Temple El temple es un proceso de calentamiento seguido de un enfriamiento rápido para conseguir mayor dureza y resistencia mecánica del acero.

Transcripción

1 TEMPLE Y REVENIDO OBJETIVOS - Obtener alta dureza en un acero por medio del temple - Observar el comportaiento del acero al momento de hacer uso del método que se aplicara Temple El temple es un proceso de calentamiento seguido de un enfriamiento rápido para conseguir mayor dureza y resistencia mecánica del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior (entre C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características del acero) en un medio como aire aceite, agua, agua más polímeros solubles, etc. Existen diferentes métodos para realizar el calentamiento tales como horno eléctrico, horno de gas, horno de sales, llama e inducción entre otros. En el temple por inducción los aceros normalmente utilizados tienen un contenido de carbono entre 0,3% y 0,7% (aceros hipoeutectoide). Ventajas del calentamiento por inducción: Permite tratar una parte determinada de la pieza (perfil de temple) Gestión de la potencia aplicada Control de la frecuencia y tiempos de calentamiento Control del enfriamiento Ahorro de energía No hay contacto físico Control y localización del calor Posibilidad de integración en líneas de producción. Incrementa el rendimiento y ahorra espacio El tratamiento por inducción se puede realizarse de dos formas: En estático: consiste en situar la pieza frente al inductor y realizar la operación sin desplazar ni la pieza ni el inductor. Este modo de trabajo es muy rápido, requiere una mecánica sencilla y permite una localización muy precisa de la zona tratada, incluso sobre piezas de geometría complicada. Progresivo (o al desfile): consiste en recorrer la pieza realizando la operación en continuo, desplazando bien la pieza o bien el inductor. Este modo de trabajo permite el tratamiento de piezas de gran superficie a tratar y de grandes dimensiones. Para un mismo tipo de pieza el temple al desfile requiere potencias más pequeñas con tiempos de tratamiento más largos en comparación con el temple en estático. Revenido El revenido consigue disminuir la dureza, la resistencia y aumenta la tenacidad de los aceros templados, a la vez se eliminan las tensiones creadas en el temple, dejando al acero con la dureza deseada.

2 El sistema tradicional de revenido consiste en un calentamiento a temperaturas relativamente bajas (entre 150 y 500 ºC siempre por debajo de la línea AC1) durante un tiempo para luego dejarlas enfriar lentamente. Ventajas del calentamiento por inducción: Tiempos más cortos en el proceso. Control de la temperatura Integración en líneas de producción Ahorro de energía Disponibilidad inmediata de piezas Ahorra espacio en la planta Mejora las condiciones del entorno El proceso de temple y revenido es un tratamiento para distintos componentes en muchos sectores industriales como: Energía Eólica, Tratamiento Térmico, Automoción, Tubo,Aerospacial, Cadenas, Industria en general. Temple y Revenido Qué es el temple? El tratamiento de temple consiste en enfriar de manera controlada a la mayoría de las variantes de aceros aleados previamente calentados a temperaturas de entre 750 ºC y ºC. Dependiendo del material base, la temperatura y tiempo de calentamiento, y severidad del enfriamiento se puede conseguir una amplia gama de durezas. Posterior al temple se realiza un tratamiento de revenido de tipo 1 a temperaturas de entre 200 ºC y 300 ºC con la finalidad de optimizar la tenacidad y reducir la fragilidad de las piezas

3 Cómo se consigue el temple? El tratamiento de temple se divide en dos pasos: 1. Calentamiento controlado en temperatura (entre 750 ºC y ºC dependiendo del material base), rampa de calentamiento y tiempo de mantenimiento a temperatura máxima.ajustando estos tres puntos de control podemos conseguir las condiciones idóneas previo al temple disolviendo los elementos aleantesde manera correcta y obteniendo una estructura austeníticadeseada.de esta manera aseguramos unos resultados finales óptimos, uniformes y repetibles. 2. Enfriamiento controlado de la zona a templar. Es muy importante controlar el medio de temple (agua, agua + polímero, aceite ), caudal, presión y la tipología de sistema de ducha utilizado.con un correcto ajuste del temple se consigue la transición estructural de austenitaa martensita, mejorando notablemente la dureza de la zona templada. Existe un tercer paso necesario asociado al temple en aceros con alto grado de fragilidad. Dureza y fragilidad son características directamente proporcionales por lo que hay que hacer un tratamiento posterior para equilibrar ambas. Este tratamiento se conoce como recocido de eliminación de tensiones (revenido) y consiste en mantener las piezas a temperaturas 650 ºC durante un tiempo determinado. Gracias

