No se puede fabricar nada sin tratamiento t¨¦rmico. El tratamiento t¨¦rmico del metal es necesario ya que es esencial para los ejes, cojinetes, engranajes, sujetadores y cig¨¹e?ales.
Los servicios de tratamiento t¨¦rmico a?aden alrededor de 15 mil millones de d¨®lares al a?o en valor a los productos met¨¢licos al impartirles propiedades espec¨ªficas que se requieren para que las piezas funcionen exitosamente.
?Qu¨¦ es el tratamiento t¨¦rmico?
El tratamiento t¨¦rmico es el proceso de calentar y enfriar un metal en estado s¨®lido para obtener las propiedades y durabilidad deseadas, sin cambiar su forma.
El proceso de tratamiento t¨¦rmico se utiliza para endurecer el metal, ablandarlo, hacerlo m¨¢s resistente al desgaste o hacer que los productos quebradizos sean m¨¢s duros.
Metales tratados t¨¦rmicamente
Los metales ferrosos representan la mayor¨ªa de los metales tratados t¨¦rmicamente. El 80% de los metales ferrosos son acero calentado por calor , incluido el hierro fundido, el acero inoxidable y el acero para herramientas.
Tambi¨¦n se pueden tratar t¨¦rmicamente aleaciones de aluminio, cobre, magnesio, n¨ªquel y titanio.
?Por qu¨¦ tratar t¨¦rmicamente los metales?
- Para mejorar la dureza del metal. La superficie de las piezas tratadas t¨¦rmicamente es al menos entre un 30 y un 40 % m¨¢s dura que el n¨²cleo.
- Mejorar la ductilidad y maquinabilidad, haciendo que el metal sea apto para laminaci¨®n en fr¨ªo, trefilado, etc.
- Para mejorar la resistencia al desgaste y la corrosi¨®n. Coloque una superficie dura sobre partes relativamente blandas, la vida ¨²til del producto es m¨¢s larga.
- Para mejorar la fragilidad.
- Para aliviar las tensiones internas generadas en fundici¨®n, soldadura, procesamiento en caliente y en fr¨ªo.
- Mejorar las propiedades el¨¦ctricas y magn¨¦ticas.
?C¨®mo funciona el tratamiento t¨¦rmico?
Aunque los diferentes procesos de tratamiento t¨¦rmico producen diferentes resultados en el metal, todos implican tres etapas: calentamiento, mantenimiento y enfriamiento.
1. Calefacci¨®n
Caliente el metal lentamente hasta la temperatura cr¨ªtica superior para mantener una temperatura uniforme.
Los metales tratados t¨¦rmicamente se encuentran en una atm¨®sfera protectora. Para calentar se utiliza el m¨¦todo de sal fundida, vac¨ªo, recubrimiento o envasado. Si el metal se trata t¨¦rmicamente de manera desigual, una secci¨®n se expandir¨¢ m¨¢s r¨¢pido que otra, lo que dar¨¢ como resultado una secci¨®n del metal distorsionada o agrietada.
Los diferentes metales tienen diferentes temperaturas de tratamiento t¨¦rmico. La velocidad de calentamiento se basa en los siguientes factores:
- La conductividad t¨¦rmica de los metales. Los metales con alta conductividad t¨¦rmica se calientan m¨¢s r¨¢pido que aquellos con baja conductividad.
- El estado de los metales. Las herramientas y piezas que han sido endurecidas o estresadas se calientan m¨¢s lentamente que aquellas que no lo han sido.
- El tama?o y la secci¨®n transversal de los metales. Las piezas m¨¢s grandes o con secciones transversales desiguales se calientan m¨¢s lentamente que las piezas peque?as.
2. Sosteniendo
Mantenga el metal a la temperatura alcanzada durante alg¨²n tiempo.
El tiempo depende de los requisitos, que var¨ªan desde unos pocos segundos hasta 60 horas o m¨¢s.
