en caso de una posible fa1la del cri 273 so1 por corrosión, se ha proyectado un agujero de 50cns. en e1 fondo del horno, el cual permite que la sal sea reco gida en una caja para luego ser reutilizada sin problemas al igual que el horno, bastando con reponer o reparar crisol e1 averiado. Partiendo calcularon de1 volúmen de la sal contenida 1as dimensi one s Volúmen de la sal en e1 crisol, s€ de la caJa, asl: 78.540 ..3 BO.0O0 cn3 Vc : vo1únen de la caja Vc : 80.000 cm3 Seaa=25cm. a,debe ser e1 valor más bajo posible, dados 1os inconvenien tes de apertura del agujero que alojará 1a caja. 274 b, no debe ser muy a1to, puesto que el agujero será algo rnás que 2b y esto Erae inconvenientes, ya que existen otros hornos alrededor y sería inpracticable un agujero de gran longitud. Entonces se asume C = 45 cms. Vc=axbxc b- Vc axc 72 80.000 .r3 25x45 72 cm. cms. Estos valores determinan 1as medidas del agujero que se prac ticará en e1 piso, s€ obtiene: t\ t\ F I L__ FIGURA 65 Alojamiento de caja recibidora de sal- 275 9 .2.9 .4.2 Diseño de ruedas para 1a caja. E1 peso que soportarán las ruedas, QU€ permiten extraer 1a caja, es: peso de la sal = 150 kgs. peso de l-a ca ja = ( 10 0x I22) c*3 x 7.8 gr./.^3 x O.32 4 Ir 25x25) x 0 .rt] = 2 3.0 kgs. peso de 1as nanijas = I rLI(r,z) x 35 cm3 7.8 gr/cn 3].2 4 = 0.600 kgs. total = 150 + 23 + 0.6 Peso total = L74 kgs. aproximadamente Peso La caja dispondrá de 4 ruedas, por tanto: peso sobre cada rueda = L74 l<A. = 43.5 kg. -4 E1 problema es obtener e1 diámetro (D) de1 eje y el espesor (a) de 1as platinas para que resistan l-a carga mostrada. Las dimensiones de1 rodill-o se diseñan teniendo en cuenta una buena area de contacto con el rie1. E1 eje se encuentra sometido a esfuerzo cortante doble,en t.once s : 276 I EJE ---------------rF-- I 43, 5Kg FIGURA 66 f = \ Ruedas de caja recibidora de sa1. (, donde esfuerzo cortante admisible del material- 2A V z fuerza cortante A: Area resistente E1 eje se construirá de naterial LO2O calibrado, buscando evitar e1 maquinado, o sea que el diámetro hallado se Lízará con uno que se consiga en fu."to 1020 calibrado = 0.4 * ú 28 norma e1 comercio. (28) de Fedestrucluras* recomienda obtener Fv=0.4 Fy. El dato de esfuerzo cortante no se obLiene en catálogos de los fabricantes de los aceros, El código FEDESTRUCTIIRAS, op. cit. P.34 277 d = 30 kgs ./nn? (límite elástico del acero 1020 calibrado) O.4 x 30 kgs/^n2 4 tz L2 kgs. /nn2 kgs/mm2 Se obtiene , ,u" f= 2 x 43,5 kgs. 12 kss. * lt' ffiz Comentario : L ,52 DE DONDE: mm. E1 diámetro hallado es muy bajo y puede 1le varse hasta 6mm., sinembargo queriendose obtener una es LrucLura de gran solidez que resista los malos manejos de operarios descuidados, e1 diánetro conque se construirán los ejes de 1as ruedas será de L2 mn. Este diámetro se consigue fácilmente en acero 1020 calibrado y el costo no se incremen ta debido al poco material que se requiere. El cálculo obtenido para e1 elemento más exigidor tros mues tra que se puede dimensionar 1a caja y ruedas sin requerir se cá1cu1o alguno, considerando e1 criterio de facilidad construcción y solidez del elemento. Es importante tener 278 de en cuenta que esta caja se proyecta solo para una eventualidad con 1o que su utili zaciín puede ser una vez en dos años e inclusive una buena práctica de mantenimiento al crisol haría que no se usase nunca, eü€ es 1o ideal. 279 Univcrsid¡d u ionomo de Occidcnlc Sccdón B¡bliotcco 10 ANALISIS EXPERII'IENTAL 10.1 INTRODUCCION Se pretende en este capítulo registrar algunas mediciones de temperatura que permitan establecer las condiciones reales de trabajo con el horno, verificando de este modo los cáL culos que se realizarán en e1 capítu1o anterior. Se comprobarán algunas de las ventajas que se obtienen al realízar tratamientos térmicos de temple en e1 horno de baño de sa1es, conparándolos con tratamientos de temple ordinario o de temple directo. Las mediciones de tenperatura se realízatán utilizando tres medios: Lermómetro de mercurio graduado con grados centígra dos, Eizas térmicas. para diferentes temperaturas' y ternó meLro de contacto con escala en grados aF. Se realizarán 2 tomas de temperatura a intervalo de tiempo. Se templarán 30 probetas de 10 mm. de diárnetro por 100 de largo de tres clases de acero : 10 probetas de acero 280 mn. AISI D3; 10 probetas de acero 01 y 10 probetas de acero de maquinaria ATSI 9840. Para cada acero ée templan 5 pro betas por e1 método ordinario y 5 en e1 baño de sales. Se definió previamente e1 proceso de temple de cada acero, uti lizando las hojas de material que aparecen en los anexos' discutiéndose luego con el técnico encargado de los trata mientos térmicos Señor Julio Torres Campos, quien aportó liosos comentarios fruto de su experiencia en este tipo va de trabajos. Las pruebas que se realizaron a 1os aceros tenplados buscan establ-ecer diferencias entre 1os dos procesos de temple y por tal raz6n las pruebas de impacto y de flexión se ejecu taron sin hacer ensavos normalizados. LO.2 TEMPERATURAS DEL HORNO La temperatura que se manifiesta en la pared lateral de1 horno no sobrepasa los 40aC tal como se había previsto. En la cubierta superior se tomarán las temperaturas que apa recen en 1a figura 67, para un tienpo de encendido del- hor no de una hora, conteniendo el crisol- 100 kgs. de sa1 AS-140 en proceso de ser fundido. En 1a figura 68 se nuestran las temperaturas que se registran a 215 horas de encendido el 281 horno y con una carga total de 150 kgs. de sal ya fundida. En ambos casos se colocó la temperatura en e1 centro del crisol y se observó la temferatura de la sa1. se rearíza e1 cambio en el sistema de control para tomar datos sobre 1a temperatura, del horno. 47,44 65,44,4 65,43,39 FIGURA 67 en grados cenLrigrados en la cubier ta superior a una hora de encendido el horno. Temperat ura 7O,43,44 44,38 70,4g,lO5 FIGURA 68 Temperatura ta superior en a grados centrigrados en 1a cubier 2 horas y media de encendido e1 horno. 