Trabajo en frío
El conformado en frío es empleado a nivel mundial para fabricar los productos más diversos. Clavos, tornillos, bulones, tubos de cobre, botellas de aluminio, cord metálico para neumáticos etc. También la mayoría de los objetos metálicos de uso doméstico se producen mediante este método: mangos, bisagras, elementos de unión, listones y utensilios de cocina. El trabajo en frio se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cedencia original del metal, produciendo a la vez una deformación. El concepto del conformado en frío comprende todos los métodos de fabricación que permiten deformar plásticamente (a temperatura ambiente y ejerciendo una presión elevada) metales o aleaciones de metales tales como cobre, aluminio o latón, pero sin modificar el volumen, el peso o las propiedades esenciales del material. Durante el conformado en frío la materia prima recibe su nueva forma mediante un proceso que consta de diferentes etapas de deformación. De tal manera se evita que se exceda la capacidad de deformación del material y por lo tanto su rotura. Las 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. Trabajo en caliente Por trabajo (o labrado) en caliente se entienden aquellos procesos como laminado o rolado en caliente, forja, extrusión en caliente y prensado en caliente, en los cuales el metal se caldea en el grado suficiente para que alcance una condición plástica y fácil de trabajar. El laminado en caliente se usa por lo general para obtener una barra de material con forma y dimensiones particulares. El extrusionado es el proceso por el cual se aplica una gran presión un lingote metálico caliente, haciendo que fluya en estado plástico a través de un orificio restringido. El forjado o forja es el trabajo en caliente de metales mediante martinetes, prensas o maquinas de forja. En común con otros procesos de labrado en caliente, la forja produce una estructura de grano refinado que da por resultado una mayo resistencia y ductilidad. Las piezas forjadas tienen mayor resistencia por el mismo peso. Se define como la deformación plástica del material metálico a una temperatura mayor que la de recristalización. La 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. 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, laresistencia 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.
Un diagrama TTT (temperatura, tiempo, transformación) o curva S resume las posibles transformaciones de la austenitapara cada acero, imprescindibles tanto para el diseño de tratamientos térmicos como para la interpretación de las microestructuras resultantes después de los mismos. Su construcción experimental se realiza mediante un determinado número de muestras de acero que, previamente austenizadas, se enfrían en baños de sales a diferentes temperaturas y tiempos determinados. La microestructura obtenida en
cada una de las muestras se analiza y representa, obteniéndose así el diagrama TTT para ese acero. Esquema de una isoterma de tiempo-temperatura-transformación isoterma. Muestra un calentamiento de la transformación de un estado B a A. La línea roja indica la evolución temporal de la temperatura de calentamiento.
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.
Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta la temperatura de austenización (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 objetivo 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.
REVENIDO Es el tratamiento térmico efectuado sobre un producto templado con el fin de obtener modificaciones que le confiera las características de empleo deseadas. El ciclo térmico se compone de las siguientes etapas: - Calentamiento hasta una temperatura determinada pero inferior a Ac1. - Uno o varios mantenimientos a una o varias temperaturas determinadas. - Uno o varios enfriamientos hasta la temperatura ambiente (generalmente al aire, agua o aceite). El objetivo del revenido es mejorar la tenacidad de los aceros templados, a costa de disminuir la dureza, la resistencia mecánica y su límite elástico. En el revenido se consigue también eliminar, o por lo menos disminuir, las tensiones internas del material producidas a consecuencia del temple. El proceso completo de temple más revenido se conoce como bonificado, que como su nombre lo indica, mejora o beneficia el acero, aumentando su vida.