4 a este revenido se consigue reducir la fragilidad y ajustar la pieza a diferentes requisitos mecánicos dependiendo del tiempo de mantenimiento a temperatura. En casos excepcionales para potenciar al máximo la transformación de austenita martensita, al temple le sigue un proceso sub cero previo al revenido. Materiales de temple Casi todos los aceros destinados al uso industrial se pueden templar, por ejemplo los aceros para resortes, aceros para trabajo en frío, aceros de temple y revenido, aceros para rodamientos,

5 aceros para trabajo en caliente y aceros de herramientas, así como una gran cantidad de aceros inoxidables de alta aleación y aleaciones de hierro fundido. Propiedades mejoradas: Alta resistencia al desgaste Dureza excelente Ductilidad mejorada (revenido) Resistencia a tracción Estructura de la matriz El enfriamiento rápido (temple) del acero desde la temperatura de temple hace la estructura cúbica original más rígida. Este estado impuesto conlleva una distorsión tetragonal de la matriz produciendo una celda unitaria centrada en el cuerpo típica. El nombre de este elemento constitutivo microestructural es martensita. Este proceso supone un importante refuerzo de la matriz debido a la gran movilidad reducida de las dislocaciones dentro del material. Esto explica la alta dureza y la gran resistencia de la fase martensítica y también su baja tenacidad y su mala ductilidad. Tipos de tratamiento Tratamiento Térmico en Hornos de Atmosfera Controlada Este mecanismo consiste en crear una Atmosfera por una serie de Gases cuyas características químicas lo hagan adecuado para el fin buscado, (N2+CH3OH, NH3) Cámara de Calentamiento, es donde inicialmente empieza en ciclo, el calentamiento puede ser eléctrico o calentamiento a gas, trabaja hasta temperaturas de 1000ºC y está equipada con un

6 sistema de recirculación de atmosfera, así como sondas de gases y termopares de Temperatura para tener un control total del ciclo utilizado. Cámara de Enfriamiento, o vestíbulo de salida, equipado con un sistema de agitación de atmosfera interna para el enfriamiento lento de carga. Cámara de Temple o apagado, este sistema está provisto de un mecanismo tipo ascensor para la inmersión de la carga en el baño de Aceite y equipado con agitadores para una mejor templabilidad de las piezas. La temperatura del aceite está controlado mediante unas resistencias para elevar su temperatura y una bomba de recirculación e intercambiador de calor para bajar la temperatura del aceite. Temple neutro También denominado temple martensítico, el temple neutro es un tratamiento térmico utilizado para lograr una gran dureza/resistencia en el acero. Consiste en la austenización, el enfriamiento rápido y el revenido, a fin de conservar una estructura de martensita o bainita revenida. Dependiendo del tipo de acero, el temple neutro aporta varias ventajas: Las piezas pesadas pueden obtener una combinación óptima de gran resistencia, solidez y, en su caso, resistencia a la temperatura. Gracias a un grado superior de resistencia, es posible aligerar el peso y aumentar la rigidez de estas piezas. Las herramientas y matrices obtienen la resistencia al desgaste y/o al calor necesaria manteniendo la dureza. Las piezas que deben rectificarse para reducir la rugosidad adquieren la capacidad de mecanización requerida. Por todos estos motivos, si las piezas están fabricadas con aceros inoxidables martensíticos, la resistencia a la corrosión sólo se obtiene tras el tratamiento térmico Temple escalonado Técnica de enfriamiento (limitada a determinados aceros de aleación con gran resistencia) que reduce las tensiones residuales internas y la distorsión resultante de la transformación no uniforme y el choque térmico típico del enfriamiento convencional en aceite. Reducción de la tensión residual y la distorsión en comparación con el enfriamiento convencional en aceite en determinados aceros de gran resistencia. Puede permitir el tratamiento térmico de piezas próximas a su forma final y minimizar el mecanizado/rectificado necesario de los componentes tras el tratamiento. Temple bainítico El temple austenítico es un proceso de tratamiento térmico de los metales de carbono con contenido de carbono medio o alto que produce una estructura metalúrgica llamada bainita. Se utiliza para incrementar la resistencia y la dureza y reducir la distorsión. Las piezas se calientan a la temperatura de temple y a continuación se enfrían suficientemente rápido a una temperatura superior a la del inicio de la martensita (Ms) y se mantiene durante el tiempo necesario para obtener la microestructura de bainita deseada.