282 E1 horno se apaga a 1as tres horas de encendido habiendo alcanzado su régimen estacionario. Se teaLíza una toma de temperatura a 1a sal pasadas 2L horas de apagado e1 horno, obteniéndose una temperatura de 1504C en e1 centro fundido, se hace notar que la superficie estaba sólida en uno capa de 3 cms. aproximadanente. 10.3 PROCESO DE TEMPLE PARA LAS PROBETAS DE ACERO AISI D3 Temperatura de austenización: 9504C Calent,amiento en e1 horno :970eC Tiempo de permanencia o temperatura de tenpl"e z 20 minutos Proceso 1: Enfrianiento en acieLe Proceso 2z Enfriamiento en baño de sales a Tiempo de pernanencia en la sal: 2504C 15 segundos y luego friar a1 aire. en Las probetas serán revenidas a 1504C durante una (1) hora in mediatamente después de templadas. 10.4 PROCESO DE TEMPLE PARA LAS PROBETAS DE ACERO TenperaLura de austenizaci6n : 8104C Cal-entaniento en e1 horno : 8204C AISI 01 Tienpo de permanencia a 1a tenperatura de temple : 20 ninutos 283 Proceso 1: Enfrianiento en aceite o agua. Proceso 2z Enfrianiento en baño de sales a 250eC Tiempo de permanencia en 1a sal : 15 segundos y luego en friar a1 aire. Revenir 1as probetas a 1504C durante t hora innediatamente después de1 temple. 10.5 PROCESO DE TEMPLB PARA LAS PROBETAS DE ACERO AISI 9840 Temperatura de austenización : B50aC Calentaniento en el horno : 860eC Tiempo de pernanencia a temperatura de temple: 17 minutos Proceso 1 : Enfriamiento en aceite Proceso 2 z Enfrianiento en baño de sales a Tiempo de perrnanencia en 1a sal:15 Luego enfriar Re 250eC segundos al aire. venir las probetas a 550eC durante 30 ninutos y enfriar 106. 1-uego en el aire. RESULTADOS Estos aparecen en las tablas 20,2L y 22 para los aceros AISI D3, AISI 01, y AISI 9840 respectivamente. 284 H ú o a P H H É E Ol tn r- r-l t¿l zf¡l É E E z z o z tn o rñ@ f\N 1,1 E-r @ rñ \o oo H X h É F4 H g a g H p # o O\O\O\@OF{e.\¡ñ¡-lO rñnrñLn\O\O\O\O\O\O t{ o) U CI H c) q 'f1 c) x úE Fl O\Ot@OFlCtñ¡FlO \otñtntñ\o\o\o\o\o\o o z t¡l o) +J F o a N l-1 g !¡E c¡\@O\O\OF{rtOr-{O tntr')tñtn\O\O\O\O\O\.o ñ o (ú +J r-{ a €fi dE ,-lc\¡(f)$ll1\or\@o\o F-l r-{ F.l Fl Fl r{ r-{ 0) ú trl c\¡ F1 F qH E :E VP H O tz Fl F-t u) H E¡l HE 285 '-{ Fl C\¡ É"h Eü HR \o @.f EE EÉ F{ Fl c\¡ É OO r-l Ca oo N a ñ¡ .+ @@ v t¿ Cf) E ú E EI F{ !.4 -l F tr H Fl rl \Otñ@Or\O@\O\t.SCn -ú .ü (n Crl (n F{ -l F{ Fl Fl rnrn@\oncqñ¡toFlFl .ú -S CO í) Cn F{ r-l Fl F{ rl Fl ñ a H t{ f\tnCf)O\O\O\rnNLnCr) .+ .+ .+ C¡ Cn r-l q) c) u d É Y x É F c) c) Fl o) +J z N F¡l o) ú g g I o (tt +J -l o o É F c.¡ €fi dE r'1 2 AEI OE F1 FA F EE HH o tz FA u) r-a A 286 rl Át E} r-{ CN ro FI r-{ N HE É a tno t¡.)F oo cl\ v rntn $.+ tñ F H IE¡ r .s @ o\ H a H 0) t{ +J x tr c) (It ooooo@oñ¡oN cft cn cn co co ñ¡ cf) co cD cf) @OOOOF'@-lcOFl ñ¡ cn cf) cO Cn c.¡ c\¡ cn ñ¡ (n OOOOOOi('\ÉtOc! cr1 Ca Cr) cn cn c\¡ ñ¡ (n (n (n rlc\¡Cn.stñ\OF@O\O C\¡ e\¡ N e\¡ (\¡ N N C\¡ C\¡ & ñq) c) ñ o) +J r{ z .r'l lrl c) N lrl E É o trl v) +J o ¡r X +J - a o N N €fi dE H F¡ F FE HE EE trl o tza H Fl H trl 287 Cf) 10.7 DISCUSION DE RESULTADOS El temple realizado a las probetas de acero AISI D3 se con sideró correctamente ejecutado y los resul-tados por tanto son confiables. E1 temple de las probetas de ttacero plataff (similar ro Arsr'01) presenta varias fa11as. al- ace rnicial-mente estas pro betas se templaron siguiendo e1 procedimiento recomendado en la sección 10.4 con 1o que se obtuvo valores bajísimos de dureza; se procedió entonces a recocerlo a una tempera tura de 7504c durante dos horas dejándo1o enfriar en e1 hor oo, finalmente se volvieron a templar siendo muy cuidadosos en e1 control de 1os paiámetros. Los resultados obt,enidos se registran en la tabla 2L y como se observa quedaron nuevament.e ma1 templados; sinembargo estos resultados nos permiten concluir sobre algunas pruebas. Las probetas de acero AISI 9840 quedaron nal tenpladas, prácticamente 1a dureza que se obtuvo es la del material en estado de suministro. Debido a 1os inconvenientes presentados en este primer ana lisis experinental y por sugerencia de1 rngeniero Jesús David castáñeda se procede a templar otras 20 probetas 288 de dos clases de acero, las cuales junto con 1as probetas dis ponibles de1 acero AISI D3, serán analizadas en su dureza y en su deflexión bajo una carga, deterninada. Se anal-i-za rá 1a dureza a 1o largo de 1a probeta con mediciones cada 2 mm.los nuevos aceros incluidos en el analisis acero AISi PzO y el acero ASSAB son eI DF-2 (AISI01), para los cua 1es se define e1 proceso de temple en las secciones L0.8 y 10.9 10.8 PROCESO DE TEMPLE PARA DF-2 (ArSr 01) LAS PROBETAS DE ACERO ASSAB Temperatura de austenizaci-6n : 810eC Calentarniento en el horno 810 eC : Tiempo de permanencia a l-a tenperatura de temple: 30 minutos Proceso I : Enfriamiento en aceite Proceso 2 z Enfriamiento en baño de sales a 225eC Tiempo de permanencia en la sal : 15 segundos y luego enfriar al aire. Revenido de las probetas a L75eC durante 30 ¡ninutos inmedia tamente después de1 temple. 10.9 PROCESO DE TEMPLE PARA LAS PROBETAS DE ACERO AISI P2O Temperatura de austenizaci-6n : 8504C 289 r'¡ivorsid;d urooom0 de Occid¡nl¡ Sección Biblioteco Calentamiento en e1 horno : 8604C Tiempo de permanencia a 1a temperatura de temple: 30 minuLos Proceso 1 : Enfriamiento en aceite Proceso 2 z Enfriamiento en baño de sales a 22OeC Tiempo de permanencia en l-a sa1 : 15 ségundos y luego en friar al aire. Révenir inmediatamente después de1 ternple a 1504C durante 30 minutos. 0bservación: Las probetas con destino a1 ensayo de flexión son de 10 nm. de diámetro, ta1 y cono se han utilizado en 1os otros aceros analizados; pero, 1as que se usarán para el análisis de dureza son de L6 mm. de diámetro. Esta nodi ficación se hace debido a que comercialnente este acero se consigue a partir de diámetros de 20 mn. y se perdería mu cho tiempo maquinando hasta obtener probetas de 10 nm. de diánetro. E1 uso de diámetros de 16 mm. es benéfico por la facilidad en 1as tomas de dureza y porque puede 1_ograrse una mejor apreciación en 1os resultados esperados. 10.10 RESUTTADOS OBTENIDOS EN DE ACERO AISI Pzg, ArSr EL ANALISIS DE LAS PROBETAS D3 ASSAB BF-2 (AISI 01) Los resultados que se obtienen de las t,omas de dureza de las probetas, aparecen en las Lablas 23r24 y 25, con base en es 290 tos datos se realizaron las gráficas 69, 7O y 7I respecti vamenLe. 