El tiempo tambi¨¦n depende del tipo de material y del tama?o de la pieza. Las piezas grandes necesitan m¨¢s tiempo. Para secciones transversales irregulares, puede utilizar la secci¨®n m¨¢s grande para determinar el tiempo.
3. Enfriamiento
Enfr¨ªe el metal a temperatura ambiente. La velocidad de enfriamiento depende del metal mismo y del medio refrigerante.
Los medios de enfriamiento incluyen salmuera, agua, aceite y aire, que est¨¢n en orden decreciente de velocidad de enfriamiento. La salmuera absorbe el calor m¨¢s r¨¢pido, mientras que el aire es el m¨¢s lento. Generalmente, utilizamos agua para endurecer el acero al carbono, aceite para endurecer el acero aleado y agua para templar metales no ferrosos.
Tambi¨¦n es posible utilizar hornos de tratamiento t¨¦rmico para el enfriamiento . El entorno controlado permite una alta precisi¨®n cuando es necesario un enfriamiento lento.
Tipos de tratamiento t¨¦rmico
1. Tratamiento t¨¦rmico de recocido
El tratamiento t¨¦rmico de recocido se utiliza para ablandar metales para trabajarlos y conformarlos en fr¨ªo, d¨¢ndoles alta ductilidad y tenacidad. Tiene menos tensiones internas, deformaciones y grietas, pero a expensas de la dureza.
El proceso consiste en que el metal se calienta m¨¢s all¨¢ de su temperatura cr¨ªtica superior, se mantiene a esta temperatura durante un per¨ªodo de tiempo y luego se enfr¨ªa muy lentamente en un horno o aire.
Los tipos de recocido incluyen principalmente recocido completo, recocido por difusi¨®n, recocido esferoidal y recocido por proceso.
El recocido de proceso , tambi¨¦n llamado recocido subcr¨ªtico, calienta el metal a una temperatura justo por debajo de la temperatura cr¨ªtica m¨¢s baja del acero. Se utiliza principalmente en acero con bajo contenido de carbono para restaurar la ductilidad. El rango de temperatura es de 260 ¡ãC (500 ¡ãF) a 760 ¡ãC (1400 ¡ãF).
´¡±è±ô¾±³¦²¹³¦¾±¨®²Ô: Los metales recocidos incluyen cobre, aluminio, plata, acero y lat¨®n. El recocido del cobre hace que se pueda enrollar o doblar. El acero recocido, como el acero semiduro, el acero duro y el acero aleado, se puede cortar f¨¢cilmente.
2. Tratamiento t¨¦rmico normalizador
No hay diferencia entre el tratamiento t¨¦rmico de recocido y de normalizaci¨®n , excepto que la normalizaci¨®n se somete a enfriamiento por aire. La normalizaci¨®n alivia las tensiones internas causadas por la soldadura, la fundici¨®n o el enfriamiento, para hacer que el metal sea m¨¢s f¨¢cil de cortar.
La normalizaci¨®n es que el metal se calienta a una temperatura que est¨¢ 40 ¡ãC por encima de su temperatura cr¨ªtica superior, se mantiene durante un per¨ªodo de tiempo y luego se enfr¨ªa en aire a una velocidad ligeramente r¨¢pida.
´¡±è±ô¾±³¦²¹³¦¾±¨®²Ô: La normalizaci¨®n se utiliza despu¨¦s del trabajo en fr¨ªo, como laminado, estampado y martillado. El acero normalizado es m¨¢s duro que el acero recocido. La normalizaci¨®n del acero hace que el acero sea m¨¢s tenaz que en cualquier otra condici¨®n.
3. Tratamiento t¨¦rmico de enfriamiento
El enfriamiento prepara la estructura para el revenido. Puede aumentar la alta dureza y la resistencia al desgaste, pero a costa de una baja ductilidad.
El tratamiento t¨¦rmico de enfriamiento consiste en calentar el metal a la temperatura de austenitizaci¨®n adecuada y mantenerla durante alg¨²n tiempo. Luego, el metal se enfr¨ªa r¨¢pidamente en agua, aceite o salmuera.