7 El temple bainítico es un proceso de endurecimiento de los metales que produce propiedades mecánicas que incluyen: Una mayor ductilidad, dureza y resistencia para una dureza determinada. Resistencia al impacto. Distorsión reducida, especialmente en las partes más finas. Temple martensítico/temple escalonado martensítico El temple martensítico/temple escalonado martensítico es una forma de tratamiento térmico aplicado como un enfriamiento rápido interrumpido de aceros, que se realiza normalmente en un baño de sal fundida, a una temperatura justo por encima de la temperatura de formación de martensita. El propósito es demorar el enfriamiento durante determinado período de tiempo, para igualar la temperatura en toda la pieza. Esto reducirá al mínimo la distorsión, el agrietamiento y la tensión residual. BENEFICIO Agrietamiento reducido gracias a la tensión térmica. Reducción de la tensión residual en la sección enfriada de la pieza para piezas con geometría, tamaño o peso variables. Enfriamiento en prensa Endurecimiento controlado de componentes con poca tolerancia en matrices de restricción, como los engranajes. Garantiza un buen control dimensional y un endurecimiento uniforme. BENEFICIO Ideal para componentes redondeados o planos de gran tamaño; Eliminación de la distorsión, y por lo tanto reducción de la necesidad de mecanizado posterior al tratamiento térmico, y Un factor de ahorro importante. Temple por inducción Proceso de cementación en caja que aumenta la resistencia al desgaste, la dureza superficial y la resistencia a la fatiga mediante la creación una capa superficial endurecida, manteniendo inalterada, a su vez, la microestructura del núcleo. El temple por inducción se utiliza para aumentar las propiedades mecánicas de los componentes ferrosos en una zona específica. Las aplicaciones típicas son los sistemas de propulsión y suspensión, los componentes de motor y los estampados. El temple por inducción es excelente para la reparación de las reclamaciones de garantía/fallos de campo. Las principales ventajas son las mejoras en la fuerza y la resistencia al desgaste y la fatiga en un área localizada, sin necesidad de rediseñar el componente.

8 BENEFICIO Método preferido para los componentes sometidos a cargas pesadas. La inducción imparte una gran dureza superficial con una caja profunda, capaz de manejar cargas extremadamente elevadas. La resistencia a la fatiga se incrementa gracias el desarrollo de un núcleo blando rodeado por una capa externa muy dura. Estas propiedades son deseables para aquellas piezas que sufren cargas de torsión y aquellas superficies que experimentan fuerzas de impacto. El tratamiento de inducción se realiza pieza por pieza, lo que permite que el movimiento dimensional entre piezas sea muy predecible. Temple doble Un tratamiento en el que una parte se somete a dos operaciones completas de temple, o una primera etapa de recocido seguida de una etapa de temple. Se realiza generalmente, aunque no siempre, a la misma temperatura, con el fin de refinar el tamaño de grano del acero, tras un primer tratamiento prolongado de austenización, o tras una prolongada fase de carburizado para obtener una gran profundidad de capa. En ocasiones, debido al mal uso del lenguaje, el temple doble significa una duración prolongada de la austenización o carburación, seguida de un temple suave o un enfriamiento lento fuera de la cámara de calentamiento (como una fase de recocido) y una reaustenización seguida de una fase de temple (enfriamiento). El temple doble también implica el endurecimiento de una pieza carburizada dos veces, en que el primer temple se realiza fuera de la temperatura de temple del núcleo y el segundo fuera de la temperatura de temple de la caja (DIN 17014). BENEFICIOS Tamaño de grano y microestructura del núcleo de la pieza refinados, que aumentó tras periodos prolongados a una temperatura elevada. Evita el exceso o la retención de austenita en el fondo de la caja cementada. Reduce o limita el nivel de distorsión de piezas con formas complejas. Ajusta con mayor precisión la dureza del núcleo y la caja cementada. Revenido El revenido es un tratamiento térmico a baja temperatura (por debajo de A1) que se realiza normalmente después de un proceso de temple neutro, temple doble, carburación en atmósfera, carbonitruración o temple por inducción, con el objetivo de alcanzar la proporción de dureza y resistencia deseada. BENEFICIO La dureza máxima de un grado de acero obtenida mediante temple proporciona una solidez limitada. El revenido reduce la dureza del material y aumenta la solidez. El revenido permite adaptar propiedades de los materiales (relación dureza/resistencia) para una aplicación específica.