29r iiF +s i!: :t{ t::L: tl I '.:frr1- : 5O r: I ::1 '-r_'i- - ;::1::::l: ::l ::: i :: 1:::99 :: l: J :: r: --;. r: i :ll r---rt-, :-r-, r I I : l -r : : -r:t-i.l LI .1,--! l : : ,iFt'Gü : ::_;-ir+: 8,r ;1:: lr:r:i :11::;Ir:ri: -_ri_, :f:::_J:r:ilr ::l:r i .F-tt:*;lj ::it: TABLA 23 Datos de dureza ( ASSAB/DF -2) para 1as TEMPERATURA EN ACEITE I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 L2 13 l4 15 16 L7 18 L9 20 2L 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 probetas AISI 01 TEMPLADAS EN SALES c F H G 62 61 61 6L 62 61 63 62 63 62 65 62 61 6s 62 64 62 62 61 6L 60 60 60 61 6l- 60 6L 61 6L 60 61 61 61 6r- 6t 60 60 60 60 60 61 60 60 s9 61 60 6T 61 61 60 61 61 61 61 62 6L 6L 61 60 60 61 61 60 6L 60 61 61 62 61 60 60 60 60 60 60 60 59 61 60 A B 62 62 62 62 61 62 62 64 63 62 62 63 63 62 57 63 62 62 62 6L 6L 62 64 63 62 62 62 64 63 64 64 62 62 62 62 64 62 63 65 64 6L 63 62 62 63 63 63 63 63 63 62 64 63 63 62 61 63 63 62 64 62 62 62 64 64 62 63 63 62 61 62 63 62 62 62 63 62 62 62 6r 6L 62 62 63 63 63 64 64 62 62 64 63 63 62 62 62 62 63 62 62 63 61 60 66 59 60 60 61 60 60 6I 61 6f 60 60 60 61 61 61 60 60 60 29s s9 60 6L 62 61 61 60 61 62 6r_ 6L 6L 62 61 61 61 60 61 6L 60 61 61 60 61 61 61 6L 61 6L 6L 61 61 60 61 6L 6L 61 62 61 ConLinuación tabla 23 ACEITE TEMPLADA 4L 42 43 44 45 46 47 48 49 62 6L 64 63 63 62 62 62 61 64 63 63 64 64 62 62 63 63 63 54 62 63 62 62 63 62 62 61 61 61 6r. 61 61 60 62 60 60 59 60 61 * ** *** 62,36 62,73 62,39 0,85 0,81 62,06 60,30 60,57 60,99 0,70 0,57 *.tf lf tf 0,89 60 61 60 60 61 61 61 59 61 60 61 61 62 62 60,59 0,67 o O,64 ,62 lr Dureza promedio para cada probeta ** Dureza promedio para e1 medio de temple correspondiente rr*n besvi-ación standard (s) para cada probeta *Ji** Desviaclón standard pronedio (sprom) para e1 medio de tem ple correspondiente. 296 TAtsLA 24 Datos de dureza para las probetas AISI TEMPLADAS EN 13 I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 L2 13 T4 15 L6 L7 18 19 20 2T 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 59 s9 59 60 61 60 60 s9 59 59 59 59 59 s9 SALES 15 16 T7 19 59 59 59 59 59 59 59 59 59 59 59 58 59 s9 60 60 60 60 60 60 60 60 60 59 60 s9 59 59 s9 59 59 s9 59 59 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 61 60 61 60 s9 60 60 61 61 60 60 62 60 58 60 60 61 60 60 60 60 61 61 61 61 61 61 s9 59 s9 59 s9 s9 59 59 59 59 s9 59 59 59 59 s9 s9 59 s9 60 60 59 59 59 60 60 60 60 TEMPLADAS EN ACEITE L4 59 59 59 59 s9 59 59 D3 s9 59 59 59 s9 59 s9 59 s9 59 s9 s9 59 59 59 59 59 59 s9 s9 s9 297 61_ 61 61 6L 6r- 60 61 61 61 6L 62 62 60 60 6L 61 61 61 60 61 6T 61 61_ 61 61 60 60 61 60 60 60 61 6L 61 61 6L 61 6L 64 62 62 61 6L 61 61 62 61 61 61 6161_ 62 63 63 63 63 63 63 62 62 63 63 63 62 63 62 62 61 62 62 62 62 61. 60 61 60 6I 61 6L 61 6T 6r_ 62 61 61 61 61 61 6L 61 62 62 62 62 61 61 61 Continuación tabla 24 TEMPLADAS EN SALES TEMPLADAS EN ACEITE 13 r4 15 16 L7 19 4L 42 43 44 45 46 47 48 49 59 60 s9 60 59 s9 60 59 60 60 60 60 60 60 60 60 61 6T 62 62 62 62 60 6L 60 60 60 6r s9 59 s9 59 59 s9 59 s9 58 59 .tt s9.18 s9.00 59.73 60.79 6L.7L 61.11 60.85 .49 59. 30 o .20 o .42 0. s9 0.63 1.0 0.76 0.67 t+.¡+ nt+{+ ft*ff* o 62 62 61 6L 62 6I 60 60 61 6r_ 61 6I 6L 6L 61 61 l+ Dureza promedio- para cada probeta tr't+ Dureza promedio para e1 medio de temple correspondiente **t+ Desyíaclónstandard (s) para cada probeta tsl+*lt DesviacL6n standard promedio ( sprom) para e1 nedio de tem p1e correspondiente. 298 TABLA 25 Datos de dureza para las probetas AISI TEMPLADAS EN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 I2 13 L4 15 16 L7 18 19 20 2L 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 ACEITE PzO TEMPLADAS EN &ILLS 34 35 36 31 32 33 52 54 53 53 55 53 53 55 55 53 54 54 52 53 53 52 52 53 52 55 54 54 54 54 55 53 56 54 55 56 54 55 55 55 53 54 54 52 54 54 53 53 54 53 53 53 52 53 52 53 53 52 52 47 50 47 51 52 51 52 53 54 54 54 54 55 54 54 53 54 55 55 53 54 53 53 53 54 53 53 54 54 52 53 53 53 52 53 52 52 52 52 51 52 52 52 53 53 53 54 53 54 53 s6 53 54 39 40 53 52 53 52 53 52 52 52 51 52 50 50 50 50 51 51 50 50 51 50 51 50 50 50 50 49 50 50 50 50 50 50 49 50 51 50 51 50 50 51 53 51 51 50 52 50 52 52 51 52 51 50 53 52 53 51 51 51 51 51 51 51 51 50 50 50 50 50 50 50 49 48 48 49 49 48 49 48 47 47 48 48 48 48 48 48 47 47 47 48 47 s3 51 52 52 52 51 51 51 52 52 52 51 51 52 52 51 50 51 50 50 51 51 49 52 51 50 49 50 50 48 49 49 50 49 50 48 50 50 49 4L 49 299 Universid¿d . uron0rno (erridn de 0cddcnl¡ BibliotecO Continuación tabla TEMPLADAS EN 34 35 4L 42 43 44 50 50 50 4s 50 51 52 50 51 46 47 48 49 51 51,59 l+ tt J+** l& It .,f 25 1,36 tt Jt ACEITE 36 TEMPLADAS EN SALES 31 33 32 51 52 51 51 53 51 49 49 48 48 49 50 50 49 48 52,79 52,53 L ,46 L,27 52,9L 50 51 52 51 52 52 51 52 53 52 52 52 52 1 L,82 52 54 53 53 54 52 52 53 51 50, 91 49,24 50, 05 Lr2 48 49 49 49 49 49 49 49 49 1r5 1'5 Jt Dureza pronedio para cada probeta ''s* Dureza promedio para e1 medio de tenple correspondients **r+ Desvia'clónstandard (s) para cada probeta 'lr'$tt'lr Desviación standard promedio ( spron) para e1 nedio de tem p1e correspondiente. 