Consideraciones para el tratamiento térmico de los aceros fundidos (página 2)

B – Piezas fundidas para trabajar con cargas estáticas y cíclicas.

C – Piezas fundidas no calculadas para cargas.

El acero fundido FA – 35 pertenece por su contenido de carbono al grupo de los aceros termomejorables. Las propiedades de fundición de estos aceros son más elevadas que los aceros laminados de bajo contenido de carbono; estos aceros además poseen mayor fluidez y menor tendencia a la formación de grietas en caliente.

La resistencia a la tracción de estos aceros es de (b ( 540 MPa y su alargamiento relativo es de ( ( 12. 23 %.

•   Estructura obtenida en los FA – 35.

En las piezas fundidas de FA – 35, debido a las condiciones de la colada y enfriamiento que en ocasiones es demasiado lento, se forman en estos aceros una estructura indeseable que provocan que se vean afectadas sus propiedades mecánicas; las que pueden ser mejoradas mediante una operación de tratamiento térmico.

En el FA – 35 la temperatura de fusión es elevada y en ocasiones está por encima de la temperatura tecnológica, lo que unido a una baja velocidad de enfriamiento, provoca la formación de granos gruesos y una estructura heterogénea y burdas de la austenita ( en ese intervalo ), lo que conlleva a que en algunas zonas se concentre alto contenido de ferrita en forma de láminas ó agujas, llamadas estructuras Widmanstatem, según se muestra en la figura 1.

Este tipo de estructura le da al acero una alta fragilidad y bajas propiedades mecánicas, por lo que se considera un acero muy propenso a la rotura, lo que igualmente dificulta su maquinado, por presentar debido a esa estructura una dureza heterogénea.

Fig. 1 Estructura del acero fundido FA – 35 en estado de suministro x 160

3. Tratamiento térmico aplicado.

Para el caso del FA – 35 que se obtienen en muchas industrias del país y en particular en la EFHA de Holguín, según los criterios existentes, podría incluirse tanto en el grupo de los aceros de bajo contenido de carbono, como en los de medio; aunque generalmente cae en este último grupo.

Dentro de la gama de tratamientos térmicos que se pueden aplicar a un acero, está el recocido y el normalizado, los que juegan un papel preponderante en el mejoramiento de la estructura de los aceros fundidos y por consiguiente en su maquinabilidad.

Para el caso de los aceros fundidos del tipo FA – 35 es recomendable aplicar un recocido completo (superior a Ac3 en 30 . 50 0C), lo que asegura la recristalización completa del acero. Esto permite el homogenizar el grano y eliminar la estructura de Widmanstatem, según se muestra en la figura 2. Al mismo tiempo se eliminan las tensiones interna, disminuye la heterogeneidad estructural y mejora su dureza para su mejor maquinado.

Fig. 2 Estructura del FA – 35 después del recocido. X 320

Como regla general, el recocido es un tratamiento térmico preparatorio, sometiéndose a este proceso piezas fundidas, forjadas y laminadas.

El recocido contribuye al aumento de la plasticidad y viscosidad del acero en comparación con los aceros obtenidos después de las operaciones antes señaladas.

El normalizado es otra operación de tratamiento térmico preliminar que se utiliza con el objetivo de afinar el grano, eliminar estructuras indeseables y disminuir tensiones internas como se muestra en la figura 3.

Fig. 3 Estructura del FA – 35 con Normalizado. X 320

Como ventajas este proceso es mucho más productivo que el anterior, pues el enfriamiento del acero se realiza al aire o sea fuera del horno, lo que conduce a una descomposición de la austenita a temperaturas más bajas, lo que aumenta la dispersión de la mezcla ferrito – cementita, lo que hace que aumente la resistencia y dureza del acero en comparación con el recocido. Con el normalizado se garantiza la obtención de una superficie más limpia durante el maquinado de la pieza.

