Tratamiento Austempering

TRATAMIENTO DE LOS METALES TRATAMIENTO DE AUSTEMPERADO

NOMBRE: Alejandro Sandoval Rodolfo González CARRERA: Mantenimiento Industrial, sección 869. ASIGNATURA: Tratamiento de los Metales. PROFESOR: Álvaro Huentemilla. FECHA:04 de octubre del 2016.

ÍNDICE

1

INTRODUCCIÓN...................................................................................................... 3

2

EL AUSTEMPERING................................................................................................. 4

3

CAMPO DE APLICACIÓN.......................................................................................... 4

3.1 ACEROS TRATABLES.............................................................................................. 4 4

BENEFICIOS............................................................................................................ 5

5

VENTAJAS............................................................................................................... 5

6

PROCEDIMIENTO.................................................................................................... 5

7

TIPO DE ENFRIAMIENTO AUSTEMPERADO.............................................................6

8 PROPIEDADES ENTREGADAS ………………………………………………………………………………………………………………… ..7 9 CONCLUSION……………………………………………………………………………………………… ………………………………………… 8

1 INTRODUCCIÓN Se conoce como tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, de los metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los cerámicos. Los aceros al carbono y aleados se someten a tratamiento térmico para cambiar sus propiedades mecánicas de acuerdo a la necesidad, la mayor parte de las veces estos tratamientos se hacen para obtener cualidades deseadas de dureza, resistencia mecánica, flexibilidad o rigidez para las piezas nuevas, o en otros casos reducir la dureza para así poder ser maquinadas en reparaciones de piezas usadas muy duras, o la fragilidad para las piezas fabricadas por deformación en frío. En general pueden distinguirse de manera simplificada los siguientes tratamientos térmicos: 1. 2. 3. 4.

Normalizado. Recocido. Revenido. Austempering (Austemperado)

En este informe se detallará el tratamiento de austempering (austemperado). El austempering (o temple bainítico) es un tratamiento térmico que se aplica al Acero. Con este tratamiento isotérmico se pretende obtener piezas con una estructura bainítica, que sean duras pero no extremadamente frágiles. Suele aplicarse a aceros con un contenido en carbono alto. Se utiliza para piezas como engranajes, ejes, y, en general, partes sometidas a fuerte desgaste que también tienen que soportar cargas. Puede sustituir al procesos como el Temple por inducción y el Temple convencional.

2 EL AUSTEMPERING Los inicios del austempering comienzan en 1930, gracias a las investigaciones de Edgar C. Bain and Edmund S. Davenport, reconocidos metalúrgicos de la época, quienes después de la exposición del metal a temperaturas promedio entre los 250– 550 °C, hallaron una formación microestructural que se le llamó bainita, la cual le confiere al acero propiedades mecánicas, principalmente la tenacidad, a la vez buenos niveles de dureza. La explotación comercial del acero bainítico no se hizo masiva de la noche a la mañana, pues otros tratamientos térmicos practicados en aquella época por enfriamiento continuo, impidieron la creación de microestructuras completamente bainíticas; debido, entre otros factores, a la variada gama de aleaciones del acero disponibles, que producían ya sea microestructuras mixtas o con cantidades excesivas de martensita. En 1958, con el advenimiento de los aceros de bajo carbono que incluían microaleantes de: boro y molibdeno, permitieron la producción de aceros completamente bainíticos, además de la aplicación de nuevos tratamientos térmicos, aquellos que implicaban mantener la pieza de trabajo a una temperatura fija durante un periodo de tiempo suficiente para la formación de la bainita, técnica que se conoció colectivamente en el mundo como austempering.