300 CONCLUSIONES 11 11.1 Le tiales sbe 1as conductividades térmicas de l-os mate utilizados en 1a consLrucción del horno son confia datos b1es. Esto se ve-rifica peraturas estimal.", por la poca variación en 1as tem especialmenLe en 1a cubierta 1atera1, así como por el tiempo esperado de respuesta para obtener régimen estacionario en e1 horno. L1..z Ia eficierria es régimen estacionario es alto ' como se ha bía calculado, ya que una vez obtenide 1a temperatura de trabajo de 1a sa1, esta se mantiene por largo tiempo una vez apagado e1 horno. Aún si se quisiera, por seguridad' apagar el horno a diario el consumo de potencia es bajo' Yg que e1 horno conserva la sa1 a temperatura de fusión, bastan do poco tiempo de reencendido'para obtener las temperaturas de trabajo. lL;3 I€s tefnperaulzs que se manif iestan en la cubierta superior son normales y según datos de experiencia se dice que son necesarias, ya que de 1o contrario se presentaría zoÍras frías en 1a parte superior de 1a sa1, sinembargo, consideramos 301 que estas tenperaturas pueden disninuirse con el uso de la na mineral en la cubierta superior y/o con e1 uso de una es pecie de empaque hecho de tela de asbesto, ubicado entre el- ani11o de críso1 y que cubra e1 espacio radianLe de 1as re sistencias superiores evitando pérdidas (fugas) de calor por 1os espacios dejados éntre e1 aro del crisol y la cubier ta superior. ts del baño de sa1 para e1 proceso Martempering obliga a que prácticamente todo el tiempo el baño este des 77.4 Arrqrc el tapado r €s conveniente disponer de una tapa cuidadosamente diseñada a fin de que se nejore la eficiencia del horno tanto en el encendido como en e1 mantenimiento de temperatu ras cuando é1 este apagado, al misno tiempo que protege la sal de posibles contaninantes por suciedades y hunedad es peialmente. La tapa será también muy útit cuando se reali cen procesos de austempering, donde 1os tienpos de permanen cia en el baño son largos pudiendo ser de varias horas. 1l-.5 por el fabricante de la sal en Ios dat6 sministradm to a la densidad¡ s€ verificaron e1 crisol para 1a sal AS-140' ya se cargó con 1os 150 kg. se una altura de 45 cm, cuan que calculados, obteniéndo . a1 ser fudida dicha sal. En conse cuencia se obtuvo una altura de 15 cm. libres de crisol' con 1o que se garantiza que no habrá rebosamiento de sal cuando 302 \ ingrese la masa de maLerial a templar; esta altura tanbién puede facilitar sugerida 1L.6 Ocn bas en e1 alojamiento de una porción de la tapa anteriormente. aná1isis experiment,al, cuyos resulta el firer dos se muestran en la sección 10.6r s€ observa que 1a ener gía absorvida en e1 impacto es mayor para l-as probetas fueron templadas en e1 baño de sales. que Los valores de dure za son mas altos para las probetas de acero AISI D3 tenpla das en aceite, no se concl-uye nada sobre las áur"ra" obteni das en 1ós aceros AISI 01 (ACERO PLATA)y el acero AISI 9840 ya gue esLos quedaron mal templados. La flexión es nayor en las probetas de acero AISI D3 y AISI 9840 templadas en el baño de sales; en e1 caso del acero AISI 01 (acero plata) este factor es mayor para las probetas templadas en agua, 1o cual es normal ya que éstas debido a su baja dureza se deforman p1ásticamente experinental muestra def initivamente que las durezas obtenidas por temple ordinario son más altas que 11.7 El segt!tr aínffsüi. las obtenidas al tenplar en baño de sales. Las durezas pa ra las probetas del acero AISI 01 (ASSAB DF-2) y del AISI D3 templados en aceite superan en 1,8 puntos de dureza Rockrvell C(HRC) a las templadas en baño de sal-es; en el caso del- ace ro AISI PzO esta diferencia es de 2,48 puntos de HRC. Los 303 va lores de dureza a 1o largo de las probetas templ-adas en e1 baño de sales son ligeramente menos variables que las obtenidas a 1o largo de las probetas tenpladas en aceite; no se ve con claridad la mayor homogeneidad de estas dure zas debido a que e1 poco tamaño de 1as probetas hace que e1 medio enfriante no se caliente hasta valores que perju diquen ta1 característica. lL.8 ta a¡terior:ccrrlusión se conf j-rma para 1os aceros AISI (ASSAB 01 DF-2), y AISI D3 con bases estadísticas de la desvia ción standard como se indica en las tablas 23 v 24. En el caso del acero AISI PzO no se demuestra una mayor regulari dad en 1as durezas obtenidas por tenple en baños de sales. 304 BIBLIOGRAFIA H. Introducción a l-a Metalurgia Física 2 ed. México, Mc Graw Hill, 1981 p 695 AVNER, Sydney E. Piincipios de Metalurgia Física México, Continental, 1980 p. 813 REED-HILL, Robert 2ed. Albert G. Metalurgia Física para Ingenieros. México, Interamericano, 1981 p. 374 GUY, José. Tratanientos Térnicos de 1os Aceros 8ed. Madrid, Dossat, L974 p. 740 APRAIZ BARREIR0, Klaus y SCHRAMM, Klaus. Temple de1 Acero; Manual para e1 Trataniento Térmico de las Aleaciones de hierro. Ma WANKE, drid, Aguilar, L962 p. 509 Asdrúba1. Tecnología del Trataniento térnico de los Metales, Medellln, Universidad de Antioquia 1986 p. 637 VALBNCIA, J. Técnico y Práctico de1 Tratamiento Térnico de 1os Metales Ferreor. Barcelona, B1-une L97O p. 52O PASCUAL, BURTON, p. Malcoln S. Metalurgia Aplicada. Madrid, Aguilar, 447 305 1961 PAcrFrco SIDELPA 1980, p. 1 STDERURGTcA DEL s.A. cará1ogo de producros, cati Federación colonbiana de Fabricantes de EstrucLuras Metá1icas, código de Construcciones Metá1icas 2ed. Bogotá, 198L, p. L4L FEDESTRUCTURAS. HALL-ALLEN, HOL0üIENK0, A1f rect y LAUGHLTN, Hernán, Diseño de Máquinas, McGraw Hi11, 1980, p. 344 tr.Iilliam A. Resistencia de Materiales, México, Hi11, 1-980 p. 300 NASH, PALACT0S REPARAz, bajo en frío, 1983, p. 12 McGraw José María. Aceros de Herramientas para Tra Madrirl, REvista Deformación Metálica gg PALACI0S REPARAZ, José María. Consideraciones sobre Los Aceros de HerramienLas y su Tratarniento Térmico, Madrid, Revista Deformación Merálica 99, 19g4, p. 15 Max. Tratamientos Térmicos, procedimientos y REsultados. Madrid, Revista Deformación Metálica gg, 19g3, p. 4 BRUNNER I'íUELLER, Héctor. Acero Rápido para Trabajo en frío, drid, Revista Deformación Metálica 99, 19g4, p. l3 BLANC0 SANSA, Ma Pedro. seminario sobre Mecanizado Eficaz, conocinieto de Materiales, Ca1i, SENA-ASTIN, 19g5, p. 15 SAENZ, A. Tecnología de 1os oficios Metalúrgicos 3g ed. Barcelona, Reverté, !974, p. 552 LEYEXTSETLER, T6 NORMAS DE CALTDAD. Hierro y Acero 5ed. Bilbao, Banzolo L975 p. 448 de Aceros Especiales, REYDIN LTDA. Catá1ogo Reydin 198 p. uNrrEc AcEROs Boehler CIA ftserf , Cali 55 , I97 p. Manual- de Aceros Finos frsetr, s.A. BOEHLER cali 46 División de Aceros para Herramien tas. Selección, Aplicación y Tratamientos Térmicos, frser', Bogotá, Thyssen Edelstahlwerke, 1984, p. 90 GENERAL DE ACEROS LTDA. Gustavo. Equivalencias de Nornas y marcas de los Aceros para herramientas. ttsett, Bogotá, rnacero, 1996, PEREZ RAMTREz, p.1 rNSTrrurO IIAcTONAL DEL ACERO. rNACER0 TAbla Selecriva de Aceros Especiales Sidelpa, rrserr, Bogotá, Inacero, 1986, p. 4 LTDA. TAbla de