Tratamientos Térmicos en Productos Metálicos

El programa de formación que cursamos Técnico en Realización de Tratamientos Térmicos en Productos Metálicos, se hizo especial énfasis en los componentes metálicos y los posibles tratamientos térmicos que se le realizarían a cada uno de ellos.
Los metales o aleaciones que se utilizaran en el desarrollo del proyecto de construcción de una vulcanizadora de siliconas para moldes de centrifugado de zamac, son aleaciones de hierro como aceros SAE 1020 ,SAE 1045, SAE 4140 y fundición gris clase 30, aleaciones de aluminio A356 y aleaciones de cobre denominada industrialmente como bronce fosforado.

ACEROS PARA CONSTRUCCION Y MAQUINARIA

Aceros al carbono

En general, se puede decir que cualquier acero es tratable térmicamente, sin embargo, los aceros al carbono con menos de 0,15%C se consideran no endurecibles por temple desde el estado austenítico. Los aceros al carbono con más de 0,25% se pueden endurecer casi completamente por templé. Cuando el carbono está entre 0,25 y 0,55% C, o sea en medio carbono, los aceros se usan generalmente templados y revenidos. Se puede obtener un amplio intervalo de propiedades con resistencias entre 220.000 psi y 110.000 psi o sea durezas entre 48 HRC y 20 HRC. Para este rango de propiedades se usará tratamiento térmico y acero ordinario al carbono si:

1. La temperatura de servicio, menor de 260°C, no es elevada.
2. La sección recta es suficientemente delgada, menor de 13 mm de espesor, para que toda se pueda hacer martensítica.
3. Se puede templar en agua pues no hay peligro de distorsiones o grietas.
A veces se requiere aumentar la resistencia al desgaste y en ese caso se puede usar el temple localizado y los tratamientos termoquímicos.

Cementación o carburación del acero

El término carburación es más explícito que el de cementación, empleado generalmente.
El objetivo de la cementación es crear una capa superficial rica en carbono, y de una dureza elevada, en la superficie de la pieza de acero de bajo carbono.
Los aceros de cementación contienen normalmente 0,25% de carbono como máximo. Su tenor dé carbono es a menudo inferior a 0,20% los contenidos máximos obtenidos en la superficie están entre 0,70 y 1,10%, de ellos 0,80% es el más utilizado con una profundidad de capa entre 0,03mm. y 1.7 mm.
El proceso se hace calentando hasta el rango de temperatura austenítico, manteniendo el acero en contacto con el ambiente cementante para permitir que el carbono se difunda hasta una profundidad satisfactoria, con enfriamiento lento y tratamiento térmico de temple posterior. El agente carburante puede ser un gas, un sólido o un baño de sales.
El contenido de carbono disminuye desde la superficie hacia el centro. Se obtiene, asi después del temple, una dureza superficial muy elevada, mientras que la zona central que contiene el bajo carbono inicial se endurece poco y permanece tenaz.
Se entiende que la cementación comprende dos operaciones sucesivas distintas, la carburación (cementar es enriquecer la capa superficial en carbono o sea en cementita) y el temple.

La cementación

es utilizada en las piezas sometidas a un desgaste fuerte. La resistencia a la fatiga así como la resistencia al desgaste se mejoran notablemente con ella.
El proceso de carburación se compone de dos fenómenos simultáneos, el primero, que es independiente del tipo de cementante, es la transferencia de los átomos de carbono del cementante a la superficie de la pieza.
El segundo fenómeno es la migración de los átomos de carbono del la superficie al interior del material que es un proceso de difusión. Esos dos fenómenos juegan papel esencial en la determinación de la velocidad de carburación.

Tratamiento térmico del acero 1020

Recocido. Debe calentarse hasta 620°C - 720°C. A esta temperatura debe mantenerse 1 o 2 h por cada 25 mm. de espesor. Luego debe enfriarse en el horno. Se obtiene así una dureza máxima de 111 Brinell.

