Las ventajas que se obtienen después del normalizado están la eliminación de esfuerzos residuales, se mejora la maquinabilidad, en especial en los materiales muy duros, así como la reducción y regulación en el tamaño de grano. El normalizado comúnmente es usado en piezas forjadas, piezas fundidas y laminadas como método de acondicionamiento antes de darles un tratamiento final. Los aceros aleados hipereutectoides (alto carbono) se normalizan para eliminar parcial o completamente las redes de carburo, esto hace más fácil la realización del recocido esferoidizante (proceso que mejora la maquinabilidad del acero al destruir las redes de cementita en pequeños fragmentos). (Mangonon, 2001)
La velocidad de calentamiento hasta la temperatura de normalización no es importante a menos que pieza pueda sufrir deformaciones, así también el tiempo en que el material se mantendrá a la temperatura para que este alcance su fase austenitica en su totalidad. (Mangonon, 2001)
La velocidad de enfriamiento del material luego de ser sacado del horno es importante ya que de aquí se determina básicamente la cantidad de perlita, el tamaño de estas y el espaciado que habrá entre sus láminas, y entre más rápido se enfrié mas perlita habrá, menos espacios quedaran y el tamaño de la perlita será más fino, en estos casos el material será más duro y resistente, e inversamente a mayor tiempo de enfriamiento el material será mas débil y blando. En este contexto el enfriamiento que se requiere es hasta el punto en que la austenita se transforma en perlita, esto normalmente es entre los 500 y 700°C, luego de haber llegado al punto de cambio se templa el metal con agua o aceite. Normalmente los materiales que se les da el templado son los aceros de medio y alto carbono, no a los de bajo carbono. (Mangonon, 2001)
El temple es un proceso de calentamiento de una pieza de acero a una temperatura dentro o arriba de su zona critica, procediendo luego a un enfriamiento rápido. (Amstead, 2003)
Durante el templado las placas de martensita que se van formando rodean y aíslan pequeños depósitos de austenita que se deforman para acomodar la martensita de menor densidad esta austenita queda atrapada en la estructura como austenita retenida (figura 1), la cual puede resultar un problema grave el cual se soluciona con un primer o segundo revenido. (Askeland, 1998)
Figura 1 austenita retenida (blanca) atrapada entre agujas de martensita (negras)
Al enfriarse rápidamente la superficie del acero se transforma en martensita. Cuando la austenita del centro se transforma, este se comprime y la superficie queda en tensión; si los esfuerzos residuales sobrepasan el límite elástico se forma grietas de templado en la superficie (figura 2). Para evitar esto se realiza un templado posterior que permite que se transforme en martensita casi al mismo tiempo este se conoce como templado arriba de M (figura 3) (Askeland, 1998)
Figura 2: formación de grietas de templado causadas por esfuerzos residuales producidos durante el templado. (Askeland D. R., 2004)
Figura 3: tratamiento térmico por templado arriba de M, diseñado para reducir los esfuerzos residuales y grietas de templado. (Askeland D. R., 2004)
La templabilidad es la facilidad de formar martensita en un acero luego de templarlo a partir de la condición austenitica. La templabilidad no debe de confundirse con la dureza, la templabilidad de un acero es principalmente una función de su composición y tamaño de grano." (Smith, Fundamentos de la ciencia e ingenieria de materiales, 2004)
Prueba de templabilidad de Jominy
En la industria se utiliza esta prueba para medir la templabilidad de un acero. Para esto se utiliza como espécimen una barra una barra cilíndrica de 0.0254m de diámetro y 0.1016m de largo con un reborde de 0.00158m en un extremo. Previo a la prueba el espécimen suele normalizarse para que la estructura no tenga un fuerte efecto en la templabilidad. Una vez que la muestra fue austenitizada es colocada en un porta piezas y se lanza inmediatamente un chorro de agua sobre un extremo del espécimen. Posteriormente al enfriamiento se pulen las dos superficies se realizan pruebas de dureza Rockwell. (Smith, Fundamentos de la ciencia e ingenieria de materiales, 2004)
El recocido nos ayuda para mejorar las propiedades de los metales que han sido previamente tratados en frio por algún tipo de trabajo, por ejemplo cuando un metal es trabajado en frio lo que comúnmente lo ocurre es que los granos de este solo se aplanen o se alarguen para que estos granos queden mejor estructurados es conveniente aplicar el tratamiento de recocido.