´¡±è±ô¾±³¦²¹³¦¾±¨®²Ô: El acero se calienta de 800 a 850 ¡ãC para realizar la austenitizaci¨®n. Luego se enfr¨ªa r¨¢pidamente para formar martensita. Este acero templado en aceite es bastante resistente pero m¨¢s fr¨¢gil.
4. Tratamiento t¨¦rmico de templado
El tratamiento t¨¦rmico de templado se realiza despu¨¦s del templado. Hace que el metal aumente la elasticidad, dureza y resistencia al desgaste.
El templado consiste en recalentar el metal templado a una temperatura inferior a la temperatura cr¨ªtica m¨¢s baja y seguido de un enfriamiento extremo en aire, agua o aceite.
Las temperaturas de templado oscilan entre 300¡ã y 1100¡ã F, que suele ser mucho m¨¢s baja que las temperaturas de endurecimiento. Cuanto mayor es la temperatura, m¨¢s suave se vuelve.
´¡±è±ô¾±³¦²¹³¦¾±¨®²Ô: El templado se aplica a herramientas de corte, herramientas y engranajes, que se endurecen mediante el proceso de tratamiento t¨¦rmico de endurecimiento. El acero templado (acero al carbono endurecido) puede reducir la fragilidad y mantener la tenacidad.
La velocidad de enfriamiento del recocido, normalizaci¨®n y enfriamiento se vuelve m¨¢s r¨¢pida a su vez. Cuanto m¨¢s r¨¢pida sea la velocidad de enfriamiento, m¨¢s duro ser¨¢ el metal.
5. Austempering y martempering
(1) Temperamento
El austempering se utiliza en piezas de trabajo de hierro d¨²ctil o acero. En comparaci¨®n con el templado, crea menos grietas y distorsiones, lo que hace que los productos sean m¨¢s d¨²ctiles, duros y resistentes a los impactos. Sin embargo, los metales austemplados no pueden tener m¨¢s de 1/2 pulgada de espesor.
El austempering tiene como objetivo obtener una estructura de bainita en la pieza de trabajo para materiales resistentes y d¨²ctiles. La temperatura de calentamiento es m¨¢s alta que la de los templados, normalmente entre 840 y 950 grados Celsius. El enfriamiento es bastante r¨¢pido y todo el proceso no requiere templado final.
(2) Temperamento
El martemperado permite que el metal tenga un mayor control de la descarburaci¨®n y la carburaci¨®n. Sin embargo, no se puede utilizar en una pieza de trabajo grande ni en todo tipo de acero.
El martempleado consiste en calentar el metal a una temperatura superior al punto cr¨ªtico superior. Luego se enfr¨ªa para reducir la temperatura a un punto entre 150 y 300 grados cent¨ªgrados. Este punto est¨¢ por encima del punto inicial de la martensita. Se mantiene en este punto hasta que toda la pieza alcance una temperatura uniforme. Permite que la austenita se transforme en martensita. Finalmente, se enfr¨ªa al aire.
6. Tratamiento t¨¦rmico de soluci¨®n.
El recocido en soluci¨®n, tambi¨¦n llamado tratamiento en soluci¨®n, es necesario antes del endurecimiento por envejecimiento.
El recocido en soluci¨®n consiste en disolver los precipitados presentes en las aleaciones met¨¢licas y luego enfriar r¨¢pidamente las aleaciones hasta temperatura ambiente para evitar que se produzca precipitaci¨®n durante el enfriamiento. Las aleaciones quedar¨¢n blandas despu¨¦s del tratamiento.
´¡±è±ô¾±³¦²¹³¦¾±¨®²Ô: Los aceros inoxidables austen¨ªticos, las aleaciones de aluminio, las aleaciones con alto contenido de n¨ªquel, las aleaciones de titanio y las aleaciones de cobre utilizan la soluci¨®n como pretratamiento para el endurecimiento por envejecimiento. Proporciona resistencia al calor y a la corrosi¨®n para la aplicaci¨®n de la pieza.
