MANUAL
ING. WALTER ROLANDO ALIAGA GARCIA
LOS DEFECTOS EN LOS TRATAMIENTOS TERMICOS SAN AGUSTIN DE CAJAS 2020
LOS DEFECTOS EN LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS INTRODUCCIÓN Dentro de la industria metal-mecánica cada vez más se requiere de materia les metálicos que cumplan con ciertos requisitos y condiciones específicas. Para lograr tales condiciones, el técnico debe contar con una preparación teórica-práctica y ser capaz, por medio de su experiencia, para tomar decisiones y ejecutar las soluciones que le parezcan correctas en el trabajo.
Por esta razón el siguiente trabajo pretende mostrar la problemática que se presenta en algunos de los aceros, desde su obtención en forma natural hasta sus tratamientos finales a los que se expone el material; incluyendo las causas y efectos que ocasionan las fallas y los métodos de prevención, así como sus posibles soluciones de las anomalías que suelen suceder continuamente.
También se hace referencia constantemente sobre la importancia que tiene el control de la temperatura y el tiempo en los tratamientos térmicos que se aplican a los aceros para herramienta. Se describen procedimientos detallados, específicos, para cada tratamiento en particular haciendo notar los errores más comunes que se cometen en la práctica, además se indican soluciones preventivas y las correctivas, dependiendo de la magnitud de la falla.
La validez de lo anterior se basa en un análisis metalográfico, el cual es un método que sirve para determinar- las fallas en la estructura metálica, desde el punto de vista microscópico.
En forma no menos importante se menciona la influencia de algunos factores que afectan el comportamiento de la herramienta, como, por ejemplo: diseño mecánico, procedimiento de maquinado, etc.
El trabajo incluye una parte experimental, que a su vez contiene una serie de fotomicrografías, que muestran la variedad de las estructuras, dependiendo de la variación de los factores previamente mencionados (temperatura-composición del acero).
Máquina para las fotomicrografías Finalmente se presenta un conjunto de tablas representativas de las pruebas llevadas a cabo en laboratorio, en ellas se indica el comportamiento de los diferentes aceros analizados, al hacer variar los parámetros que afectan o mejoran las condiciones de trabajo.
DEFECTOS QUE SE PRODUCEN EN LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS Los errores del tratamiento térmico provocan daños, pero más errores se deben al hecho de que los errores ocultos de forma latente solo se hacen visibles a través del tratamiento térmico o solo durante la producción después del tratamiento térmico o fueron causados por condiciones de funcionamiento incorrectas. Un análisis de daños no solo requiere uno confiable Metodología de medida e investigación, pero también amplia experiencia con materiales, procesos de tratamiento térmico y áreas de aplicación. Casi ningún otro tema recibe tanta atención e interés en contenido como informes de pérdidas. Los oyentes ven sus propias evaluaciones confirmadas o siguen las declaraciones con la certeza de que este o aquél presentó error en la propia producción está excluido. En casos extremadamente raros, uno Contribución a la discusión sobre la experiencia interna con errores o daño. En el contexto de las investigaciones específicas de daños que se llevarán a cabo, el evaluador de daños también depende de la información de las partes involucradas. Pero es demasiado muy a menudo descubren que la información precisa no se conoce o se oculta deliberadamente. La causa de Es probable que se encuentre información retenida o incorrecta en el hecho de que el resultado de una evaluación de daños es incierto y el posible daño económico resultante con el resultado las reclamaciones que surjan no pueden preverse o son muy elevadas. Resultados de medición objetivos y verificables (dureza, Análisis, resistencia, tenacidad, tamaño de grano, grado de pureza, etc.) solo hay una falta de aceptación si se cuestiona la corrección de la posición del examen o los métodos de examen no se acordaron antes del tratamiento térmico. Las declaraciones y opiniones subjetivas de los involucrados en el daño siempre deben ser evaluadas por el evaluador de daños y verificadas para verificar su plausibilidad. Esta es una clave. Punto de una investigación de incidente. Al comienzo de una investigación, se desarrollan hipótesis de daño, que luego deben ser confirmadas o refutadas. La implementación de un análisis de daños se encuentra en la directriz definido. También debe tenerse en cuenta aquí que, también la investigación del daño en sí mismo las limitaciones económicas tema. El esfuerzo de examen debe estar en una relación razonable con el daño, por lo que no todos en el laboratorio. Se utilizan los equipos de prueba y medición disponibles. tengo que. Esto también se señala en la directriz 3822 de VDI: "En algunos casos simples o inequívocos, es posible que algunos de los pasos de trabajo que se especifican a continuación no se lleven a cabo en detalle". Sin embargo, incluso al comienzo de una investigación, no siempre está claro qué hallazgos pueden requerir más investigaciones.
