Tratamientos termoquimicos INTRODUCCIÓN Los tratamientos termomecánicos y Tratamientos termoquímicos consisten en operaciones de calentamiento y enfriamiento de metales que se complementan con la adición de nuevos elementos en la superficie de las piezas, de manera que se modifica la composición química superficial. Con estos tratamientos, se pretende mejorar las propiedades superficiales en los materiales en especial, su dureza y resistencia al desgaste y a la corrosión sin modificar las propiedades en su interior. De esta forma, se pueden obtener piezas con una gran dureza superficial y cuyo interior conserve una elevada tenacidad. OBJETIVOS • OBJETIVO GENERAL: • EXPLICAR DETALLADAMENTE COMO SE REALIZA EL TRATAMIENTO TERMOMECÁNICOS Y TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS • OBJETIVO ESPECIFICO: • DESCRIBIR COMO ES EL TRATAMIENTO TERMOMECÁNICOS • DESCRIBIR COMO ES EL TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS TRATAMIENTOS TERMOMECÁNICOS ¿Que son los tratamientos Termomecánicos? Son aquellos en que someten al metal a operaciones de deformación en frío o en caliente, para mejorar sus propiedades mecánicas y , además, darle forma determinadas. Al deformar mecánicamente un metal mediante martillado, prensado, estirado, laminado. TIPOS DE DEFORMACIONES Son aquellos en que se someten al metal a operaciones de deformaciones en frio o en caliente para mejorara sus propiedades mecánicas con el fin de darle forma determinada. . DEFORMACIÓN EN FRÍO: La deformación en frío produce un aumento en la dureza y la resistencia a la tracción de los metales y aleación, disminuyendo su plasticidad y tenacidad. El cambio de su forma se debe a la deformación de los granos y a las tensiones que se originan, cuando un metal ha recibido este tratamiento se dice que tiene acritud. CARACTERISTICAS DE LA DEFORMACION EN FRIO puede endurecer el metal y producir la forma final deseada El proceso de trabajo en frío es un método económico para producir grandes cantidades de pequeñas piezas, ya que no requiere de fuerzas elevadas ni de equipo de conformado costoso El trabajo en frío es posible obtener tolerancias dimensionales y terminado superficiales excelentes DEFORMACIÓN EN CALIENTE La deformación en caliente se lleva a cabo por encima de las temperaturas de recristalización, logrando grandes deformaciones sin producir acritud. Aquí no hay endurecimiento al deformación plástica, por lo que es utilizado principalmente para el conformado de piezas grandes. Una de las propiedades mas importantes de los metales es su maleabilidad, este termino indica la propiedad de un metal para ser deformado mecánicamente por encima de su límite elástico, sin incremento considerable en la resistencia a la deformación. El rango de trabajado en caliente está comprendido entre la temperatura de recristalización y la de fusión del metal. CARACTERISTICAS DE LA DEFORMACION EN CALIENTE • En deformación en caliente no hay endurecimiento • Es ilimitada la deformación plástica • El trabajo en caliente es adecuado para el conformado de piezas grandes CLASIFICACIÓN DE LOS TRATAMIENTOS TERMOMECÁNICOS: • Laminado • Extrusión • Trefilaciòn • Forjado LAMINADO: Consiste en someter el acero a varias deformaciones en caliente llegando a la forma de lingotes. Los lingotes se forman en una de tres diferentes formas dependiendo del producto finales que se obtendrán el acero. Estas formas básicas palanquilla, tocho y placa. Tipos de Laminación: Laminado plano Laminado de tubos Laminado continuo Laminado de corte Laminado de anillo Laminado de cuerdas Laminado de rodillos EXTRUSIÓN:: La extrusión es en general, la acción de dar forma a una masa haciéndola salir por una abertura especialmente dispuesta. Proceso industrial, consiste en la utilización de un flujo continuo de materias primas para la obtención de productos, generalmente metalúrgicos, plásticos y alimenticios, las materias primas se someten a fusión, transporte, presión y deformación a través de un dado, para dar forma a la sección transversal TIPOS DE EXTRUSIÓN Extrusión directa. La extrusión directa, también conocida como extrusión delantera, es el proceso más común de extrusión. Éste trabaja colocando