7. Endurecimiento
El endurecimiento de la superficie cambia la composici¨®n qu¨ªmica de la capa superficial al absorber carbono, nitr¨®geno o una mezcla de ambos. S¨®lo endurece la capa exterior de la pieza de trabajo, mientras que el interior permanece blando.
Los procesos de cementaci¨®n com¨²nmente utilizados incluyen tratamientos de carburaci¨®n y nitruraci¨®n.
(1) Carburaci¨®n: Despu¨¦s del temple y revenido a baja temperatura, se agrega carbono a la superficie del acero con bajo contenido de carbono para facilitar el endurecimiento, pero su centro a¨²n mantiene dureza y plasticidad.
(2) Nitruraci¨®n: consiste en agregar nitr¨®geno a la superficie del acero . La superficie del acero de nitruraci¨®n tiene una mayor dureza, resistencia al desgaste, resistencia a la fatiga y resistencia a la corrosi¨®n. Actualmente, en la producci¨®n se utiliza principalmente la nitruraci¨®n de gas. Se aplica para el tratamiento t¨¦rmico de engranajes y el tratamiento t¨¦rmico de hierro fundido.
8. Endurecimiento por inducci¨®n
Si la distorsi¨®n fuera un problema para una pieza, el endurecimiento por inducci¨®n es el m¨¦todo preferido. Este puede ser un factor importante para piezas circulares como engranajes. Dado que el tiempo de calentamiento es corto, el endurecimiento por inducci¨®n puede aumentar la producci¨®n y reducir los costos de mano de obra.
utiliza una corriente el¨¦ctrica transferida desde una bobina de cobre colocada alrededor de la pieza. La corriente dirigida calienta ¨¢reas seleccionadas de la pieza de acero a la temperatura y profundidad requeridas. Luego la pieza se templa para lograr la dureza deseada.
9. Endurecimiento a la llama
El endurecimiento por llama solo calienta un ¨¢rea de la pieza. Este proceso funciona bien para trabajos de bajo volumen o casos muy profundos.
El endurecimiento por llama consiste en calentar la parte met¨¢lica con una llama y luego apagarla. A menudo esto se puede hacer con muy pocas herramientas especializadas.
10. Tratamiento t¨¦rmico para aliviar el estr¨¦s
El tratamiento t¨¦rmico de alivio de tensiones est¨¢ dise?ado para devolver un metal lo m¨¢s cerca posible a su estado de fluencia, tensi¨®n m¨¢xima y ductilidad de prefabricaci¨®n. El alivio de la tensi¨®n del metal durante la soldadura puede reducir el peligro de grietas en las piezas soldadas de los recipientes.
Este proceso consiste en que el metal se calienta a una temperatura justo por debajo de su l¨ªmite cr¨ªtico inferior y luego se enfr¨ªa lentamente.
´¡±è±ô¾±³¦²¹³¦¾±¨®²Ô: Se utiliza com¨²nmente para piezas de calderas, botellas de aire, acumuladores, etc.
11. Tratamiento t¨¦rmico al vac¨ªo.
El tratamiento t¨¦rmico al vac¨ªo puede producir el mejor acabado superficial y metalurgia de todos los m¨¦todos de tratamiento t¨¦rmico , que no requiere limpieza adicional.
Coloca los aceros en hornos de tratamiento t¨¦rmico al vac¨ªo que contienen ¨²nicamente gas arg¨®n. La c¨¢mara se calienta hasta 2400 grados F. a un ritmo controlado y luego se baja la temperatura. Un ciclo de tratamiento t¨¦rmico al vac¨ªo dura entre 3 y 24 horas. El proceso est¨¢ controlado por computadora para garantizar la uniformidad y la repetibilidad.
´¡±è±ô¾±³¦²¹³¦¾±¨®²Ô: El endurecimiento al vac¨ªo se aplica a sujetadores, que son el n¨²cleo de la miner¨ªa, la industria m¨¦dica, la aeroespacial, la construcci¨®n, etc.
Referencias
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