Papel decisivo del tratamiento térmico en la producción de piezas metálicas Las equivocaciones que producen los defectos en el proceso del tratamiento térmico, suelen ser los últimos o uno de los últimos, pero evidentemente en la fabricación y producción de los metales es donde se producen los más crasos errores Pueden surgir varios problemas durante el tratamiento térmico. De hecho, los estudios y análisis han demostrado que los problemas que ocurren en menos del 10% de los tratamientos térmicos o procesos térmicos solo se convierten en problemas que son ellos mismos causados por el tratamiento térmico y se ven menos afectados que otras razones. Cómo
Problemas con el tratamiento térmico en metalurgia. Los problemas con el tratamiento térmico comienzan con el proceso de fabricación metalúrgica. Cuando se trata de aleaciones metálicas, la precisión, reproducibilidad y homogeneidad de los componentes de la aleación son de vital importancia para el proceso de tratamiento térmico. Los procesos de enfriamiento de las fundiciones de metales, así como los primeros pasos del tratamiento mecánico, podrían decidir sobre las cuestiones importantes de los productos fabricados a partir de estas barras en bruto, varillas, placas, palanquillas después de varios otros pasos mecánicos y de procesamiento.
Problemas con el tratamiento térmico relacionados con la construcción. El diseño de las piezas afectará a sus capacidades, que serán sometidas a tratamientos térmicos o procesos térmicos con los resultados esperados y sin efectos secundarios sobre la forma de las piezas ni por detalles de la forma de la pieza. La forma de las piezas está determinada por su función tecnológica, pero existen pautas en el diseño que deben seguirse para el tratamiento térmico. A menudo, los problemas de grietas y durezas podrían haberse evitado si el proyecto hubiera seguido unas reglas de diseño simples y generales, tanto para la función técnica como para el tratamiento térmico al que iban a ser sometidos. Otro tema importante es la selección de la combinación de diseño, calidad del material y tratamiento térmico para componentes funcionales que tienen cierta relevancia para la seguridad, vida útil y comportamiento de desgaste. A menudo, se culpa al tratamiento térmico únicamente por los errores cometidos al elegir esta combinación.
Problemas de tratamiento térmico relacionados con la superficie. No se esperan problemas al mecanizar piezas: pero el punzonado, torneado, fresado, taladrado, rectificado, pulido y las condiciones superficiales resultantes, las impurezas superficiales y las tensiones introducidas afectan la eficacia del tratamiento térmico, la homogeneidad, la calidad superficial y los resultados de la distorsión de las piezas mecanizadas. el tratamiento térmico. Por ejemplo, el tratamiento térmico no puede
eliminar la distorsión al calentar una pieza con grandes esfuerzos de deformación. La pieza está deformada debido a tensiones causadas por operaciones anteriores. Para obtener propiedades específicas en los materiales, se emplean tratamientos adecuados, particularmente para los aceros especiales que son empleados para este fin, el tratamiento térmico es bien conocido. A pesar de los conocimientos acerca de los principios metalúrgicos a dichos tratamientos y de técnicos relativas, siempre existirán problemas en las prácticas industriales; de los existentes generalizaremos, en los cambios de volumen y las fracturas en los productos.
TRATAMIENTO TERMICO
FALENCIA FALLA O NECESIDAD
TIPO DE FALLA
CAUSA
CONSECUENCI A
Deformación distensión
del proceso
esfuerzos residuales del proceso de formado
demora en la entrega de costos
variación de temperatura en la pieza
del proceso
Sistema de calentamiento en movimiento
propiedades no homogéneas
ausencia de instrumentos de control
del proceso o instrumentos
inexistencia
bajo control del proceso
Reproceso
del proceso
incorrecta realización del tratamiento térmico
grietas y alabeo zonas criticas
durezas no homogéneas
del proceso
falta de homogeneidad en el temple
propiedades mecánicas fuera del rango especificado
bajo control estadístico
del proceso
bajo conocimiento
control estadístico mal enfocado
baja practicidad del durómetro
del proceso o instrumentos
baja eficiencia de los instrumentos in situ
limitada toma de decisiones durante el proceso
TEMPLE
REVENIDO
Fallas más comunes en el tratamiento térmico (temple ) en acero grado herramienta
Probables Consecuencias
Posibles Soluciones
Cuando calentamos un acero muy de prisa y no respetamos los tiempos que corresponden al tipo de acero y medida.
Se puede agrietar, rajar o resultar una dureza desuniforme, además de tener una estructura en el grano desuniforme.
Recocer completamente; templar lentamente y de manera uniforme.
Cuando un acero después de sacado del horno se enfría en aceite en lugar de agua.
Nos dará una dureza muy baja, con una buena estructura en las orillas, pero con un centro muy blando
Recocer completamente y volver a templar, enfriando en agua (medio más brusco)
Cuando un acero es sacado de horno y enfriado en agua en lugar de aceite.