El temple como todos los tratamientos térmicos, es un proceso de calentamiento y enfriamiento, realizando este último con una velocidad mínima denominada crítica de temple. El fin que se pretende generalmente en este ciclo es transformar toda la masa de acero con el calentamiento en austenita y después, por medio de un enfriamiento suficientemente rápido, convertir la austenita en martensita, que es el constituyente de los aceros templados. En la práctica no se transforma la totalidad de la austenita formada, en martensita, en muchos casos porque es imposible conseguir una velocidad de enfriamiento suficientemente rápida en la totalidad de la masa de las piezas muy grandes y en otros, por que no interesa obtener este constituyente sino Bainita, Troostita y Sorbita. El proceso de temple consta esencialmente de dos fases, una fase de calentamiento y otra fase de enfriamiento. El calentamiento hasta la temperatura máxima se debe iniciar estando el horno está a baja temperatura y a ser posible, a la temperatura ambiente; la elevación de temperatura debe ser uniforme en toda la pieza, ésto se consigue elevando la temperatura del horno lo más lentamente posible. Por ejemplo para los aceros al carbono, la elevación de temperatura hasta 850°C debe durar como mínimo un minuto por milímetro de espesor o diámetro de la pieza; el tiempo de permanencia a la máxima temperatura, también influye en el crecimiento del grano y, por lo tanto, debe reducirse todo lo posible, se calcula que es suficiente una permanencia de uno o dos minutos por cada milímetro de espesor de la pieza, para conseguir la austenización completa en el acero, las piezas deben sumergirse en una mezcla de carbón granulado dentro de una caja de acero herméticamente cerrada para evitar descarburación y oxidación de las apiezas. El temple como todos los tratamientos térmicos, es un proceso de calentamiento y enfriamiento, realizando este último con una velocidad mínima denominada crítica de temple. El fin que se pretende generalmente en este ciclo es transformar toda la masa de acero con el calentamiento en austenita y después, por medio de un enfriamiento suficientemente rápido, convertir la austenita en martensita, que es el constituyente de los aceros templados. En la práctica no se transforma la totalidad de la austenita formada, en martensita, en muchos casos porque es imposible conseguir una velocidad de enfriamiento suficientemente rápida en la totalidad de la masa de las piezas muy grandes y en otros, por que no interesa obtener este constituyente sino Bainita, Troostita y Sorbita. El proceso de temple consta esencialmente de dos fases, una fase de calentamiento y otra fase de enfriamiento.
El calentamiento hasta la temperatura máxima se debe iniciar estando el horno está a baja temperatura y a ser posible, a la temperatura ambiente; la elevación de temperatura debe ser uniforme en toda la pieza, ésto se consigue elevando la temperatura del horno lo más lentamente posible. Por ejemplo para los aceros al carbono, la elevación de temperatura hasta 850°C debe durar como mínimo un minuto por milímetro de espesor o diámetro de la pieza; el tiempo de permanencia a la máxima temperatura, también influye en el crecimiento del grano y, por lo tanto, debe reducirse todo lo posible, se calcula que es suficiente una permanencia de uno o dos minutos por cada milímetro de espesor de la pieza, para conseguir la austenización completa en el acero, las piezas deben sumergirse en una mezcla de carbón granulado dentro de una caja de acero herméticamente cerrada para evitar descarburación y oxidación de las apiezas.
ENDURECIMIENTO
-Los metales son blandos y deformables a causa del movimiento de las dislocaciones en la estructura cristalina y el endurecimiento de los mismos se produce cuando se dificulta este movimiento.
Línea de dislocación forzada a través de partículas de una segunda fase o microconstituyente situadas en su plano de deslizamiento
-El endurecimiento máximo de los metales puros se obtiene por deformación en frío. En este caso, se produce un sistema de dislocaciones complejo que hace extremadamente difícil cualquier movimiento posterior. Los procedimientos utilizados para el endurecimiento de los metales puros pueden emplearse también para las aleaciones, sinembargo, existen otros métodos para aumentar su resistencia mecánica: -Los que se basan en reacciones en el estado sólido, halladas en un número relativamente pequeño de sistemas de aleación. -Los que se basan en el endurecimiento por aleación (formación de soluciones sólidas o presencia de una segunda fase) que se produce en todas las aleaciones. Este método es el más común. ENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO (PRECIPITACIÓN) Sólo hay dos métodos principales para aumentar la resistencia y la dureza de una aleación dada: trabajo en frío o tratamiento térmico. El proceso de tratamiento térmico más importante para aleaciones no ferrosas es el de endurecido por envejecimiento o por precipitación.
Tratamiento de precipitación: Es necesario un tratamiento de precipitación de la aleación para la formación de un precipitado finamente disperso. La formación de dicho precipitado en la aleación es el objetivo del envejecimiento. El precipitado fino en la aleación impide el movimiento de las dislocaciones durante la deformación, forzando a que éstas pasen a través de las partículas de precipitado cortándolas o rodeándolas. La aleación resulta reforzada mediante esta restricción del movimiento de las dislocaciones durante la deformación. En esta etapa se obtiene la dureza máxima de estas aleaciones, la solución sobresaturada sufre cambios que conducen a la formación de la segunda fase.