AUTOR: Andriu Peraza
Procesos mecanicos (trabajos en frio)
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l trabajo en frío de los metales se realiza en o cerca de la temperatura ambiente para que la ventaja de una la resistencia a la cedencia reducida, o la presión del forjado, acompañada de elevadas temperaturas no están disponibles para ayudar en la operación de formado. Adicionalmente, los metales “con trabajo de endurecimiento”, es decir, que aumentan la resistencia a la cedencia, durante la deformación a bajas temperaturas, añaden aún más al trabajo necesario para alcanzar la forma deseada. El atractivo de formar de frío, además de los ahorros obvios del costo cuando no se requiere calor, es la mayor precisión dimensional que se puede lograr generalmente, ya que no hay la necesidad de ajustar la contracción ni la deformación térmica o distorsión, una vez que se complete el formado. Y a menudo así como importante, las partes de metal trabajadas en frío evitan también la decoloración (oxidación) de la superficie que ocurre en temperaturas más altas, así que la parte puede ser presentable a la venta y posible servicio sin un proceso posterior. La desventaja de este proceso es que es muy duro (60 Rockwell C), los aceros para dados con elevada resistencia a la abrasión, son requeridos a resistir las demandas de trabajo en frío. Con tal énfasis en la resistencia de abrasión, la dureza de loa aceros para dados de elevada dureza son generalmente muy quebradizos. La selección de aceros para dados para trabajo en frío ofrecidos por FINKL, trabajar de frío muere aceros ofrecieron por A. Finkl & Hijos S.A. son de grado “moderado” que proporcionan algún grado de dureza a la fractura sobre un exclusivo enfoque en la resistencia a la abrasión. .
Diferencias
(trabajo en frio y en caliente)
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as principales ventajas del trabajo en frío son: mejor precisión, menores tolerancias, mejores acabados superficiales, posibilidades de obtener propiedades de dirección deseadas en el producto final y mayor dureza de las partes. Sin embargo, el trabajo en frío tiene algunas desventajas ya que requiere mayores fuerzas porque los metales aumentan su resistencia debido al endurecimiento por deformación, produciendo que el esfuerzo requerido para continuar la deformación se incremente y contrarreste el incremento de la resistencia, la reducción de la ductilidad y el aumento de la resistencia a la tensión limitan la cantidad de operaciones de formado que se puedan realizar a las partes
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a ventaja principal del trabajo en caliente consiste en la obtención de una deformación plástica casi ilimitada, que además es adecuada para moldear partes grandes porque el metal tiene una baja resistencia de cedencia y una alta ductilidad.Los beneficios obtenidos con el trabajo en caliente son: mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo, menores fuerzas y esfuerzos requeridos para deformar el material, opción de trabajar con metales que se fracturan cuando son trabajados en frío, propiedades de fuerza generalmente isotrópicas y, finalmente, no ocurren endurecimientos de partes debidas a los procesos de trabajo.
Tratamientos termicos ¿Qué son?
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e conoce como tratamiento térmico el proceso que comprende el calentamiento de los metales o las aleaciones en estado sólido a temperaturas definidas, manteniéndolas a esa temperatura por suficiente tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus propiedades físicas y 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 sólidos cerámicos. El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecidos. Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro-carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos.
Las curvas T.T.T.
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austenita cuando el enfriamiento hasta temperatura ambiente se realiza de forma continua. Cada acero tiene sus propias curvas TTT l diagrama Fe-C representa la o TEC y se diferencian de otros transformación de la austenita cuando materiales por la capacidad de los enfriamientos son lentos o de templabilidad y los constituyentes equilibrio. Los productos finales de la obtenidos a diferentes tiempos y transformación de la austenita en los temperaturas. Son necesarias cuando se aceros son la ferrita, cementita y la pretende tratar térmicamente un acero y perlita. obtener unas propiedades mecánicas Los enfriamientos rápidos de la determinadas. austenita para obtener martensita no Las curvas TTT son representaciones siguen el diagrama de equilibrio Fe-C importantes porque ayudan a conocer la por ser productos que no están en de tratar térmicamente los equilibrio. En estos casos el empleo del forma diversos aceros para obtener las diagrama de equilibrio Fe-C no tiene mecánicas deseadas en cada sentido y en su lugar deben utilizarse las propiedades caso. Además de indicar cuanto tiempo curvas “S” o diagramas TTT en el necesitará para que empiece la estudio de los tratamientos térmicos de se transformación a una temperatura temple, normalizado y recocido. definida y cuanto tiempo Los diagrama TTT (tiempo, temperatura subcrítica para que la austenita esté y transformación) representan el tiempo necesitará completamente transformada. Además necesario para transformar de forma de los tiempos de transformación el isotérmica la austenita a una diagrama informa sobre la constitución temperatura subcrítica específica y el final obtenida, su dureza y en algunos producto de dicha transformación. casos su resistencia mecánica. Según el procedimiento seguido en el enfriamiento de la austenita se distinguen las transformaciones isotérmicas (curvas TTT) y las transformaciones por enfriamiento continuo (Curvas TEC). Figura 1: Diagrama TTT para un acero eutectoide • Curvas TTT. Enfriamiento isotérmico. Registran como se transforma la austenita en un enfriamiento isotérmico y muestra los constituyentes y sus propiedades mecánicas (dureza y resistencia a la tracción) obtenidos a diferentes tiempos de transformación. • Curvas TEC. Enfriamiento continuo. Registran la transformación de la
Recocido, normalizado y temple Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. Los principales tratamientos térmicos son: •Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etcétera. •Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento . •Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas. •Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.