Material quebradizo, deformaciones, rajadas y una dureza muy alta, la dureza de la pieza es muy profunda.
Si el acero no se ha quebrado o fracturado, recocer y templar correctamente(al aceite).
Cuando un acero en el temple no alcanzo la temperatura (baja o insuficiente)
No va a levantar mucha dureza.
Tenemos que volver a recocer y templar correctamente a la temperatura que corresponda por el tipo de acero.
Nos da un material quebradizo con fisuras o grietas, además de una dureza alta y un grano grueso.
Dar tratamiento para normalizar y volver a templar sin exceder la temperatura.
Cuando a un acero se le dio temple a una temperatura excesiva y resultó quemado el acero.
Nos da una dureza baja, fundido con grietas y con grano grueso.
Este material ya no sirve, se va a la chatarra.
Cuando un acero no se maquina lo suficiente es un acero descarburizado.
Checamos la dureza superficial y es muy baja, sin embargo en el núcleo si
De preferencia rectificar para eliminar la superficie suave.
Cuando a un acero se le dio temperatura de más sin quemarlo.
cuenta con la dureza correcta y en la superficie tiene granos gruesos.
Por ser las condiciones en que se desarrolla el temple de los aceros las más extremas, tanto por las temperaturas alcanzadas en el calentamiento como por la brusquedad del enfriamiento, se considera que debe de analizarse los posibles defectos producto de un temple mal efectuado, de esta forma se identifica y se corrige estos indeseables resultados, que perjudican en mayor o menor grado una pieza metálica tratada térmicamente.
La determinación de la causa o causas que han producido la inutilización de una pieza en su tratamiento térmico no es siempre sencilla, más aún, teniendo en cuenta que pueden concurrir uno o varios factores adversos simultáneamente. Al tratar de solucionar este tipo de problemas y evitar con ello su repetición, basta con actuar sobre la causa o causas más importantes, ejecutando el remedio apropiado, lográndose con ello eliminar el peligro de su reaparición y, en consecuencia, la de otras posibles causas derivadas de aquéllas, que, aunque de menor importancia, no dejan de tener influencia perjudicial en los resultados que se obtengan.
Cabe resaltar el hecho que, como se mencionó anteriormente, existen fallas en los aceros, a veces no detectables, antes de ser tratados térmicamente y que en cambio si aparecen posteriormente manifestándose a través de grietas, deformaciones, etc.
En la mayoría de los casos tales incidentes no son imputables al tratamiento térmico. La Tabla II en el ANEXO VI resume los defectos más comunes que se producen en el temple de un acero, sus motivos y sus posibles correcciones.
En el caso de los procesos de cementación mal efectuados, provocan la aparición de varios defectos o anomalías en las capas enriquecidas y que pueden ser debidas a problemas con el control; de la atmósfera, de temperatura de austenización final de la capa cementada, en la preparación de las cargas, etc. Las consecuencias son tan variadas que sólo se resumirá en la Tabla I que se muestra en el ANEXO VI.
Ademรกs, se resume en la Tabla III del ANEXO VI la identificaciรณn de falencias, necesidades, fallas en el control y manejo de variables como resumen de la evaluaciรณn realizada periรณdicamente en procesos de temple y revenido.
Es de suma importancia, elaborar y consultar los archivos de ocurrencias donde se encuentran registrados los inconvenientes que se han venido presentando durante la consecución de procesos realizados. En estos documentos se debe presentar las soluciones planteadas para superar y mejorar dichos problemas, además de estos documentos puede servir de guía para casos similares. Este archivo, así como los procedimientos e instructivos de cada tratamiento debe estar disponible para que sirvan como referencia para el personal de planta.
DEFORMACIÓN Se mencionó que los tratamientos térmicos en lechos fluidizados, bajo ciertos métodos y mecanismos no presentan problemas considerables en cuanto la deformación final de una pieza tratada; sin embargo, todos los aceros cambian sus dimensiones y se deforman con el tratamiento térmico, unos en mayor medida que otros; de esta manera un aspecto crítico a considerar es su control, debido a que afectaría el éxito de un costoso proceso de manufactura en sus últimas etapas de producción aumentando el costo en un posterior
mecanizado, retrasando los tiempos de entrega y ocasionando incomodidad al usuario final por la demora en la entrega. Es preciso entonces el énfasis en su control y minimización mediante diferentes técnicas de proceso.
La deformación y variación de medidas generalmente se debe a esfuerzos residuales internos que están presentes en la pieza antes del tratamiento térmico como resultado de operaciones en trabajo en frío, durante el calentamiento de temple en el cual esfuerzos internos se generan por condiciones de temperatura no uniformes, mala ubicación de la pieza en el interior del horno y transformaciones estructurales del acero durante el ciclo del tratamiento. Por tanto; la deformación del material sometido a tratamiento térmico puede ser un resultado de: tensiones de mecanizado, tensiones térmicas y tensiones de transformación.