3 CAMPO DE APLICACIÓN Una de las aplicaciones más comunes donde los expertos recomiendan emplear el austempering es la fabricación de resortes, palas, flejes y, en algunos casos, en piñones, ya que brinda tenacidad y capacidad de soportar impactos, además, al lograr otorgarles a los materiales excelentes propiedades de resortabilidad. El objetivo del austempering es pues lograr la combinación en las piezas de la tenacidad y la resortabilidad. Por ello, se emplea en los casos particulares en los que se requiere estas propiedades. Si se practica austempering a todo tipo de piñones es posible obtener piezas con buen grado de tenacidad, pero con dientes que pueden llegar a sufrir un desgaste prematuro. Así pues, la decisión correcta de utilizar austempering o un por ejemplo un cementado convencional, depende da las necesidades de la pieza y del tipo de trabajo que se quiera adelantar; piezas como el rotomartillo, por ejemplo, necesitan mayor resistencia al impacto (austempering) que al desgaste, dado que es una herramienta que en su funcionamiento produce un choque continuo. Según Johnny Obando, Ingeniero Químico, y quien tiene una amplia experiencia en la asesoría de materiales y procesos de fabricación, en el proceso de austempering también se puede utilizar piezas como las puntillas, dado que, además de proporcionarles la dureza adecuada, parar clavarse en la pared o cualquier otro material, también le confiere resortabilidad, a fin de que el golpe fuerte con el martillo no provoque su ruptura inmediata. Así mismo, los cigüeñales para los carros, son otro tipo de elementos que necesitarían austempering, dado que estas herramientas trabajan bajo condiciones de impacto muy fuertes, por lo que requieren de una alta tenacidad.

3.1 ACEROS TRATABLES. El temple bainítico se utiliza principalmente para endurecer aceros con un contenido de carbono medio o elevado, en el rango de 35-55 HRC, cuando se requiere dureza con la ventaja añadida de una reducción de la distorsión. El proceso se utiliza ampliamente en la industria del automóvil para clips y otras piezas, donde se requiere la máxima flexibilidad y dureza. El rango de aplicaciones del temple

bainítico incluye generalmente piezas fabricadas a partir de láminas o una banda de pequeña sección transversal. El temple bainítico es especialmente aplicable a las piezas de acero al carbono de sección delgada que requieren una dureza excepcional. El temple bainítico es más efectivo en aleaciones ferrosas con contenido en carbono medio o elevado y en piezas de fundición de hierro dúctil como SAE 1045 a 1095, 4130, 4140, 5160, 6150 (C45 a C100, 25CrMo4, 42CrMo4, 50CrV4), así como para los requisitos de dureza necesarios entre HRC 38-52. Los aceros que contiene 0.6% o más de carbono se austemplan con facilidad.

4 BENEFICIOS   

El temple bainítico es un proceso de endurecimiento de los metales que produce propiedades mecánicas que incluyen: Una mayor ductilidad, dureza y resistencia para una dureza determinada. Resistencia al impacto. Distorsión reducida, especialmente en las partes más finas.

5 VENTAJAS En el austempering se distinguen básicamente tres importantes ventajas: •

Durabilidad de las piezas cuando estas están sometidas a altos impactos.

•

Deformaciones mínimas en el material.

• No requiere un calentamiento posterior de revenido, es decir la pieza ya adquiere las características mecánicas de ductibilidad, resortabilidad, resistencia al impacto y tenacidad, sin la utilización de procesos posteriores. • Menor grado de tensiones. Los expertos recomiendan el austempering, sobre todo en aceros con un mejor contenido de carbono entre 0.5 y 0.9 por ciento, internacionalmente se manejan los aceros ANSI 4140, 5160, 3340. En Colombia por disponibilidad de materiales, se tienen 1050, 10 60, 1070, 1080, 5150, entre otros.

6 PROCEDIMIENTO El procedimiento consiste en llevar el acero hasta la temperatura de austenización, enfriarlo en un medio a temperatura por encima de la temperatura de transformación martensitica del acero, dejarlo allí por un tiempo con el fin de alcanzar la transformación bainítica con lo que se consigue un material de excelente tenacidad. La acción específica es calentar la pieza a 860-920 ºC, mantener la misma temperatura durante un cierto tiempo (aproximadamente el doble de acero), luego colocar rápidamente en el baño

isotérmico de 250-350 ºC, para procesar el tratamiento isotérmico de 0,5-1,5 horas, luego sacar para que sea enfriada por aire. Después del endurecimiento isotérmico, ya que el estrés no es grande, generalmente no hay necesidad de hacer el tratamiento de revenido.

