Tratamientos Térmicos y Termoquímicos

SelectivosMSc.. Hebert Vizconde Poémape

FACULTAD DE INGENIERIA Escuela de Ingeniería Industrial

“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 y así mejorar sus propiedades, performance y durabilidad.”

“Los Tratamientos Térmicos adicionan alrededor de 15,000 millones de dolares a productos metalicos, esto gracias a que se imparten a estos, propiedades especificas que son requeridas si las partes han de trabajar exitosamente.”

1.- Acero para cementación.

3.- Motor de combustión interna de 8 cilindros en V usado para maquinaria pesada.

4.- Dumper 797 CAT de 3400 HP Capacidad de 250 m3

2.- Eje cigüeñal.(se necesita con una dureza superficial alta y una resistencia a la tracción y torsión).

TEMPLADO REVENIDO RECOCIDO

TRATAMIENTOSTERMICOS

TRATAMIENTOSTERMOQUIMICOS

CEMENTACION NITRURACION NITROCARBURIZACION CARBONITRURACION

Se conoce como tratamiento térmico el proceso al que se someten los metales con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la tenacidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono.

NO MODIFICAN LA COMPOSICIÓN QUÍMICA Y SI MODIFICAN SU ESTRUCTURA Y CONSTITUCIÓN

SE OBTIENE UNA MAYOR DUREZA DEL ACERO TRATADO

El proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cámara refrigerada.

El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la tracción (tensión) y disminuye la ductilidad.

ºC

840

60

1.5 horas

Temp.Ambiente

Horno de templeTanque de aceite

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3/hora

42CrMoS4H

TEMPERATURAS PARA ENDURECIDO DE METALES

FERRITA.- Solución sólida de carbono en hierro se considera como hierro puro es la fase más blanda y dúctil de los aceros , tiene una dureza de 90 Brinell y una resistencia a la tracción de 28 kg/mm2

AUSTENITA.- El constituyente más denso de los aceros. La austenita no es estable a la temperatura ambiente con una dureza de 300 Brinell, una resistencia a la tracción de 100 kg/mm2, no es magnética

MARTENSITA.- Es el constituyente de los aceros templados, se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a altas temperaturas.La martensita tiene una dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la tracción de 170 a 250 Kg./mm2, muy frágil y presenta un aspecto acicular formando grupos en zigzag.

DISMINUYE LA FRAGILIDAD Y AUMENTA LA TENACIDAD

Los aceros templados suelen quedar demasiado duros y frágiles, inconveniente que se corrige por medio del revenido que consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la temperatura crítica (727°C), dependiendo de la dureza que se desee obtener, enfriándolo luego al aire o en cualquier medio.

N/mm2 1850 1600 1370

1100 800

TºC 300 400 500 600 700

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 100 200 300 400 500 600 700

Res

iste

ncia

a la

Tra

cció

n N

/mm

2

Temperatura de Revenido °C

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 100 200 300 400 500 600 700

t

ºC

840

500

60

1.5 horas

2 horas

TemperaturaAmbiente

Revenido EnfriamientoAl aire

Temperatura de Homogenización

Horno de templeTanque de AceiteHorno de revenidoAl aire libre

LEYENDA

42CrMoS4H

AUSTENITA

MARTENSITA

DEVUELVE PROPIEDADES ORIGINALES AL ACERO TRATADO

El proceso consiste en calentar al acero por arriba de su temperatura crítica y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado o envuelto en ceniza, cal, asbesto o vermiculita (mineral formado por silicatos de hierro usado como aislante térmico y acústico).

t

ºC

800 1 hora

TemperaturaAmbiente

Enfriamientoen el horno

Horno de recocidoLEYENDA

GASES USADOSNitrógeno = 3 m3/hora

42CrMoS4H

AUSTENITA

Dureza Requerida : 39 HRCTemperatura de trabajo : 80 ºCDiámetro Requerido : 1 1/2”Requerimientos : Máxima resistencia a la

Tracción (1300 N/mm2).