Equivalencias de Aceros frsef,ts.L." 198, p. I AcEROscOL ALUACEP.OS, p. I Aceros Especiales. "Se", Cali, ALUACER0S, Lg7, Aceros Especiales disponibles en Colombia, rrserr, Cali, Ronnel, 198 p. 1 INDUSTRIAS R0l'lMERL. UNITEC ACEROS BOEHLER 198, 151 p. S.A. Manual de Aceros Finos, 307 rfserr Cali ZINNA, Niño. Tratanientos Térmicos Zed., Barcelona, CEAC, 1985 p. 2I8 c. Mariano, criterios de selección y Tratamien Los Térmicos de Aceros para herrani_entas, clasifica ción composición y valores de mecanizado, Ca1i, SENA 1985 p. 108. BENAVTDEz sERvrcr0 NAcT0NAL DE APRENDTzAJE, Bogotá. Módu1o Básico de Máquinas l{erramientas; Tratanientos Térmicos ttS.Ltt tts.c.tr, rg75 p. 77 stig R. Tratamienros Térmrcos y ser-ecci6n de aceros grado herrarnienta. ttS. L. tt, ASSAB pub. 56l M 1980 p. 31 SAMUELSS0N, María. Fallos por Temple en 1as Herra mientas de acero. sus causas y remedios. Madrid, Revista deformación metálica 116, 1986 p. L7 PALACrOs REPARAZ, José DEGUSSA ABTELUNG DURFERRTT. ttS.e." L975 p. Manual de Temple. Franfarr A.M. 161 EMPRESA DE REFRACTARIOS COLOMBIANOSS.A. Mede11ln, erecos, 1980 p. Catá1ogo de Productos 52 vulcANo LTDA. Cará1ogo General de producros tts.L." rts.c.tr 1gB0 p. 12 REFRAcTART0S ATSLAMTENTOS TERMrcOs Y FTBRAS TNDUSTRTALES LTDA. Carálogo de Productos, Multigrafo Ltda., Mede11ín j_980 p. KVERNELAND, Lz Knut 0. hlorld Metric standards for engineering steel naterial dato 1200 c.A. rg7g, 308 New york rndustrial prees Lionel S. Manual del Ingeniero Mecánico de Marks Vo1únen 1, México, Hispanoamerica, L979, p. 1-482 MARKS, THE KANTHAL HANDB00K, Kanthal 1-983, p. Resistence A11yos, ttSet' Sweden, Bulten 96 TRINKS, trí y MAh'HINNEY M. H. Hornos Bilbao L975, 506 p. MUÑIZ, A.H. Introducción IndústriaLes, Vo1úmen 2 a la teorla de Hornos y Combustión, Instituto Nacional Boletín Técnico 18, rfSetr Buenos Aires, de Tecnología Industrial INTI, 1-975 p. 3 309 Uniwnidod auionomo da 0tcld¡nl¡ Sección libiiotsco ANEX0 1 Hoja de Material del- acero AISI 01 1 Especifícaciones: 95 MnCrw ISO DIN AIS I No. Aleman Material 1 100 MnCrw 4 01 de1 1.2510 2. Denoninación según casa fabricante v distribuidora. Denominación C Distribuidor REYDTN RUSS Cr Mo Mn V Si I'J 3 0.93 0.60 1.10 0.25 0.10 0.o -,S 0.95 0.50 l.m 0.95 0.60 1.10 0.25 0.10 0.0 (Rochling) UNITEC (Coehler) K 460 ,stJIIT ACEROSCOL LTDA. IIIYRCIIR (Thyssen) 2510 ALUACEROS KEE'¡AI]N 0.S 0.50 (Atlas Steel) CASA STTECA l.m 0.60 ú-2 L.n 0.30 0.10 0.I 0.15 0.@ 1.30 0.25 0.10 0.70 (Assab) 3. Características y aplicaciones Es un acero indefornable, de gran adaptabilidad para nes, buena resistencia nultiples aplicacio a1 desgast.e y magnifica tenacidad, 3t_0 0.60 sua ve en el mecanizad,o. Templable en baño isotérmico o acei te. Es un acero universal para 1a elaboración de nultiples herramientas, Lales cono : Matrices y punzones de corte para aluminio y aleaciones, cobre y materiales p1ásticos. Cuchillas de cizallas (planas y redondas) para espesores hast,a de 4 mi1ímetros. Dispositivos para roscar, fresar y escariar Herramientas para 1ab-rar nadera y estampar Moldes para p1ásticos y resinas sintéticas Calibradores y elementos de medición y control Guías y pines para matricería. 4. Propiedades físicas y características Conductividad térmica (J/cn.seg. aC) ": mecánicas. O.335/a 2OeC 0.32Q/ a 3504C 0.3O5/a 7004C Resistencia a 1a tracción en estado recocido z 65-75 kg/nn2 Dureza Brinell en estado recocido z 230 HB náximo Dureza Rockwell C en estado templado: 63-65 Rc Densidad . 7,85 gr/cn3 Calor específico : 0.46 J/gr.eC 311 Tratamiento Térnico TB"ÍPERATTIRA 9C PROCESO 74O RECOCIDO a OBSERVACIONES Enfrianiento al hornode2a3hrs 780 CALENTAMIENTO PREVIO AL TEM PLE Lento hasta TEMPERATURA DE TEMPLE 780 a 840 Tempe ratura de austen nización 8104C (fie. 1) Mantener hasta l-a igualación de tenpe MEDIO DE Aceite o baño sa1 de 200'á Mantener hasta la igua lación de tenperatura EN FRIAMIENTO ( APAGADo) REVENIDO 650 2504c Ms=200ac (fie.2) 100 a 4004C (fie.2) 3r2 de laC/min por cada mm de espesor de l-a pa red. Si se usa baño de sa1, precalentar hasta 400eC. ratura. (análisis de fig. 1, en friar luego al aire). Revenirse después del temple. Mantener t hora por cada 25 nilímetros enfriar luego a1 aire. O Durcu ¿ err HV 8.. l@currpqrr¡rtar e prt¡uc. tr¡rr Lrr % 09... 3¡i P.rr¡r(tn, .lr ¡nlnr' 'ilrrht,¡. '.r rl.{ í ¡l¡ilJ( '(,n tr,-(ll orl'¡,¡r,,,¡¡) rl' 800 ¡ fi00 ,rr1i,.qr lo-l 0 SárlüñdG ffi | 2 4 8t53060 M,,,u,u¡ i-l--T-¡-;¡ ,,¡¡,{, i- tDr u¡ Diagrana de enfrianiento -i t contínuo Trmpcring Cud. lappr. Yalue3l o t E i I l d Diagrana de Revenido REYDIN LTDA. Catálogo de aceros especiales Ca1i, Reydin 198 p. 22 313 ttSeI 2 Hoja de Marerial ANEXO I del_ z 2IO Cr L2 : X zLO Cr L2 :D3 AISI Na Aleman de Mate rial : 1.2080 Denoninación según casa fabricante y distribuidora DISIRIHIIM RHDIN IETMINACICIII C Rm4 CT 2.O r2.O (Rochljng) ESmrjL IJNNE nm Á(Bffitl. I.JMA. (Thyseen) Allrmmcs (Atlas Steel) e¿sA D3 Especificaciones ISO DIN 2 acero AISI glma TI{YKUIR R¡O K 2.0 m Z.@ j2.O SffiAL )cÎ5 0 11,5 2.m 3L4 ltfi Si 0.33 0.30 o.3o v T.J o.ro 0.20 D.O 2.O5 12.5 (Assab) 16 0.m o.I 1.10 Características y aplicaciones Es un acero de herramienta para trabajo en frío , Qü€ I POr pertener a los grados de1 grupo al_to carbono alto cromo, presenLa excelents propiedades de conservación de filos e indeformabilidad en e1 tratamiento térmico. De alta resis Lencia a1 desgaste, templables en aceite, baño i sotérmico o aire. se utiliza en 1a fabricación de herramientas con exigencias de alta resistencia a1 desgaste por fricción y abrasión pa ra 1a industria ceránica y 1-adri11era, Herranientas de cor te para cartón y acero hasta de 4 milíneLros de espesor. Herranientas para curvar aceros de gran resistencia, herra mientas para noldear a alta presión, desbardar, escariar, fre sar, tarrajar. También se enplea para herranientas forjadas en moldes, mar ti11os, tenazas, et,c. Es adernás indicado en l-as estampas para forjar hierro y acero, en 1os cilindros de laninación caliente. 