Maquina Vibradora para el tratamiento por vibración A fin de reducir las tensiones de mecanizado deberá realizarse siempre un distensionado o alivio de tensiones sobre todo en piezas de geometría complicada sometida a un mecanizado importante. De este modo, las tensiones inducidas se ven reducidas. Las tensiones térmicas aumentan si el calentamiento se efectúa rápidamente y de forma desigual. Una forma de evitar estos inconvenientes, especialmente con piezas grandes o complejas es mediante etapas de precalentamiento a fin de equilibrar la temperatura en el componente. Debe de tratarse siempre de calentar lentamente a fin de que la temperatura se mantenga virtualmente igual en toda la pieza. Todo lo relativo sobre el calentamiento debe aplicarse también en la etapa de enfriamiento, debido a las fuertes tensiones que se generan durante este período, estas tensiones se originan por la existencia de los
cambios de fase, inherentes a los tratamientos térmicos, del cual aún se tiene escaso control.
Tensiones Termicas Sin embargo, a lo mencionado anteriormente, se considera que la principal ventaja de los hornos de lecho fluidizado con relación a la deformación de piezas sometidas a tratamiento térmico, se puede mencionar dos características fundamentales que aseguran una muy baja deformación y variación de medidas iniciales: 1.- Excelente uniformidad térmica en toda la superficie de todas las piezas situadas en la cesta de trabajo, incluso para grandes volúmenes de carga. Es decir, el grado de uniformidad de temperatura en los componentes es independientemente de su geometría, dimensión y densidad de carga.
uniformidad térmica en toda la superficie 2.- Excelente uniformidad térmica en diversas zonas del lecho fluidizado (típicamente ±3°C), minimizando los gradientes de temperatura en las diferentes secciones de una pieza procesada.
Sistemas de tratamiento térmico SCHWING en lecho fluidizado HT 680 y HTQ 680
7.2. CONTROL Y MINIMIZACIÓN DE LA DEFORMACIÓN De acuerdo a casos concretos, la deformación no puede ser eliminada; pero se puede controlar de la siguiente manera: Medir e inspeccionar la deformación de la pieza antes y después del tratamiento térmico. Previa solicitud al cliente para que indique la tolerancia de mecanizado con el cual contará la pieza a ser tratada, ya que esto va a compensar la posible deformación que pueda producirse después del tratamiento térmico, del cual las dimensiones finales podrán ajustarse durante el mecanizado final.
Controlar la profundidad de la capa formada en cualquiera de los procesos de difusión a alta temperatura. Por ejemplo, en una excesiva profundidad de capa en la cementación, la deformación tiende a aumentar. Es necesario el análisis de la posibilidad de realizar la cementación a menor temperatura y así evitar inminentes problemas de deformación.
Controlar de la velocidad de calentamiento cuando el acero alcanza la temperatura de austenización específica, según la calidad del acero. Este factor no ejercerá casi ninguna influencia excepto en instancia donde las variaciones de secciones sean críticas.
Hornos infrarrojos: Control de velocidad para recubrimientos Controlar cuidadosamente la temperatura del medio de enfriamiento y sus condiciones en relación con la complejidad en su geometría, su composición química y requerimientos de dureza solicitada.
Asegurar un precalentamiento cuidadoso. En el transcurso del temple, se considera que la primera etapa de precalentamiento es la más importante debido a que se podrá uniformizar la temperatura en toda la sección del material antes de proceder a temperaturas posteriores más altas donde el acero estará sujeto a transformaciones microestructurales. Por encima de rangos de temperatura de precalentamientos la transferencia de calor se vuelve menos crítico, en que la velocidad de transferencia disminuye.
Asesoramiento adecuado sobre la elección de los aceros y su tratamiento térmico. Con pleno conocimiento de temas como templabilidad, medio de enfriamiento, temperatura de austenización y la elaboración de procedimientos técnicos sustentados se garantizará una estructura más uniforme y por tanto se evitará deformaciones.
Se debe llevar un registro de todas las piezas propensas a sufrir alta deformación, calibrando longitudes y diámetros internos, tanto finales como iniciales, con el fin de servir como precedentes para procesos posteriores.
Existe gran dificultad para predecir los cambios dimensionales durante el tratamiento térmico, sin embargo, de acuerdo a la experiencia adquirida en la práctica, se ha establecido algunos parámetros de deformación que se puede predecir después del ciclo térmico; estos dependerán de una serie de factores tales como la selección del medio de enfriamiento en el temple, la forma en que son colocadas las piezas en el horno, las características de la pieza; como su geometría o diseño, tipo de acero, dureza requerida. Sólo después de analizar todas estas variables se podrá determinar el rango de deformación para cada caso en particular.