la barra en un recipiente fuertemente reforzado. Extrusión indirecta. En la extrusión indirecta, también conocida como extrusión retardada, la barra y el contenedor se mueven juntos mientras el troquel está estacionario FORJADO: TREFILACIÒN: La Trefilaciòn consiste en cambiar y/o reducir la sección de una barra haciéndola pasar por tracción a través de un dado cónico. Este proceso se realiza en frío. En general este proceso es económico para barras de menos de 10 mm de diámetro. Es un proceso de deformación en el cual se comprime el material de trabajo entre dos dados, usando impacto o presión gradual para formar la parte, es la operación más antigua de metales. Año 5000 A.C se utilizó para hacer joyería, armas, y otros implementos. TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS: ¿Qué son los Tratamientos Termoquímicos? Son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales. ETAPAS PARA LOS TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS LA DISOCIACIÓN • Consiste en la descomposición de las moléculas y la formación de átomos activos del elemento que difunde. LA ABSORCIÓN • Es cuando los átomos del elemento que difunden se ponen en contacto con la superficie de la pieza de acero formando enlaces químicos con los átomos del metal. LA DIFUSIÓN • Es decir la penetración del elemento de saturación hacia la zona interior del metal, al penetrar los que se difunden en la red del disolvente la velocidad de difusión será más alta, siempre y cuando en la reacción se formen disoluciones solidas de sustitución. TIPOS DE TRATAMIENTO TERMOQUÍMICOS: Podemos distinguir cinco tratamientos termoquímicos: . CEMENTACIÓN: La cementación es un tratamiento termoquímico que consiste en carburar una capa superficial de una pieza de acero, rodeándola de un producto carburante y calentándola a una temperatura adecuada mediante difusión, modificando su composición, impregnando la superficie y sometiéndola a continuación a un tratamiento térmico, un temple y un revenido, quedando la pieza con buena tenacidad en el núcleo y con mucha dureza superficial. El objetivo de la cementación es que en el templado del acero proporciona dureza a la pieza, pero también fragilidad. Por el contrario, si no se templa el material no tendrá la dureza suficiente y se desgastará. La cementación encuentra aplicación en todas aquellas piezas que tengan que poseer gran resistencia al choque y tenacidad junto con una gran resistencia al desgaste, como es el caso de los piñones, levas, ejes, etc. Podemos diferenciar tres tipos de materiales cementantes: Sólidos. Líquidos. Gaseosos NITRURACIÓN: : La nitruración es un tratamiento térmico empleado para el endurecimiento superficial de ciertas piezas, principalmente aceros. Es especialmente recomendable para aceros aleados con cromo, vanadio, aluminio, wolframio y molibdeno, ya que forman nitruros estables a la temperatura de tratamiento. Son estos nitruros los que proporcionan la dureza buscada. Durante la nitruración, la pieza sometida ve aumentada su dureza superficial mediante el aporte de nitrógeno a la misma en una atmósfera nitrurante, principalmente compuesta de vapores de amoníaco descompuesto en nitrógeno e hidrógeno. Podemos diferenciar cuatro tipos de nitruración: • Nitruración gaseosa. • Nitruración líquida. • Nitruración sólida. • Nitruración iónica. CIANURACIÓN: La cianuración se puede considerar como un tratamiento intermedio entre la cementación y la nitruración, ya que el endurecimiento se consigue por la acción combinada del carbono y el nitrógeno a una temperatura determinada. Cuando se quiere obtener una superficie dura y resistente al desgaste, se realiza a una temperatura por encima de la crítica del corazón de la pieza entre 750 ºC y 950 ºC aproximadamente, se introduce la pieza en una solución que generalmente consta de cianuro de sodio con cloruro de sodio y carbonato de sodio, el enfriamiento se hará directamente por inmersión al salir del baño de cianuro SUS PRINCIPALES VENTAJAS SON: La buena eliminación de oxidación, la profundidad de la superficie es duradera, el contenido de carbono se reparte homogéneamente y de gran rapidez de penetración. TAMBIÉN POSEE CIERTAS DESVENTAJAS