4 Propiedades físicas en y característ,icas necánicas Conductividad rérmica (W/maC) : 20/ a 27eC Resistencia a 1a tracción en estado recocido : 315 70-g0 kg/nnz DJreza hiffFll en estado recocido 240 HB máximo Dureza Rockr+ell C en estado tem plado 60-63 Rc Densidad 7,7O gr/cm3 Calor específico O'46J/gr. aC Tratamiento Térnico PROCESO RECOCIDO TH"IPERATURA EC OBSERVACIONES 800 a 850 Enfria¡niento lento en el horno CALENTAMIENTO PREVIO AL TH'IPLE TEMPERATT]RA DE TEMPLE lentamente has ta 8504c 930 a 980 temperatura de aus tenización: (fie.1) MEDIO DE ENFRIAMIEN T0 (APAGADO) 950oC Aceite, aire o baño de sal mo/4so 6 220/2so Mantener durante 20 minutos nínimo. Es pesores superiores a 20 m. aumentar lmin. por cada nilí netro de espesor. Hast,a 0 = 30mn en ai re. Formas simples: t+O}/45OeC. Formas conplicadas REVENIDO 150 a (fie. 316 300 2) Revenirse después de1 tenple. Mantener I hora nínino. Por cada 20 rnm de espe sor adicional- contar I hora más. ? Orrrufa en DV 10O Corn¡roncnl,:.s d. eslructuta cn " , (r 33 ltlO P¡r.in¡. l¡u (1r, . ntr r,, llt¡utito. cs o!ic,r dr,tit{:¡L,¡t l, enlrramrenlo de 6C0-500, C erl s x 10 ? ttc o a I ñ o E o i-t-jl-,E-dE minuros lrem@ Di ag rama T_-l--ü-il] hori¡5 i--I--fl Jras de enfriamiento contínuo -f -t -t- r!v c5Ci tI (u o üot f O42 $ ]--f'-f30Ll- 0 r@ 2@ I o IT ¡tq) 5m 6m ¡m Temp€ratura de Revenido en oC 8@ Diagrama de revenido UNITEC ACEROS BOEHLER, CIA. op. cit. p. 60 GENERAL DE ACEROS LTDA. División de Aceros para Selección, Aplicación y Tratamiento Herramientas. Térnico, ttSett , Bogotá, Thyssen Edelstáhlwerke 3L7 ANEXO 1. 3 Hoja de Material del Acero AISI P2O Especificaciones ISO DIN ¡ 40 CrMgMaS 8-6 A]SI ; P20 N. ALEMAN DE MATERIAL: 2. 1 ' 2312 Denominaci6n según casa fabricante Distribuidor REYDTN (RochIing) IJN]TEC Denominación C Cr lla ltn Si V O'40 1 '95 O'20 1'50 0'40 0' Moulrex A O'33 1'70 O'40 0'80 ¡l 200 Vew y distribuidora' w 10 ( 0'80 S ) (Boehler) LTDA. TtrYroPlast 23'12 (fhyssen) I4oId Special ALUACEROS (Atlas Steel) O'4O2'OOO'20 1'50 ( 0'10 S) O'33 1'70 O'4O 0'80 0'50 CASA SUECA 0'36 1'4Oo'2OO'70 O'30 (1'4Ni) ACEROSCOL (Assab) 718 3. Características y Aplicaciones Se caracteriza por Ia homog¡eneidad 318 de su estructurat eleyAda pur€z¿r alto grado de puJ-l-mento, buena resistencl.a aI aalor, buena templabilidad y mecanibilidad. Es utitizable ticos. en noldes y matrices para inyecci6n de plas También se puede utilízar en l-a fabricaci6n de po leas r piñones de nódulo grande, soportes y piezas de maqui naria. 4. PROPIEDADES FISICAS Y CARACTERISTICAS - - MECANICAS Conductividad t€rmica 'Resistencia a la traccl_ón en estado reco cido : 7O-8 O Xg/^ Dureza Brinel-l en estado recocido z 235 He Dureza Rockwell C en estado teurplado : 50 2 máximo Rc 319 Universi0ud -r¡¡t,r¡0rlr0 Sección de Biblioteao oCcld¡nlt 5. Tratarfriento T6rrrico Proceso Recocido Tenperatura 72O a Obsert¡aciones Enfriar en el horno 10 a 74O 2Ooé/}rsra hasta 600oC y Iuegp enfriar aI aire. CaLentamiento previo aI teurple Temperatura de temple Medio de enfriamiento (apagado) Revenido 650 tenrpera Uantener La temperatura :Hi,'3ráiEfill"?, de 15 a 20 mlnutos 840 a 870 Aceite o baño de sa]- de 180 a 220oC Ms = 320eC 20 a 7OO 220 Según diagrama figrura 2 r200 lt@ tmo 900 800 7@ 6frt -.419¡¡¡5i+r 2.5.5.00 7.6 la6 500 aoc I o. 3oo ¡ ülm FO üwr!''u' |i-TTIET-6" r¡,nur6 í-T--l-6-lEl4 Ho,d! i-l -r-To Diagrama de enfriamiento contínuo Díagrama de Revenirlo 70,-- r--_--*--+.. 66i- :l " t)| €l o 5 oi a6: Ternperatura de R¡lvcnir.lr¡ cn r,l.' Diagrama de revenido ciL, p. 103 DE ACEROS LTDA. 0p. cit, p. UNITEC ACEROS BOELHER,op. CIA GENERAL 32L 87 Al{ExO 4 Hoja de ¡¡aterial de1 Acero AISI S 1 1. Especificaciones 2., ISO : 60 WCrV 2 DIN ¡ 60 WCrV 7 AISI :S'l NO. ALEMAN DE MATERIAL ¡ Denominaci6n según Distrijcuidor r REYDTN (nochling) UNTTEC ; ACEROSCOL (Thyssen) LTDA. AT,UACEROS (Atlas Steel) RT!{2H 455 V W 0.45 1.20-- 0.30 1.000.182.00 0.63 0. 30 0. 60 0. 20 2.oo 1 . '1 0 -- THYR.ODUR 2550 -.60 1 .'10 -- 6 0.60 1.20 -- O-27 0.45 0.15 1.95 O.47 1.18 O.27 O.7O 0.18 2.4O FALCON CA.SA SUECA (Assab) la casa fabricante y distribuidora Denominación C Cr Mo ¡&r Si K (eoehler) 1.2550 M 4 3. Características y aplicaciones 322 -- 0.60 0. 20 2.OO Acero resistente al. lmpacto para templ.e en acéite o baño isotérmico, de buena tenacidad y resistencia al desgaste, alta templabilidad. UtiLtzable en trogueles para corte de chapas ¡netálicas de ¡nás de 6 milfmetros de espesgr r punzones y cuchill_as cLza lladoras para corte eI trabajo de l-a en madera frfo, útiles y herradrientas para ; útiles para herramientas neumáti cas para acuñación. 4- Propiedades ffsicas y caracterfsticas Conductividad tÉrnrica (W,/m. "C) mecánicas: 25 Resistencia a la tracci6n en estado recocido 70-80 Dureza Brinell 225 HB máximo en estado recocido Dureza RockwelL C en estado templado Dens idad 60 Rc 8.o Calor especffico Kg/mm2 gt/c^3 0.46 J/gr.oC 323 Tratamiento Térmico Proceos Temperbüura Observaciones ido 71O a 750 aI en tam i ento previo al tenpLe 650 Lento hasta 650oC y des pués relativamente rápido hasta Ia temper&tu:ra de austenización. 870 a 900 tempe ratura de auste nización: 880 oc Mantenerla 10 minutos mí nimo. espesores mayores de 20 mm media hora adi cional por cada milínetro de espesor. Recod úiamiento l-ento en el horno (de 2 a 4 horas) Enf C Temperatura temple i d.e '180 a 220 aceite Medio de enfria miento (apagado) o baño caliente. Irls = 32O oC Reve n id o 180 a 22O 530 a 600 pára trabajos en cali ence 224 t hora mínimo, espesores mayores de 20 rurlr t hora adicional por cada 20 mm. Q Dureza en DV 5...35Componentescfe estructura en o/o 0,02 . . . 14 Parámetro de enfriam¡ento, es deci¡, duración del enlr¡am¡ento de 600-50dC en sx10 ¡ 10...0,20Clmin - Velocidad de enlri¿rr¡iento en o C/min en el margen ds 800-50d C. tiempo Diagrama de enfriamiento Diagrama de reyenido ,o. ó.f li óói 61i Ir ó:l I lt &" I ra, 5ó, tal f! f- II ¡ó,o c i_l 521 €; I 4i. 4¡; 3 T {o r!a l.- ! }.L E f I. Ji ,I l._ t¡ _!{¡ r.l 0 l-t tl t+- -II t'l- LI mo -li ¡i i-l i-i lEll !