Para las piezas de FA – 35 obtenidas en la EFHA, como su responsabilidad generalmente no es muy alta, el tratamiento térmico que se le realiza en la mayoría de los casos con el fin de mejorar su maquinabilidad y eliminar las tensiones internas es el recocido; por lo que para dicho acero la temperatura de tratamiento térmico se debe elevar hasta 900 . 910 0C con una permanencia de 2 . 3 horas en dependencia de la cantidad de piezas en el horno y su enfriamiento se realiza dentro del horno.

4. Índice de maquinabilidad.

Durante la operación de maquinado del acero FA – 35, las áreas de contacto de la parte cortante de la herramienta, sufren el desgaste que produce la fricción de la viruta en la superficie de ataque y la fricción de la zona de corte en la superficie de incidencia. Para el caso del FA – 35 se analizó el índice de maquinabilidad partiendo de diferentes estados estructurales del acero y para lo cual se partió del modelo matemático expresado en la ecuación de Taylor:

V * Tn ( C ……………………………. 1.1

Donde:

• V – velocidad de corte, m/min

• T – durabilidad de la herramienta, min

• N – exponente que depende del material elaborado, material de la herramienta y otros factores.

• C – constante que depende de los factores antes mencionados.

Y donde se podrá obtener la velocidad de corte óptima para una duración de la herramienta de 60 min.

V60 ( C/Tn

Para la realización de la investigación intervienen varios factores dentro de los que tenemos:

• Material que se elabora.

• Velocidad de corte.

• Avance de la herramienta.

• Profundidad de corte.

• Desgaste de la herramienta.

Para el experimento excluyendo el material y la velocidad de corte se mantuvieron constantes los demás factores con el objetivo de considerar la maquinabilidad como una característica del material.

Con el tratamiento térmico de recocido se obtuvo un índice de maquinabilidad de 0,38, lo que constituye además un incremento de la velocidad de corte para una durabilidad de la herramienta de 60 min. En relación con el acero sin tratamiento térmico 65,07% y en relación con el acero en estado de normalizado representa un incremento de la velocidad de corte de 18,24 m/min.

5. CONCLUSIONES

En el presente trabajo se arribaron a las siguientes conclusiones:

• 1. Sobre la base de los resultados obtenidos, según criterio empleado, se obtuvieron los

modelos matemáticos que caracterizan las probetas ensayadas desde el punto de vista de la relación existente entre la velocidad de corte y la durabilidad.

• 2 Que en el acero fundido FA – 35 con un tratamiento térmico de recocido se obtiene un índice de maquinabilidad de 0,38, logrando una durabilidad de un 65,07%.

• 3 Que con el tratamiento térmico de recocido se posibilita la eliminación de la estructura Widmanstatem, lo que hace que mejore la maquinabilidad de la pieza y sus propiedades mecánicas.

• 4. Que el normalizado posibilita también la eliminación de la estructura Widmanstatem pero afina mucho el grano lo que provoca una elevación de su dureza y por tanto disminuye su índice de maquinabilidad en 0,31.

REFERENCIAS

Aneiro Martínez, Federico. Teoría del Corte de los Metales, tomo I / Federico Martínez

Aneiro; Jesús gonzález González._ _ _ Las Villas: Editorial Pueblo y Educación, 1985. _ _

248p.

Boothoyd, Greffrey. Fundamentos del Corte de Metales y de las Máquinas herramientas. _ _

México: Editorial Mc Graw hill Latinoamericana, s.a 2000. _ _ 360p.

Hidalgo Fernández, Lázaro. Determinación del desgaste de la cuchilla de selenita durante el

Maquinado del acero 45 / Lázaro Hidalgo Fernández. _ _ ( et. Al. ) . _ _ En Costrucción de Maquinarias. _ _ Las Villas. _ _ p. 75-80. _ _ nr. 2 ( abr – jun ) 1989.

Norma Cubana: Aceros y sus Laminados Tomo 1 y 2 1984

Autor:

Ing. María Elvira Font Pérez

Dr.C.Francisco Luis Hernández Arias

Departamento de Ingeniería Mecánica, Facultad de Ingeniería, Universidad de Holguín. Holguín, Cuba.