Deformaciones en los tratamientos térmicos Uno de los principales problemas para los responsables del tratamiento son las deformaciones después de todo el proceso térmico. Como solemos decir, los casos prácticos a menudo no se reflejan en la teoría, simplemente por la dificultad de identificar las diferentes variables físicas que afectan de manera crítica el resultado final. Debemos distinguir dos tipos de deformaciones: – Variaciones dimensionales: contracciones y expansiones debidas a cambios estructurales durante el tratamiento, que pueden aumentar o disminuir el volumen de la pieza, sin modificar su geometría (variación isotrópica). Este tipo de variación ocurre muy raramente, debido al hecho de que los materiales son generalmente heterogéneos y su comportamiento es anisotrópico. – Variaciones de forma o distorsiones: dependen de las variaciones de volumen anisotrópico, pero sobre todo de las deformaciones elásticas/plásticas generadas por tensiones internas. En gran medida, dependen de los gradientes térmicos entre las diferentes zonas de piezas en las fases de calentamiento y enfriamiento. Las diferentes teorías sobre las deformaciones no pueden predecir, ni el aumento de volumen ni la variación de forma, pero sí pueden explicar su naturaleza. Para poder minimizarlas es necesario poder controlar y definir diferentes parámetros de proceso, dependiendo de los diferentes tipos de piezas a tratar La diferencia de temperatura entre el núcleo y la superficie de las piezas en las fases de calentamiento y enfriamiento provoca tensiones internas que, en la mayoría de los casos, exceden el límite elástico del material a altas temperaturas. Cuando esto sucede, el
material sufre variaciones de forma además de las variaciones dimensionales inherentes causadas por el cambio estructural en la fase de austenización y endurecimiento. En primer lugar, la tolerancia necesaria para el mecanizado debe ser mayor que el mínimo de variaciones dimensionales causadas por el cambio estructural, que para el caso teórico de una variación isotrópica, es alrededor del 1 % del volumen y el 0,3 % de las medidas lineales. En los casos en que hay un porcentaje de austenita residual, la deformación volumétrica disminuye de manera directamente proporcional a la cantidad de austenita, y en algunos casos donde la austenita residual es muy alta, como puede suceder en aceros para herramientas con alto contenido de carbono, incluso puede conducir a una contracción del volumen.
El diagrama de causa-efecto anterior, ayuda a comprender qué otros parámetros influyen en el éxito de todo el proceso, donde el tratamiento térmico, pese a ser el proceso que resalta la mayoría de las deformaciones, en realidad no es el único responsable.
FALLAS EN LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS CAUSAS DE LAS FALLAS PREMATURAS. Durante la fabricación y elaboración del acero para herramientas, es difícil cumplir con las tolerancias establecidas por control de calidad, es inevitable que alguna pieza acuse defectos de fabricación, las cuales pueden ser: fisuras, poros, segregaciones, bandeados, etc.
Sin duda los defectos de fabricación mencionados contribuyen aún más a las posibles fallas prematuras del material; el cual está sujeto a condiciones de trabajo rígido, pero normalmente existen otros factores que afectan el comportamiento de las herramientas, algunas de ellas son: Identificación incorrecta de un acero: Uno de los errores que con más frecuencia se cometen es asignar el material (por su identificación) un color que no esté de acuerdo con su clasificación, este tipo de deficiencia no permite distinguir claramente su composición química, permitiendo al comprador cierta confusión, al uso de la herramienta para las condiciones que esté programada. Realmente es muy frecuente cometer este tipo de anomalías, debido al descuido en el manejo del material, consecuentemente surgen fallas provocadas por tal factor.
Utilización inadecuada de una herramienta. Es muy común observar día a día el inadecuado manejo; por ejemplo, darle el uso de martillo a una llave de estrías, a sabiendas que sus propiedades mecánicas no son para tales condiciones; otro ejemplo seria utilizar un desarmador como palanca, esto puede ocasionar resquebrajadura o un simple doblamiento, porqué sus condiciones mecánicas no son adecúa das al trabajo expuesto. Así podemos mencionar otros ejemplos, pero lo que se pretende es hacer notar las fallas en el tratamiento térmico.
Condiciones inadecuadas en el maquinado: No sólo perjudica el aspecto exterior de la herramienta, sino que desmerece la calidad del material, que, al someterlo a condiciones de trabajo, resalta el daño que resulta por un maquinado inadecuado que se suscitó durante el servicio, ya sea por trabajar en condiciones húmedas o por un empleo de piedras excesivamente duras que se manejaron con una presión demasiado elevada, acarreando daños como fisuras o ralladuras que pueden ser muy finas y escapan a la vista, provocando a la herramienta un mal servicio.
Superficies Defectuosas: A pesar de todo el cuidado que se tiene para el acero de herramienta durante su elaboración, frecuentemente tienen defectos en la superficie que son propios de un proceso tanto rústicos durante el trabajo en caliente o en frío, esto implica defectos en el material que por consiguiente obtendremos propiedades mecánicas bajas.