Normalizado.

Este acero se normaliza; se calienta hasta 880 - 920°C, se mantiene entre, 30 mim. y 2 h hasta homogeneizar la temperatura y se enfría en el aire tranquilo. Se obtiene así una dureza máxima de 131 Brinell.

Cementación.

Debe calentarse hasta una temperatura entre 900°C – 930°C, dependiendo de la velocidad de difusión del carbono, se mantiene de 30 minutos a 12 Horas, según la profundidad de capa deseada y se enfría de acuerdo a la complejidad de la pieza, la composición del acero.
Temple. Este tratamiento se puede realizar de diferentes formas.

Temple directo

enfría desde la temperatura de cementación en agua o salmuera, se realiza para piezas sencillas.

Temple único sin afinamiento del núcleo

se deja enfriar en aire tranquilo desde la temperatura de cementación para aliviar las tensiones, luego se calienta hasta la temperatura de austenización de la capa cementada 760°C -800°C y según el acero, se templa en agua o aceite.

Temple único con afinamiento del núcleo

se deja enfriar en aire tranquilo desde la temperatura de cementación para aliviar las tensiones, se calienta hasta la temperatura de austenización del núcleo 900°C - 930°C, se enfría en agua o aceite según el tipo de acero, luego se calienta hasta la temperatura de austenización de la capa cementada y se templa en el medio de enfriamiento adecuado.

Aplicaciones

Este acero puede utilizarse en estado cementado, laminado en caliente o estirado en frío (Calibrado). Se utiliza en elementos de maquinaria que requieran gran tenacidad junto con una dureza no muy elevada.
Se usa principalmente para partes de vehículos y maquinaria, las cuales no estén sometidas a grandes esfuerzos mecánicos como ejes, eslabones para cadenas.

Tratamiento térmico del acero 1045

Recocido

Debe calentarse hasta 790°C - 870°C. A esta temperatura debe mantenerse 1 o 2 h por cada 25 mm. de espesor. Luego debe enfriarse en el horno. Se obtiene así una dureza máxima de 217 Brinell.

Normalizado

Este acero se normaliza; se calienta hasta 900 - 940°C, se mantiene entre, 30 mim. y 2 h hasta homogeneizar la temperatura y se enfría en el aire tranquilo. Se obtiene así una dureza máxima de 170 Brinell.

Cementación

Debe calentarse hasta una temperatura entre 900°C – 930°C, dependiendo de la velocidad de difusión del carbono, se mantiene de 30 minutos a 12 Horas, según la profundidad de capa deseada y se enfría en aceite, desde una temperatura de 790°C – 820°C.

Temple

La pieza debe precalentarse uniformemente hasta unos 650 -700°C y después hasta la temperatura de austenización. Este acero se debe austenizar entre 800 y 845°C si se va a templar en aceite o entre 790-820°C si se va a enfriar en agua. El tiempo de permanencia es de unos 10 min. por cada 25 mm. de sección. En estado templado se obtiene una dureza de 52-60 RC de acuerdo ala concentración de martensita obtenida por el temple.

Revenido y refrigeración profunda

Todas las piezas se someten inmediatamente después del temple a un revenido entre una y dos horas entre 200 y 600 °C. Este revenido puede realizarse en baños de sales, en baño de aceite y/o en horno.
Con el revenido se transforma la austenita retenida en martensita y bainita y la martensita tetragonal de temple en martensita cúbica. El acero se envejece artificialmente, no se presentan variaciones dimensionales posteriores y se eliminan tensiones. Cuando la austenita retenida no se deja descomponer por el revenido, es necesario recurrir a refrigeración profunda, a temperaturas hasta de -150°C, con el objeto de reducir el peligro de grietas de rectificado que aumenta con el contenido de austenita retenida. Por otra parte, las piezas templadas no deben presentar una dureza superior a 58 RC e inferior a 52 RC.