{x, .00 i 500 tlry fanp€Étus dr redn¡do oo cC ldureoñ | hqa, er¡lrur¡e0to m @{, a¡rel lqnpLado a g0O C an e?e modros da troM¡l5 úe O ?5 Vds¿t ,m ¡ 5O ¡m Diagrama de revenido UNITEC ACEROS REYD]N LTDA, op. cit, p. op. cit, p. 27 BOEHLER, 325 7L AIIEXO 5 Hoja de materlal del Acero AISf H 13 1. Especificaciones ISO ¡ 40 DIN : X 40 Crl'fo V AISI : H No. ALemán de Materlal : 1 CrMoVS 5 13 .2344 2. Denominaci6n según la casa fabitcante y distrJ-buidora Distribuidor REYDIN (RochIing) IJNITEC (goehl.er) LTDA. (Thyssen) ACEROSCOL ALUACEROS (Atlas Steel) CASA SUECA DenominacLón C Cr Mo Mn Si V w RDc 2V 0.40 5.30 1.35 0.40 1.00 1.2O -- vEI,f w302 0.39 5.20 1.30 0.40 1.10 1.00 -- THYROTHER!4 0.40 5.30 1.40 -- ."1.00 1.00 2344 __ EFS 0.38 5.25 1.30 0.30 't.00 '1.05 -- CROVAhI BAD 13 0.40 5.30 1.32 0.40 1.00 1.00 -- 8407 (Assab) 326 3. Características y aplicaciones Acero para trabajo en caliente, de gran resistencia al ca lor y al d.esgaste en estado caliente, buena tenacidad y resistencia ar agrietamiento recatrentamiento. Adecuado ra e1 enfriamiento al agua. pa utilizabre en herramientas para trabajo en cal_iente someti das a grandes exigenciasr por ejempto, punzones y matrices para extrucaión. Herraml-entas para l-a f abricaci6n en cali ente de tuercas, tornirlos, remaches y burones. Fabrica ci6n de moldes para flundicl6n a presl6n. 4. Propiedades fisicas y caracterfsticas - Conductividad térnica (W/n - Resistencia rececido a la tracci6n Dureza Brinell oC) mecánicas ¿25 en estado en estado recocido : 70-90 xg/mm2 z 230 HB máximo - Dureza Rockwell C en estado templado : 52 a 56 - Densidad t 7 rg5 gr¡c^3 327 Rc 5. Tratamiento T6rurico Proceso Re coc ido TemDératura oC Observaciones 750 a 800 Enfriar en horno apagado durante cuatro horas Calentamiento previo aI temple Temperatura de temple Medio de Precalentar lentamente 850 a 1060 temperatura de Austenización: 1 020 oC 1O2O enfriamiento (apagado) 500 a 550 aceite r aire seco o baño de sal Reve n ido 400 a Mantener 20 minutos rnás el espesor medio de Ia herramienta eorp¡e sado en minutos Efectuarse después deI temple. Mantener una hora más eI espesor en mm/2O, expresado eh ho 650 ras 328 . O Dure¡¡ co HV 1...35 9l d¡¡ c¡r¡uc¡ur¡ 0,a....., l8 9tJ¡rtro da !nlrrmien' ¡o. €¡¡o i¡ tcmpo da dltrmr.nto oc cn sX t0-1. d¡ 8@ ¡ 50O 6....... t"C/ñn V.lerd¡d d. rnlr'' 8{lO r ÉOOoC r¡prr¡¿do mqilo d. -cro¡n. m 12 4 I ts$q . _ i-?----a--d-lñ-i¡ Hqu t--"--.-l Dis Diagrama de enfriamiento Temperatura de oC Temple 1O5O Permar¡enci¿ a temPeratrr ra de revenido: 2 horas Sección cle l¿ pieza: cuadr. 50 mm (J o o o o Temporatura de revenido en oC Diagrama de revenido op. cit. p. 43 op. cit, p. 45 UNITEC ACEROS BOEHLER, UNITEC ACEROS BOEHLER 329 Univcrsidod aur0n0m0 Serción de Biblioteco 0cridcntc ANEXO 6 Hoja de Material de1 acero AISI Hz I Especificaciones ISO DIN AISI Na Aleman de Material : HS 6-5-2-5 : S6-5-2 : M2 : 1. 3343 2 Denoninación según 1a casa fabricante y distribuidora DETRIBUIDOR xnNc!fl}IAcIcT.¡ c cr Ib I-h Si V t.l REYDIN UNITEC ( Boehler ) S 600 e8g 4.n THYRAPID 3340 O.S 4.m 5.m 0.30 O.n 1.90 6.tú 5.m r.S 6.rc ACEROSCOL LTDA. ( Thyssen) ALUACEROS (Atlas steel srxu 0.84 4.00 5.00 025 0.30 l.s CASA SUECA ( Assab ) 330 6.50 3 Gracterísticas y aplicacioes Acero ráÉdo aleado a1 ungsEern y a1 mtibden de gran tenacidad y buenas pro piedades de corte para aplicación universal. Alta resistencia a1 impacto y a1 desgaste Aplicable en 1a fabricación de brocas helicoidales, nachos para roscar, herramientas para brochar y escariar, sierras para metales, fresas de toda c1ase, herramientas para tra bajar madera y herramientas para trabajar en frío, de extrucción y de tefilación. 4 Propiedades físicas y características necánicas Conductividad Lérmica (W/nUC) : Lg Resistencia a la tracción en tado recocido : g0 Dureza Brinell es en estado recocido: Dureza Rockwell C en estado tem 95 kg/nn2 z4o a 300 plado . Densidad :g,10 gr/cn3 Calor específico ¡ 0,46 J/grae 331 dados 65 Rc HB 5 Tratamiento Térmico PROCESO RECOCIDO TEMPERATURA AC 77O 840 OBSERVACIONES Enfriamiento lento en el- horno Mantener en cada etapa CALENTAMIENTO l.Precalenta miento a 8504C hasta obtener tenperatu TEM fa-uniforme. Precal-entar 2.Precalenta PLE mienLo a 10504C muy lentamente. PREVIO AL TEMPERATURA DE TEMPLE 1190 a L23O temperatura de austenización: Consultar catálogos proveedores. de 1210 e c EN FRIAMIENTO (APAGADO) Aire a presión, aceite o baño caliente a 500 aC Ms: 150eC Mantener en e1 baño so 1o el tienpo necesario REVENIDO 540 a 570 Revenir innediatamente después de1- tenple. MEDIO DE 332 para obtener igualación de temperaturas. Q Dureza en DV 'I ...30Componentesd€ estluclura en o/o 0,39 23,5 Parámetro cte enlrtam¡snto. es dec¡J, durac¡ón del anlr¡am¡ento cle 800 a b00o C ensxlo ? . C/mrn - Veloc¡. dad de enfilamrento en oo/mrn en et margen de 800 a 50€t('C Ms-Ms' . . . Zona de tormac¡ón de martensita a los lim¡t€s de ?o C/m¡n . . .0.50 9r¡no P c l E E o | 2 a I mnulos 153060 Í-T---T--7.. d l62a hdas i-j--jl OBt Diagrama de enf r iani ento - _l I C) , É t 9 .lcmperatura do r€veniJo en "C Diagrama de revenido UNITEC ACEROS BOEHLER, op . cit, UNITEC ACEROS BOEHLER op. cit, 333 35 p. 36 l8 il5 Concrox l.3OO Vociodero ¡6 Lodrillo oislonle T- 23 tq Corcozo t4 Conexion resislencios t3 r8 Lono minerol t2 Soporfes poro clüierlo tl t2 Asbeslo en oolvo to Resrstencios 9 I Soles 8 Crisol I Porlo-resislenc ios b loncrox l.50O 5 r70 9 -odrillo refroclorio U- .+ Cubierto superior 3 Agorroderos del homo ¿ Refuerzos 33 2 Cubierto inferior NOTA: Dimensiones en milimelros. DESCRIPCION UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE CANT PLANO PROYECTO. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO DEscRlPcloN' t. c. v. DI BUJO. l. c.v. I SALES CANTDAD. sEccroN DEL HoRNo DISENO, L. F. Gí DE ESCALA, I APROBO. FECHA- J, D. C. 334 MATERIAL MAYO, t9g7 l: 12,5 NOTA. Dimensiones en milimelros. UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE PLANO N- PROYECTO.. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO D ESCRIPCION. DE caNTTDAD- CARCAZA DI BUJO. APROBO. t. c, v. ¿ SALES | FECHA. J. D. C. 335 ESCALA. I t 20 MATERIAL. MAYO, t9g7 ASTM A36 t] tt ll ! l,^l l'" JAGARRADERA ALTA CANTIDAD: 2 MATERIAL. ASTM- A36 ARO SUPERIOR CANTIDAD. MATERIAL. ASTM- A36 ESCALA l: lO ESCALA. l:2 I R= 25 F¡ tl IJ L] lro I AGARRADERA BAJA CANTIDAD. 