El recocido es un proceso de reblandecimiento. El método general es calentar la aleación a una temperatura especificada según los resultados deseados y enfriarla con lentitud. (Kazanas, 1983)
Se puede usar el recocido a baja temperatura para eliminar los esfuerzos residuales que se producen durante el trabajo en frio. También se puede usar para eliminar por completo el endurecimiento por deformación que se desarrollo durante el trabajo en frio. En este caso, la parte obtenida es suave y dúctil, pero sigue teniendo un buen acabado superficial y exactitud dimensional. (Askeland, 2009)
En el recocido total, se calienta la pieza a más de la temperatura de transformación, se mantiene hasta que el calentamiento es uniforme y se deja enfriar con lentitud en el horno. La temperatura para el recocido total depende del contenido de carbono de la aleación y se efectúa para producir reblandecimiento, mejoras en el tamaño de los granos u homogeneización. (Kazanas, 1983)
Como resultado del recocido, tiende a reducirse la resistencia elástica, mejorando la tenacidad y la ductilidad con respecto a las condiciones del trabajo en frio. (Keiser, 1992)
Los hierros y los aceros colados se pueden recocer para producir la ductilidad máxima, aunque no se haya hecho trabajo en frio con anterioridad en el material. (Askeland, 2009)
El tamaño de los granos después del recocido depende, principalmente, de la severidad del trabajo en frio anterior; cuanto más intensamente se trabaja en frio el material, antes recocido, tanto más finos tienden a ser los granos después de este ultimo procedimiento. (Keiser, 1992)
En seguida encontramos una imagen del recocido, en esta se explicaran las 3 etapas del recocido. (Askeland, 2009)
a) Así es como se observan los granos después de que el material ha pasado por un proceso de trabajo en frio.
b) La segunda imagen nos muestra el material después de la recuperación.
Cuando un metal fuertemente deformado se calienta en el rango de temperatura de recuperación, justo debajo de la temperatura de recristalización, se relajan las tensiones internas del metal. (Smith, 2006)
La recuperación también es llamada recocido de eliminación de esfuerzos, recocido de relevo de esfuerzos o solamente relevo de esfuerzos. La recuperación nos ayuda a restablecer la conductividad eléctrica. (Askeland, 2009)
c) La tercera imagen nos muestra el material después de la recristalización.
El proceso de formación de nuevos granos por tratamiento térmico de un material trabajado en frio se llama recristalización. El metal recristalizado tiene baja resistencia pero gran ductilidad. (Askeland, 2009)
Los factores importantes que afectan el proceso de recristalización en metales y aleaciones son 1.- la cantidad de deformación previa del metal. 2.- la temperatura. 3.- el tiempo. 4.- el tamaño del grano inicial. 5.- la composición del metal o aleación. (Smith, 2006)
d) La última imagen nos muestra el material después del crecimiento de los granos.
Si la temperatura es suficientemente alta, los granos comienzan a crecer, y unos granos favorecidos consumen a los más pequeños. (Askeland, 2009)
Al finalizar esta investigación se puede concluir que los tratamientos térmicos son una herramienta muy difundida en la industria, debido a que los procesos modernos exigen que los materiales tengan ciertas cualidades mecánicas, en especial de dureza y tenacidad, es ahí cuando los tratamientos térmicos encuentran su papel. Aunque la mayoría de estos tratamientos son para mejorar las cualidades mecánicas, así también existen unos pocos que ablandan los metales, esto para eliminar los esfuerzos residuales generados por los diversos procesos de manufactura.
BIBLIOGRAFÍA
Amstead, B. H. (2003). Procesos de manufactura version SI. México : CECSA .
Amstead, B. (2002). Procesos de manufactura version SI. México: CECSA.
Askeland, D. R. (1998). Ciencia e ingeniaria de los materiales . México: Thomson .
Askeland, D. R. (2004). Ciencia e Ingenieria de los Materiales. México : Thomson.
Askeland, D. R. (2009). Ciencia e ingenieria de los materiales. México: CENGAGE.
Kazanas, H. (1983). procesos basicos de manufactura. México: Mc Graw-Hill.
Keiser, C. A. (1992). Ciencia de materiales para ingenieria. México: Limusa.
Mangonon, P. L. (2001). Ciencia de Materiales: Seleccion y Diseño. Mexico: Prentice Hall.
Smith, W. F. (2004). Fundamentos de la ciencia e ingenieria de materiales. España: McGraw-Hill.
Smith, W. F. (2006). Fundamentos de la ciencia e ingenieria de materiales. Mexico: Mc Graw Hill.
Smith, W. F. (2007). Fundamentos de la ciencia e ingenieria de materiales. Mexico: Mc Graw-Hill.
Autor:
Mónica Leonor Soto de la Rosa
Karen Elena Duarte Loya
Saúl Ariel Gutiérrez Soltero
Mario Alberto Terrazas Castañon
Pedro Antonio Ramos Salazar
Fundamentos de Investigación
Ing. Pedro Zambrano B.
Chihuahua, Chihuahua
07/12/2010
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