9 Revenido de los aceros. Se entiende por revenido de un acero, el proceso de calentamiento de un acero martensítico a temperaturas inferiores a las de la temperatura de transformación eutectoide, para así eliminar las tensiones generadas durante la transformación martensíticas y ablandar la estructura devolviendo tenacidad al material. La figura 13.9 muestra un esquema del proceso de temple y revenido para un acero ordinario. Tal como muestra la figura, primero se austeniza el acero, para después enfriarlo rápidamente y producir así la transformación martensítica. De esta manera, se evita la transformación a perlitas. Después, el acero es calentado de nuevo a una temperatura por debajo de la de inicio de transformación austenítica, para ablandar la martensita mediante su transformación en una estructura de carburo de hierro esferoidal en una matriz de ferrita. Proceso de temple y revenido de un acero La martensita es una estructura metaestable y por lo tanto se transforma cuando se aporta energía al material. En martensitas de aceros ordinarios de bajo carbono, martensita en cintas o listones, existe una alta densidad de dislocaciones, y estas dislocaciones dan lugar a estados de menor energía para los átomos de carbono que sus posiciones intersticiales normales. Así, cuando los aceros martensíticos de bajo contenido en carbono se revienen en el rango de 20 a 200 C, los átomos de carbono migran hacia ese lugar de preferencia. Para aceros martensíticos con más del 0.2% de carbono, el principal modo de redistribución del carbono, hasta temperaturas de revenido por debajo de los 200 C, es por precipitación de un carburo épsilon, Fe2.4C, de tamaño muy pequeño que mantiene las distorsiones de la estructura generadas durante la transformación martensítica. Cuando los aceros se revienen entre 200 y 300 C, el precipitado adopta formas aciculares que fragilizan enormemente el material. Finalmente, a temperaturas superiores a los 300 C se inicia la formación de cementita, Fe3C, de forma esférica que va coalesciendo con la temperatura hasta formar la estructura final a altas temperaturas de esferas de cementita en una matriz de ferrita. La figura muestra el efecto del aumento de la temperatura de revenido en la dureza de varios aceros martensíticos. Por encima de los 200 C aproximadamente, la dureza disminuye

10 gradualmente al aumentar la temperatura hasta los 700 C, debido a las transformaciones operantes en la martensita explicadas anteriormente. Influencia de la temperatura de revenido en la dureza de la martensita de diferentes aceros. El marrevenido o martemplado es una modificación del proceso de enfriamiento usado para disminuir la distorsión y fisuración de los aceros que se puede desarrollar durante un enfriamiento no uniforme del material. El proceso consta, tal como refleja la figura 13.11, de: 1) austenización del acero; 2) templado en aceite caliente o sal fundida hasta una temperatura justo ligeramente por encima del inicio de transformación martensítica, Ms; 3) mantenimiento del acero en el medio de enfriamiento hasta que la temperatura sea uniforme evitando que se inicie la transformación de austenita a bainitas; y 4) enfriando a una velocidad moderada hasta la temperatura ambiente para conseguir la transformación martensítica completa. Tras este proceso, puede someterse el material a un proceso de revenido convencional. La estructura del acero martemplado será la martensita, y la del acero martemplado sometido a un proceso de revenido será de martensita revenida. Con este proceso, se obtiene durezas similares a las conseguidas tras un proceso convencional pero con un mayor nivel de tenacidad, cerca del doble. Esquema del proceso de martemplado de un acero.

11 El ausrevenido es un tratamiento de tipo isotérmico que produce una estructura bainítica en algunos aceros. El proceso es alternativo al temple y revenido cuando se precisa aumentar la tenacidad y ductilidad del material. En el proceso de ausrevenido, el acero es austenizado, luego templado en un baño de sales hasta una temperatura por encima de la Ms del acero, manteniéndose a esa temperatura el tiempo suficiente para obtener la transformación total de la austenita a bainita, enfriando después hasta temperatura ambiente en aire. Las ventajas del ausrevenido son: 1) mejor ductilidad y resistencia al impacto, sobre aquellos valores obtenidos por temple y revenido convencional; y 2) disminución de la distorsión del material templado. Por contra presenta como principales desventajas el sólo poder darse en un número muy limitado de aceros y la necesidad de baños de enfriamiento especiales que dificulta su industrialización. REFERENCIAS Esquema del proceso de ausrevenido de un acero, para obtener estructura bainítica