Acero Bonificado : 42CrMoS4H

SAE 8

1.0 M

80 mm

38 mm

Acero Medio, Ligeramente Aleado.

Acero Bonificado.

Dureza de Suministro: 29 – 32 HRC.

DUREZA DE SUMINISTRO 29 - 32 HRCDUREZA DESPUES DEL TEMPLE

52 HRC

DUREZA DESPUES DEL REVENIDO A 500º C

39 HRC1370

N/mm2

DUREZA DESPUES DEL RECOCIDO

29 - 32 HRC

Modifican la composición química superficial

Consiste en aumentar el contenido superficial de carbono del acero para que de esta forma se pueda templar posteriormente.Se lleva a cabo en aceros con un contenido menor al 0.4 % de Carbono.Después del cementado se obtiene una capa superficial endurecida y un núcleo que mantiene una elevada tenacidad así como una baja dureza lo cual permite absorber sobre-esfuerzos, tal como sucede en piezas de sistemas de transmisión

(SU DUREZA EN LA SUPERFICIE ES ALTA Y VA DISMINUYENDO PAULATINAMENTE)

ºC

940

150

60

2.5 horas

2 horas

TemperaturaAmbiente

Revenido

EnfriamientoAl aire

Temperatura de Homogenización

Horno de CementaciónTanque de aceiteHorno de revenidoAl aire libre

LEYENDACARBURIZACION

MARTENSITA

840

GASES USADOSNitrogeno = 6 m3/horaPropano = 0.3 m3/horaMetanol = 6 Litros/hora

16NC6

t

Dureza Superficial : 58-60 HRCTenacidad : 70 J/cm2

Temperatura de trabajo : 60ºC

Acero de Cementación : 16NC6

ESPESOR CAPA CEMENTADA 1.2 mm

DUREZA DE SUMINISTRO

10 HRC

70 J/cm2

60HRC

t

ºC

-802 horas

2 horas

TemperaturaAmbiente

200ºC

GASES USADOSNitrógeno = 3 m3/hora

EnfriamientoAl aire

LEYENDABajo cero Tanque CriogénicoHorno RevenidoAl aire libre

PRESENCIA DE AUSTENITA RETENIDA (20 a 25%)

PRESENCIA DE AUSTENITA

RETENIDA (3 a 4%)

Ventajas del Tratamiento Criogénico

• Reduce el contenido de Austenita Retenida

• Mayor estabilidad dimensional

• Mejora la resistencia del desgaste

• Aumenta la resistencia al impacto

t

Cº

Temple

0º

2º Revenido

Ambiente

T. Criogénico

Carburización

1º Revenido

Tanque CriogénicoHorno de CementaciónMedio de enfriamiento Aire LibreHorno de Revenido

APORTA NITROGENO A LA CAPA SUPERFICIAL DELGADA, LO CUAL LA ENDURECE NOTABLEMENTE, MEJORANDO SU

RESISTENCIA AL DESGASTE

t

ºC

560 6 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruración Al aire libre

LEYENDA

NITRURACION

GASES USADOSNitrógeno = 1.2m3/horaAmoniaco = 0.8m3/hora

34CrNiMo6

Dureza Superficial : 58 HRCResistencia a la tracción : 1000 N/mm2

Temperatura de trabajo : 300º C

Acero Bonificado : 34CrNiMo6

30HRC

58HRC

ESPESOR CAPA NITRURADA 0.30 mm

27.5-32HRC

DUREZA DE SUMINISTRO 27.5-32 HRCRESISTENCIA A LA TRACCION DE SUMINISTRO

1000-1200 N/mm2

RESISTENCIA A LA TRACCION DESPUES DE LA NITRURACION

1000-1200 N/mm2

Capa Nitrurada incluyendo CAPA BLANCA

CAPA BLANCA

ZONA NITRURADA

MATERIAL BASE

Proceso por el cual se adiciona por difusión Nitrógeno y Carbono a la superficie de materiales ferrrosos (a diferencia de la nitruración donde solo se adiciona Nitrógeno) formándose así una capa de carbonitruros y nitruros en la superficie.