2 MATERIAL. ASTM - FONDO DEL CRISOL 436 ESCALA, l:2 CANTIDAD. MATERIAL. ASTM-436 I ESCALA, | : lO NOTA: Dimensiones en milimelros UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE PL ANO PROYECTO. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO DESCRIPCION. AGARRADERA ALTA _ DISENO, L. ARO S{,PERIOR F. G. DIBUJO. LC.V. - AGARRAoERA BAJA FOI.IDO r. c.v. DEL CRISOL. APROBO. J. D.C. 336 3 DE SALES CANTIDAD. INDICAOAS ESCAL A. FECHA. MATERIAL. i EL ANOTADO MAYO, tggT INDICAOAS DESARROLLO ARO CANTIOAD. LATERAL I MATERIAL. ASTM. ESCALA. l: A36 lO ANGULo 38 r 3 lrli t lrd UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE PLANO MATERIAL SOPORTE CANTIDAD. I A MATERIAL. ESCAtA. NOTA: Dimensiones l¡ | en milimetros. PROYECTO. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO DESCRIPCION, ARO LATERAL- SOPORTE MATERIAL. DISEÑO. L. F. G. l- c. v. DI BUJO. t. c.v. APROBO. DE 4 SALES CANTIDAD, ESCALA. INDICADAS FECHA. J. D.C. 337 ['¡ucADAS MATERIAL. MAYO, r987 ANOTADO NOTA: Dimensiones m milimefros. UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE PL ANO PROYECTO. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO DESCRIPCION. CILINDRO DEL CRISOL. DI BUJO. LC.V. APROBO. J. D. C, 338 DE 5 SALES CANTIDAD EScALa' FECHA. MATERIAL, MAYO, 1987 |: lo ASTM- A36 -60il- 5 tQ ñJ ¡o o (o L¡J -60il- 3 E -70¡8-3 7 Fondo del crisol 6 Cilindro del crisol E Agonodero olto 4 ¿ I NOTA: Dimensiones en milimelros. Aro superior Soporle moleriol 4 Agorrodero bo¡o ¿ Aro ñt¡ lolerol DESCRIPCION UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE ñtrea9toat^[t BUJO. r.c.v. APROBO. 6 SALES CANTIDAD. CRISOL DI DE I FECHA. J. D.C. 339 :AN PL ANO PROYECTO. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO 2 , ESCALA. l, lO MATÉRIAL. MAYO, l9g7 @ftcidcnla Sect¡ón Eiblioleco 60 'l REFUERZOS It DESARROLLO CANTI DAD. ? MATERIAL. ASTM- 436 ESCALA. t..20 AGARRADERAS NOTA: Dimensiones en DEL CANTIDAD- 3 MATERIAL. ASTM ESCALA. l:2 mil¡melros. UNIVERSIDAD AUTONOMA DE HORNO 436 OCCIDENTE PL ANO PROYECTO. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO DEScRlPcloN' REFuERzos - DIBUJO. AGARRADERAS t. c.v. DE DEL HoRNo CANTIDAD. APROBO. FECHA. J. O.C. 34Q 7 SALES ESCALA. INDICADAS INDICADAS MATERIAL. MAYO, t987 ANOTADO '[m PORTA-RESISTENCIA CANTIDAD. 9 MATERIAL. CONCRAX ESCALA. l: 5 I.5OO RESISTENCIA CANTIDAD, 9 MATERIAL, KANTAL AI ESCALA. l: I NOTA: UNIVERSIDAD AUTONOMA DE Dimensiones en OCCIDENTE milimé?ros. PL ANO PROYECTO. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO DESCRIPCION. PORTA.RESISTENCIA- RESISTENCIA DI BUJO. t. c.v, APROBO. J.D 341 C. DE B SALES CANTIDAD. INDICADAS ESCALA. FECHA, MATERIAL. MAYO, 1987 ANOTADAS ANOTADO zvE E- 6013- 3 CUBIERTA INFERIOR CANTIDAD. MATERIAL. ASTM-A36 I ESCALA, 1., 20 i .t I 50 I I I ANGULOS DE VACIADERO SOPORTE CANTIDAD. 3 MATERIAL. 163 x 6 (LZ-l/z'xt/4\ ESCALA. I: NOTA: Dimensiones en CANTIDAD. I MATERIAL. TUBO GALVANIZADO ESCALA. lz 2 IO 6rc milimelros. UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE PLANO PROYECTO. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO DESCRIPCION. CUBIERTA INFERIOR ANGULOS DE SOPORTE - DISENO. L. F. G. t. c. v. DI BUJO. L C.V. VACIADERO 9 DE SALES CANTIDAD. ESCAL A. INOICAOAS APROBO. FECI{A. J. D. C. INDICADAS MATf RIAL. MAYO, t9g7 ANOTAOO /^\ I \. NOTA: Dimensiones en mili.melros. UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE PL ANO PROYECTO. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO DESCRIPCION CUBIERTA lo DE SALES CANTIDAD. ESCAL A, FECHA. MATERIAL. SUPERIOR DIBUJO. l. c.v. APROBO. J. D. C. 343 MAYO, tggT l: lO ASTM- 456 l" SOPORTE PARA CUEIERTA CANTI DAD. l2 MATERIAL. ASTM-A36 tr, J\.ALA. li ¿ MATERIAL. ACERO INOX. 3O4 MATERIAL. TERMINAL NOTA: Dimenlíbnes en DE KAN TAL - AI RESISTENCIA. CANTIDAD. r8 ESCALA. l:2 milimelros UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE PLANO PROYECTO. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO PARA CI,.tsIERTA TERMINAL DE RESISTENCIA DESCRIPCION. SOPORTE DISEÑO. L. F. G. t. c. v. DIBUJ.' r. c. v. DE II SALES CANTIDAD. ESCALA. INDICADAS APROBO. ( FECHA. J. D. C. 344 INDICADAS MATERIAL. MAYO, t9g7 ANOTADO UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE PL ANO PROYECTO. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO DEScRrPcloN' coNEXroN DE RESrsrENcrA DlBuJo' r. c.v. t2 DE SALES CANTIDAD ESCAL A. FECHA. MATERIAL. SIN ESCALA APROBO. J. O. C. 345 MAYO, 1987 R S T UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE PL ANO PROYECTO. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO DES.RrPcloN' TNSTALACToN DIBUOO, DE RESrsrENcrAS l. c.v. l3 SALES CANTIDAD. ESCALA. r LLñ4. MATERIAL. SIN ESCALA APROBO. J. D.C. 346 DE MAYO, 1987 E-6013- 4 Eie E-6013 -3 ú) lu edos 4 4 3uielqdor de ruedos I ? Soporte de ruedos ¿ ? vlon¡ ¿ io )Ap receptoro de NOTA: N' Dimensiones en milimelros UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE DESCRIPCION. CAJA RECEPTORA DE SAL DISEÑO. L. F. G. r. c_ v. DIBUJO. t. c. v: APROBO J. O.C. 347 DE PLANO N- l4 SALES CANTIDAD. ESCAL A. FECHA. MATERIAL. MAYO, t987 ]AN'I DESCRIPCION PROYECTO. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO sol ro 8?E I tJ t¿ H 25 --t DESARROLLO CAJA I 3 SUJETADOR CANTIDAD MATERIAL. ASTM ESCALA l: D€ RUEDAS RECEPTORA - 436 CANTIDAD. I MATERIAL ASTM- 20 A 36 l:l ESCALA. ffi a- ----\ MA¡{IiJA DESqRROLLO CANTIDAD. 2 MATERIAL. ASTM- 436 ESCAA l: 5 RUEDAS CANTIDAD 4 MATER I AL Atsl l: ESCALA to20 NOTA. Dimensione/m I UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE milirnetros. PLANO PROYECTO. HORNO PARA TEMPLE POR BAÑO D ESCRIPCION. BUJO. t. c.v. l5 SALES CANTIDAD- RUEDAS- l¡lANlJA- SUJETADOR RUEDAS D¡ DE ESCALA. INDICADAS APROBO. FECHA. J. 0. c. INDICAOAS MATERIAL. MAYO, tggT ANOTADO

horno baño de sales - diseño

Documentos relacionados

Productos

Apoyo

horno baño de sales - diseño

Documentos relacionados

Añadir este documento a la recogida (s)

Añadir a este documento guardado

Sugiéranos cómo mejorar StudyLib