METALOGRAFÍA DE LAS FALLAS EN EL TRATAMIENTO TÉRMICO. Un análisis metalográfico es la técnica más conveniente para determinar en donde ha sido mal ejecutado el tratamiento. A continuación, se presenta una descripción de las fallas más típicas que ocurren en los tratamientos térmicos de Recocido, Normalizado, Temple y Revenido, que se aplicaron a los aceros de herramienta AISI W-2, 0-1, S-1, D-2.
Desarrollo Experimental. De los aceros mencionados, se cortaron piezas de 0.5 cm de diámetro por 0.5 cm de espesor, posteriormente se aplicaron los tratamientos térmicos, que para el Recocido se asignaron temperaturas de 800 a 1000°C con intervalo de 100° C de 2 a 3 hrs. de tiempo de permanencia. En el Normalizado se fijan temperaturas y tiempo de exposición semejantes al recocido. Para el tratamiento de Temple se maneja la temperatura de austenización por abajo y arriba del punto de equilibrio A. Las temperaturas son de 650 a 1000°C con intervalos de 100°C y tiempo de exposición 10 minutos; medio de temple (agua, aceite) de acuerdo a las caracteriscas del acero. En la finalización de cada uno de los tratamientos se procede al análisis metalográfico, con el siguiente procedimiento. Para tener un mejor análisis se
cortaron las piezas tratadas en forma transversal para realizar un estudio interior y en ocasiones se dejaron intactas las piezas para el estudio superficial, una vez realizados los cortes se montaron en baquelita para un mejor manejo de la pieza, a continuación, se sigue un pulido desde desbaste grueso hasta semifino con esmeriles de papel de 160 a 600 (grueso), posteriormente el pulido a espejo con paños y alúmina (óxido de aluminio). Enseguida se atacan las piezas con una solución de nital al 3%. Para lograr la observación al microscopio y determinar la falla que previo al tratamiento se desarrolló, seleccionándola para fotomicrografiarla y obtener evidencias de cada una de ellas. El último proceso fue tomar dureza Rockwell ' C El resultado de la práctica se menciona posteriormente. Fallas en el Recocido. Las fallas más frecuentes que pueden presentarse en los tratamientos térmicos de recocido son producidas por el sobrecalentamiento. En estos tratamientos se producen microestructuras incorrectas conocidas como estructura dúplex, quemado de primer grado, segundo y tercer grado.
El sobrecalentamiento se debe a un exceso en la temperatura de austenización y un exceso en el tiempo de permanencia. Ambos efectos producen un aumento en el tamaño de grano austenítico. Este aumento se debe al crecimiento aislado de algunos granos, pero como la velocidad de enfriamiento no es igual para todos los granos, se produce una estructura intermedia conocida como estructura duplex (mezclas de granos pequeños y grano grueso). Si mantenemos el exceso de temperatura y prolongamos el tiempo de permanencia se llega a homogenizar el tamaño de grano, sólo en este caso se obtiene grano excesivamente grueso. En consecuencia, tiende a perder la herramienta sus propiedades mecánicas que la caracterizan. Control del resultado de recocido Las fallas de recocido se reconocen en la presencia de la pieza de trabajo partida. Por eso se debe entallar la pieza de prueba luego del recocido y se debe partir transversalmente al sentido de laminado a través de un golpe de martillo corto.
Figura Control del resultado de recocido 1 entallar, 2 rompimiento
Con exceso de temperatura aún mayores que en el caso anterior, el material comienza a pasar ligeramente de un estado sólido a un estado líquido en los bordes o límite de grano, a este efecto se le conoce como quemado y se puede presentar 1 en 3 grados. 1. Quemado de primer grado. 2. Quemado de segundo grado. 3. Quemado de tercer grado. Quemado de Primer Grado: Se produce por un comienzo de fusión en los bordes de grano del acero. Como el acero líquido es muy ávido de carbono, disuelve gran cantidad de este elemento a expensas del material circundante. Como consecuencia, se produce durante el enfriamiento subsiguiente una red de carburos de hierro: CFe _ cementita en los bordes de grano otorgando gran dureza y fragilidad al acero. Quemado de Segundo Grado:
El acero pasa por las etapas anteriores de fusión en los bordes de los granos, absorción de carbono y comienzo de oxidación. El oxígeno que penetra se combina primeramente con el carbono dando C0_ que aparece en forma de glóbulos en los bordes de grano. (Fotomicrografía 5) Quemado de Tercer Grado: El acero sufre los procesos anteriores, fusión de bordes de grano, migración del carbono y oxidación de éste para dar CO. Como el material sigue expuesto a altas temperaturas en un medio oxidante, sigue penetrando mayor cantidad de oxígeno, que ahora elimina todo el carbono de la zona afectada en forma de CO, que sale del material dejando una franja de ferrita. A continuación, el oxígeno que sigue penetrando oxida el hierro liquido de los bordes originando trozos de óxido de hierro que quedan ocluidos en el material perdiendo cohesión. (Fotomicrografía 6) La tabla l presenta las fallas en el tratamiento térmico en los aceros de herramienta AISI W-2, 0-1, S-1, D-2 temperatura de exposición y microestructura que presenta la falla. La tabla 1.A presenta estructuras y propiedades mecánicas de los aceros indicados en la tabla 1. Fallas en Normalizado.