7 TIPO DE ENFRIAMIENTO AUSTEMPERADO El tratamiento consiste en calentar el acero a la temperatura de austenitización y después de sostenerlo un determinado tiempo, enfriarlo rápidamente hasta una temperatura levemente superior a Ms en un baño de sal, este baño mantiene la temperatura de la pieza constante. La reacción a esta temperatura produce una estructura completamente bainitica, (bainita superior o inferior), luego el acero es enfriado al aire, hasta la temperatura ambiente. De este modo se logra una estructura dura pero no excesivamente frágil. La principal limitación de este tratamiento radica, en que algunas veces debido a la masa de la pieza a tratar, no se consiguen las velocidades de enfriamiento necesarias para evitar la transformación de la austenita a perlita en la zona de temperaturas comprendidas entre 480 y 650°C, por lo que únicamente es apropiado en aquellos casos en que las piezas, por su forma, pueden enfriarse rápidamente. Por tanto, el austemperado encuentra su aplicación industrial en los perfiles de espesor inferior a aproximadamente 12 mm (1/2 pulgada. En los aceros aleados este espesor mínimo es un poco mayor, aunque en este caso el tiempo que tarda la austenita en transformarse completamente en bainita puede resultar excesivo.

8 PROPIEDADES ENTREGADAS EI tratamiento de austemperado permite obtener una excelente combinación de propiedades mecánicas como la resistencia a la tracción entre 850 y 1600 MPa, limite elástico entre 550 y 1300 MPa, y alargamiento entre 1% y 10%. La resistencia a la tracción alcanzada en la fundición nodular austemperada (FNA) puede ser el doble de la resistencia de la fundición nodular en estado de colada, para el mismo nivel de tenacidad. La resistencia al impacto, medida en probetas sin entalla, varía entre 30 J y 120 J. La resistencia a la fatiga y al desgaste conseguidas con el material austemperado son excelentes. Las propiedades arriba mencionadas han incentivado el estudio de la reacción de austemperado en la fundición nodular, para ampliar su conocimiento y encontrar aplicaciones que permitan sustituir algunos aceros de alta resistencia en la fabricación de componentes de maquinaria. Otros aspectos importantes, además de las propiedades mecánicas, son la menor densidad y menor costo de producción de las piezas fabricadas en fundición nodular austemperada, cuando se compara con los aceros forjados o fundidos. Piezas de geometría complicada pueden ser producidas usando técnicas avanzadas de fundición permitiendo disminuir los costos de maquinado para lIegar a las dimensiones finales.

9 CONCLUSION El austemperado consiste en calentar el acero a la temperatura de austenitización y después de sostenerlo un determinado tiempo, enfriarlo rápidamente hasta una temperatura levemente superior a Ms en un baño de sal, este baño mantiene la temperatura de la pieza constante, por lo tanto se deduce que la reacción a esta temperatura de un enfriado rápido produce una estructura completamente bainitica, (bainita superior o inferior). En cuanto a las propiedades que puede otorgar un tratamiento de austemperado, este permite obtener una excelente combinación de propiedades mecánicas tales como la resistencia a la tracción entre 850 y 1600 MPa, limite elástico entre 550 y 1300 MPa, y alargamiento entre 1% y 10%, limite elástico y alargamiento. Por otra parte, una de las aplicaciones más comunes donde los expertos recomiendan emplear el austempering es la fabricación de resortes, palas, flejes y, en algunos casos, en piñones, ya que brinda tenacidad y capacidad de soportar impactos, además, al lograr otorgarles a los materiales excelentes propiedades de resortabilidad Por ende, los beneficios que se pueden obtener del proceso de endurecimiento de los metales

que produce propiedades tales como mayor ductilidad, dureza, resistencia entre otras, son en su unanimidad, cararetisticas fundamentales para el desarrollo de distintas producciones que emplean el acero en su proceso, este le entregara un valor agregado confiable en la calidad del trabajo aumentando asi la vida útil de los elementos fabricados.