Temple-revenido Através del enfriamiento luego del calentamiento se pone el acero duro y bronco. En la estructura del material se pueden presentar tensiones tan altas, que aparecen grietas de temple y el material se quiebra como vidrio. Con el fin de eliminar estos fenómenos negativos y de dar al material "la dureza necesaria", se deben revenir luego del templado, esto significa que se calientan nuevamente» En caso de una disminución considerable de la dureza y de la resistencia, aumenta nuevamente la tenacidad del material. Las temperaturas de revenido se orientan conforme a la finalidad de empleo le la pieza de trabajo. Entre mas alta sea la temperatura de revenido, menor será entonces la dureza y de tal forma será mas tenaz el acero. Colores de revenido para aceros sin aleación ricos en carbono:
Endurecimiento
(Precipitacion y envejeciemiento)
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os aceros inoxidables martensíticos y endurecidos por precipitación son tratables con calor y, por lo tanto, ofrecen una amplia gama de dureza y solidez. Para facilitar la funcionalidad, vienen en condiciones de solución para recocido. El fabricante que lo utilice deberá realizar el tratamiento térmico final para darle las propiedades mecánicas necesarias. En esencia, los aceros martensíticos son aleaciones de Fe-Cr con mayor contenido de carbono que los ferríticos, lo que les permite endurecerse al ser enfriados con aire, aceite o agua. Según el acero y el uso deseado, la ductilidad mejora con el templado. Los aceros endurecidos por precipitación tienen un contenido de aleación más alto que los aceros martensíticos. Contienen níquel y, para que puedan endurecerse con el tiempo, se les agrega cobre, aluminio, titanio, niobio y molibdeno. Según la composición química, su microestructura después del tratamiento térmico final es austenítica, semiaustenítica o martensítica. Los aceros martensíticos tienen aplicación, por ejemplo, en herramientas de corte, instrumentos quirúrgicos y dentales, sujetadores, muelles, cojinetes de bolas y placas de prensa. También son muy solicitados en la industria petroquímica; por ejemplo, para turbinas de vapor y de gas. Las aplicaciones de nuestros aceros endurecidos por precipitación son, por ejemplo, anillos de retención, retenes de muelles, muelles, cadenas, válvulas, engranes, piezas de aeronaves, depósitos de presión y sellos. Nuestros aceros inoxidables martensíticos y endurecidos por precipitación vienen en los aceros que se mencionan a continuación (existen más aceros sobre pedido), y en muchas formas del producto y acabados de superficie. Nuestros centros de servicio están equipados para ofrecer una gran variedad de etapas de acabado.
El fortalecimiento por envejecimiento es posible si la línea de solubilidad sólida se inclina fuertemente hacia el centro en el diagrama de fase. Es deseable un gran volumen de partículas de precipitado, una pequeña cantidad suficiente del elemento de aleación debe añadirse que sigue siendo fácilmente soluble en algún razonable recocido temperatura. Los elementos utilizados para el fortalecimiento de la precipitación de aluminio y aleaciones de titanio típica representan alrededor del 10% de su composición. Aunque las aleaciones binarias son más fáciles de entender como un ejercicio académico, las aleaciones comerciales a menudo utilizan tres componentes para el fortalecimiento de las precipitaciones, en las composiciones, tales como Al (Mg, Cu ) y Ti (Al, V ). Un gran número de otros constituyentes puede ser involuntaria, pero benigna, o puede ser añadido para otros fines tales como refinamiento del grano o resistencia a la corrosión. En algunos casos, tales como las aleaciones de aluminio muchos, un aumento en la fuerza se consigue a expensas de la resistencia a la corrosión.
La adición de grandes cantidades de níquel y cromo necesarios para la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables significa que los métodos tradicionales de temple y revenido no son eficaces. Sin embargo, los precipitados de cromo, cobre u otros elementos pueden reforzar el acero en cantidades similares en comparación con el temple y revenido. La fuerza puede ser adaptado mediante el ajuste del proceso de recocido, con temperaturas más bajas iniciales que resulta en mayores fortalezas. El menor aumento de la temperatura inicial de fuerza motriz de la nucleación. Más fuerza motriz se traduce en más sitios de nucleación, y en más lugares, significa más lugares para que las dislocaciones a ser interrumpido mientras que la parte terminada está en uso.