COMO: El lavado de las piezas posterior al tratamiento para prevenir la herrumbre, la revisión de la composición del baño ha de ser de forma periódica y la alta peligrosidad de las sales de cianuro, dado que éstas son venenosas. CARBONITRURACIÓN La carbonitruración es un procedimiento que consiste en endurecer superficialmente el acero, en este tratamiento termoquímico se promueve el enriquecimiento superficial simultáneo con carbono y nitrógeno, con el objetivo de obtener superficies extremadamente duras y un núcleo tenaz, sumado a otras propiedades mecánicas como resistencia a la fatiga, resistencia al desgaste y resistencia a la torsión Dicho tratamiento se realiza en las mismas condiciones que la cementación ya sea en baño de sales de una composición determinada o en atmósfera gaseosa con adición de nitrógeno por medio de la disociación de amoniaco. Por esta razón la temperatura de la carbonitruración se sitúa entre las temperaturas de estos dos procesos. La oferta de nitrógeno, que se difundirá en el acero, dependerá de la composición del baño y también de su temperatura. Por lo contrario, el aumento de nitrógeno se reduce a medida que aumenta la temperatura. Diremos que el tratamiento de carbonitruración está subdividido en: • Carbonitruración por encima de A1 (750ºC a 850ºC). • Carbonitruración por debajo de A1 (700ºC a 750ºC). SULFINIZACIÓN La sulfinización es un tratamiento termoquímico en el cual se introduce superficialmente azufre al acero. El objetivo no es mejorar las propiedades mecánicas sino mejorar su comportamiento frente al mecanizado. Se realiza en piezas ya terminadas. Consiste en elevar la temperatura de la pieza a 575°C aproximadamente en un baño de sales que ceden carbono, nitrógeno y azufre (estos dos últimos en menor cantidad), en aleaciones férreas y de cobre. Se utiliza en aceros de bajo carbono donde la viruta no se corta sino que se deforma y es arrastrada acumulándose frente al ataque. La incorporación superficial del azufre genera sulfuro de hierro (S2Fe) como inclusión no metálica (impurezas), y se aloja en los bordes de grano lo que fragiliza al metal, lo cual hace que disminuya el punto de fusión. Después de la sulfinización las dimensiones de las piezas aumentan ligeramente, aumentando su resistencia al desgaste, favoreciendo la lubricación y evitando el agarrotamiento. TRATAMIENTOS TERMOQUIMICOS Son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales. Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos están aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión. TIPOS: El objetivo CEMENTACIÓN la cementación es que en el templado del acero La cementación es un tratamiento proporciona dureza a la pieza, pero también termoquímico que consiste en carburar una fragilidad. Por el contrario, si no se templa el material capa superficial de una pieza de acero, no tendrá la dureza suficiente y se desgastará. Para rodeándola de un producto carburante y conservar las mejores cualidades de los dos casos se calentándola a una temperatura adecuada utiliza la cementación, que endurece la superficie de mediante difusión, modificando su la pieza sin modificación del núcleo, dando lugar así a composición, impregnando la superficie y una pieza formada por dos materiales, la del núcleo de sometiéndola a continuación a un tratamiento acero con bajo índice de carbono, tenaz y resistente a térmico, un temple y un revenido, quedando la fatiga, y la parte de la superficie, de acero con la pieza con buena tenacidad en el núcleo y mayor concentración de carbono, más dura, resistente con mucha dureza superficial. al desgaste y a las deformaciones, siendo todo ello una única pieza compacta. ACEROS DE CEMENTACIÓN Según sean los requisitos de dureza y resistencia mecánica existen varios tipos de aceros adecuados para recibir el tratamiento de cementación y posterior tratamiento térmico. Algunos ejemplos de aceros aptos para la cementación son: Aceros para cementación al carbono. Aceros para cementación al cromo-níquel Aceros para cementación al cromo-molibdeno Aceros para cementación al cromo-níquelmolibdeno NITRURACIÓN La nitruración es un tratamiento térmico empleado para el endurecimiento superficial