Es un tratamiento térmico con enfriamiento relativamente acelerado (aire). Esto implica una velocidad de enfriamiento mayor al principio y menor al final del proceso. Puesto que la diferencia de temperatura entre pieza y aire es máxima al comienzo del enfriamiento. En consecuencia, las primeras fases que se forman durante el enfriamiento, no dispondrán del tiempo suficiente para conformarse en sitios preferentes y dar una estructura muy diferente a las que produce un recocido. Aquí las estructuras son más homogéneas y de grano más fino. Las propiedades mecánicas que corresponden a este tipo de tratamiento son mayores que en la estructura de recocido. Las fallas que se presentan en un normalizado se debe también a un exceso de temperatura y tiempo, las más comunes son:
1. Estructura Widmanstatten. 2. Estructura Ferrítica Bísáltica. Estructura Widamanstatten:
Se origina con un calentamiento a temperatura excesiva durante un tiempo prolongado. A causa de la temperatura, el grano austenitico crece y los átomos deberán recorrer una trayectoria mayor para llegar al borde de grano, nucleares y conformarse. En el corto lapso esto se cumple sólo en forma parcial y los granos de ferrita, si bien se nuclean en los bordes de grano de la austenita tienen prolongaciones a lo largo de los planos cristalográficos que recorrieron en su trayectoria. Esta estructura se observa al microscopio en forma de placas o agujas. Esta estructura perjudica las propiedades mecánicas principalmente en la resiliencia. (Fotomicrografía 7)
Estructura Ferritica Basáltica:
Estructura originada por una temperatura excesiva acompañada por un enfriamiento rápido, generalmente se presentan en aceros con un contenido menor a 0.20% C, su aspecto es irregular sin presentar agujas. La microestructura, disminuye propiedades mecánicas, aunque en menor grado que la Widmanstatten. (Fotomicrografía 8) La tabla 2 presenta las fallas en el tratamiento térmico de normalizado en aceros de herramienta AISI W-2, 0-1, S-1, D-2, temperatura y tiempo de exposición y la microestructura que presenta la falla. La tabla 2.A presenta estructuras y propiedades mecánicas de los aceros mencionados en la tabla 2. Fallas por Temple. Cuando queremos retener a temperatura ambiente en forma total o parcial una estructura estable a alta temperatura, recurrimos a los tratamientos térmicos con enfriamientos rápidos, denominados temples. Las fallas más frecuentes que se presentan en el temple es debido a un sobrecalentamiento, tiempo de permanencia y el medio de temple (velocidad de enfriamiento) a consecuencia de los factores presentados obtenemos fallas denominadas como: Hipotemple; (temperatura de austenizacion o temple demasiado bajo). Muchas veces se cometa el error de templar los aceros de herramienta desde temperaturas demasiado bajas, o en medios poco severos con el fin de evitar distorsiones o ahorrarse el revenido. Estos tratamientos deben rechazarse, porque la transformación estructural es incompleta, se perjudica principalmente la dureza. Si los aceros de herramienta, especialmente los que contienen cromo se templan desde una temperatura insuficiente o se mantienen poco tiempo a la temperatura necesaria se obtiene una dureza inferior a la debida, porque en esas condiciones no se produce la necesaria disolución de los carburos. (Fotomicrografía 9).
Ferrita Remanente: Cuando la temperatura de calentamiento es insuficiente, quedarán restos de material sin transformarse, por consecuencia no podrá regenerar se la estructura martensítica total. Si la temperatura alcanzada entre las líneas PS y GS en un material quedaran granos de ferrita remanente sin austenizar. Estos granos de ferrita blanda, quedarán ocluidos en la masa martensítica, bajando la dureza y la resistencia mecánica del material (Fotomicrografía 10). Esta falla se acentúa en la estructura que previo al temple poseen granos de ferrita remanente son mayores, acentuando la heterogeneidad del material. (Fotomicrografía 11) Hipertemple: (temperatura de austenización o temple demasiado alta).
En efecto, el exceso de temperatura durante la austenización del material origina un tamaño de grano austenitico muy grande que al templar a su vez da por resultado una martensita muy basta. Estructura muy dura y frágil. (Fotomicrografía 12) También con la temperatura excesiva se originan tensiones internas que superan a las fuerzas de cohesión de la estructura cristalina, es muy frecuente que se produzcan grietas o fisuras de temple que se reconocen metalográfica mente por su curso cristalino- (Fotomicrografía 13, 14)
Austenita Retenida:
En los aceros de herramienta con elementos de aleación, cuando efectuamos un calentamiento por arriba de la zona de austenización producimos además de martensita gruesa (Fotomicrografía 14), una cierta cantidad de austenita retenida. Esta se manifiesta en la presencia de un fondo blanco entre los granos gruesos y agujas de martensita, en la porción exterior de la microestructura. Como la austenita es más blanda que la martensita se puede detectar fácilmente comparando la dureza periférica. (Fotomicrografía 15). La tabla 3 presenta fallas de austenización en los aceros de herramienta AISI W-2, 0-1, S-1, D-2 temperatura y tiempo de exposición. La tabla 3.A presenta estructura y propiedades de los aceros presentados en la tabla 3. Las gráficas A, B, C nos muestran una relación de dureza contra temperatura de austenizacion en los aceros W-2, 0-1 y S-1. Distorsión:
La distorsión se puede presentar en cualquier producto templado, como consecuencia de las variaciones de volumen y dimensiones. La falla se desarrolla de la siguiente manera: Antes del Temple y durante el Temple. Antes del Temple: Por un calentamiento irregular demasiado rápido, ocasiona la insuficiente penetración de temperatura a través de la sección del material templado, provocan dilataciones diferentes, es decir, causan tensiones que producen distorsiones. Durante el Temple: Cuando una pieza caliente de forma rectangular y alargada se sumerge en el agua de una manera inconveniente, los extremos de la pieza se enfrían rápidamente que la parte central, asimismo las zonas adyacentes a las esquinas se enfrían más rápidamente, por hacerlo a través de dos o más superficies simultáneas. En todas las porciones enfriadas rápidamente se forma una corteza sólida que comprime al interior del metal, las fuerzas desarrolladas de la región interior producen curvaturas lateral y concavidad en la superficie de las bases de la pieza. Esto es más evidente cuando el medio de temple utilizado es muy severo. Descarburizacion:
Una falla que puede originarse en cualquier tipo de tratamiento térmico, causada por un calentamiento, por arriba de la temperatura de austenización, es la descarburizacion superficial. En estado austenitico el acero es permeable a la penetración y salida de carbono. Es por eso que debe cuidarse la hermeticidad de los horros puesto que el oxígeno es ávido de carbono, descarbura tanto más cuanto mayor sea el contenido en carbono de la pieza. La descarburizacion se hace notar como una falla muy grave en el tratamiento de temple, es por eso que se le da más importancia aquí en el temple. La descarburizacion se presenta de la manera siguiente: es una pérdida de carbono en la zona periférica del acero, producida a altas temperaturas bajo la acción de determinadas mezclas gaseosas, debido a la acción del oxígeno del aire o gas oxidante o la pérdida de carbono en la superficie, originando una difusión de carbono del interior al exterior que tiende a remplazar el carbono perdido. Esta falla se presenta en forma de cascarilla (óxido de hierro) que envuelve todo el material y que cuando se presenta en mayor cantidad origina importantes pérdidas de material y da lugar a irregularidades superficiales que perjudican a los aceros de herramienta que deben obtener durezas elevadas y que no se pueden conseguir, cuando existen descarburizaciones sobre todo en los tratamientos de temple donde requieren de una dureza elevada. (Fotomicrografía 16, 17) La tabla 4 presenta las fallas más frecuentes de austenización o temple en los aceros AISI W-2, 0-1, S-1, D-1 temperatura y tiempo de exposición. La tabla A.A muestra estructuras y propiedades mecánicas de los aceros presentados en la tabla 4. Fallas en un Revenido. Durante el tratamiento de temple, en algunos casos, las herramientas quedan sujetas a tensiones internas, estos esfuerzos perjudican el comportamiento de la herramienta. Para eliminar estas anomalías es necesario aplicarle algún otro tratamiento encargado de realizar esta función.
El revenido tiene por objeto aminorar las tensiones causadas por el temple y hacer al acero menos quebradizo. Consiste en calentar a una temperatura superior a 100°C seguido de un enfriamiento lento. El revenido debe efectuarse, en lo posible, inmediatamente después del temple. Si no se procede así, para las piezas de formas aplicadas, éstas corren el riesgo de rajarse debido a las tensiones interiores, ya sea después de cierto uso o al comenzar a utilizarlas.
Las fallas de revenido se presentan cuando una pieza excede su temperatura correspondiente y se aplica un enfriamiento lento, esto produce al material una fragilización que consecuentemente tiende a ser quebradiza al someterla a esfuerzos de trabajo. Dicha falla no se obtuvo en la práctica.
ANEXOS