de ciertas piezas, principalmente aceros. Es especialmente recomendable para aceros aleados con cromo, vanadio, aluminio, wolframio y molibdeno, ya que forman nitruros estables a la temperatura de tratamiento. Son estos nitruros los que proporcionan la dureza buscada. Durante la nitruración, la pieza sometida ve aumentada su dureza superficial mediante el aporte de nitrógeno a la misma en una atmósfera nitrurante, principalmente compuesta de vapores de amoníaco descompuesto en nitrógeno e hidrógeno. En esta descomposición, el nitrógeno, más denso que el hidrógeno, se desplaza hacia la zona inferior de la cámara, entrando en contacto con la pieza y formando nitruros de hierro (compuesto duro y frágil) en su superficie. La penetración de este tratamiento es muy lenta, del orden de un milímetro de espesor por cada 100 horas de duración, aunque después de esto, la pieza no precisará de temple. ACEROS PARA NITRURACIÓN No todos los aceros son aptos para nitrurar, ya que en ocasiones el procedimiento puede resultar contraproducente, tales como los aceros al carbono, en los que el nitrógeno penetra demasiado rápido en la estructura y la capa nitrurada tiende a desprenderse. Resulta conveniente que en la composición de la aleación haya una cierta cantidad de aluminio 1 %. También es aplicable a los aceros inoxidables, aceros al cromo níquel y ciertas fundiciones al aluminio o al cromo. Algunos ejemplos de aceros aptos para la nitruración son: Acero para nitruración al Cr-Mo-V Acero para nitruración al Cr-Al-Mo CIANURACIÓN La cianuración se puede considerar como un tratamiento intermedio entre la cementación y la nitruración, ya que el endurecimiento se consigue por la acción combinada del carbono y el nitrógeno a una temperatura determinada. Los baños de cianuro se usan generalmente en los procesos de temple de acero para impedir la descarburación de la superficie. Sus principales ventajas son: la buena eliminación de oxidación, la profundidad de la superficie es duradera, el contenido de carbono se reparte homogéneamente y de gran rapidez de penetración. También posee ciertas desventajas como son: el lavado de las piezas posterior al tratamiento para prevenir la herrumbre, la revisión de la composición del baño ha de ser de forma periódica y la alta peligrosidad de las sales de cianuro, dado que éstas son venenosas. CARBONITRURACIÓN La carbonitruración es un procedimiento que consiste en endurecer superficialmente el acero, en este tratamiento termoquímico se promueve el enriquecimiento superficial simultáneo con carbono y nitrógeno, con el objetivo de obtener superficies extremadamente duras y un núcleo tenaz, sumado a otras propiedades mecánicas como resistencia a la fatiga, resistencia al desgaste y resistencia a la torsión. Una ventaja significativa es que presenta muy poca deformación debido a que el nitrógeno absorbido en el proceso disminuye la velocidad crítica de temple del acero. Por esta razón la temperatura de la carbonitruración se sitúa entre las temperaturas de estos dos procesos. La oferta de nitrógeno, que se difundirá en el acero, dependerá de la composición del baño y también de su temperatura. SULFINIZACIÓN La sulfinización es un tratamiento termoquímico en el cual se introduce superficialmente azufre al acero. El objetivo no es mejorar las propiedades mecánicas sino mejorar su comportamiento frente al mecanizado. Se realiza en piezas ya terminadas. Consiste en elevar la temperatura de la pieza a 575°C aproximadamente en un baño de sales que ceden carbono, nitrógeno y azufre (estos dos últimos en menor cantidad), en aleaciones férreas y de cobre. Se utiliza en aceros de bajo carbono donde la viruta no se corta sino que se deforma y es arrastrada acumulándose frente al ataque. CONCLUSIONES • El tratamientos termomecánicos más utilizados en la industria del acero es el ausforming, lo cual consiste en aplicar un tratamiento térmico de temple deformando del 60 % al 90 % del acero, y posteriormente enfriando de manera rápida. • tratamientos termoquímicos aumenta la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuyendo el rozamiento y aumentando el poder lubrificante como la resistencia a la corrosión. GRACIAS