t

Cº

575 03 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

NITRO-CARBURIZACION

GASES USADOSNitrógeno = 11.3 m3/horaPropano = 0.3 m3/horaAmoniaco = 11/hora

Horno de Nitro-CarburizaciónAl aire libre

LEYENDA

Dureza Superficial : 58-60 HRCTemperatura de trabajo: 200º C

30HRC

58-60 HRC

ESPESOR CAPA NITRURADA 0.30 mm

30-35HRC

30-35 HRCDUREZA DE SUMINISTRO

• El proceso es mas rápido ( 03 horas en lugar de 06).• La capa endurecida presenta una mayor tenacidad.• Mejor resistencia al desgaste.• Menor tendencia al despostillamiento de la capa formada.• Se obtiene una mayor dureza en los aceros de baja

aleación.

MEDIANTE LA ABSORCION DE CARBONO Y NITROGENO Y UN POSTERIOR TEMPLE AL ACEITE Y REVENIDO SE

ENDURECE LA CAPA SUPERFICIAL

t

ºC

880

150

60

1.5 horas

2 horas

TemperaturaAmbiente

Revenido EnfriamientoAl aire

Temperatura de Homogenización

Horno de carbonitruraciónTanque de aceiteHorno de revenidoAl aire libre

LEYENDACARBONITRURACION

MARTENSITA

840

GASES USADOSNitrógeno = 6 m3/horaPropano = 3 m3/horaAmoniaco = 3 m3/hora

XC 18

Dureza Superficial :40 HRC

Acero al Carbono : XC 18

25 MM

ESPESOR CAPA CARBONITRURADA 0.3mm

DUREZA DE SUMINISTRO 17 HRC aprox.

40 HRC19 HRC aprox.

Planta de Tratamientos Térmicos de atmósfera

controlada y lecho fluidizado

Este calentamiento se lleva a cabo en un lecho de partículas inertes, usualmente óxido de aluminio. Los componentes se encuentran inmersos en este lecho fluidizado como si fuera un líquido y se calientan por la acción del lecho fluido caliente.

Las velocidades de transferencia calórica en un lecho fluidizado son hasta diez veces superiores a las alcanzadas en hornos convencionales. También son mayores que las obtenidas en baños de sales

Las partículas del lecho no se adhieren a las piezas, de modo que no hay problemas de limpieza, ni hay arrastre de partículas fuera del lecho, en comparación al arrastre constante (y necesidad de rellenado) de sal desde un baño de sales. Esto puede significar un factor de costo favorable al uso del lecho en tratamientos térmicos.

4

2

DUROMETRO

AGITADOR DEAIRE

TANQUE DE AGUA

TRANSFORMADOR PARA H3 1950

INSTALACION DE PLANTA

SOPLADORDE AIRE H8

ENFRIAMIENTO POR AIRE

VAPORIZADO

AT = 200 M 2

GRUA

PUENTE

AMONIACO

MICROSCOPIO COMPUTARIZADO

PROPANO

VISTA FRONTAL DE CORTE TRANSVERSAL DEL HORNO

1.- CUBIERTA DE LADRILLO REFRACTARIO

3.- ENTRADA DE GASES

4.- PLATO DIFUSOR

5.- RETORTA THERMAX 4841 (AISI 310)

6.- REJILLA

7.- LECHO DE ARENA REFRACTARIA

9.- CHIMENEA

10.- QUEMADOR DE GASES

8.- TAPA HERMETICA

2.- QUEMADORES

SECUENCIA DE CARGA

00123 h

NHPHOUR

METER

DOOR LOCAL CONTROL

DOOR REMOTE CONTROL

Flow

Nitrogen

OverigePilot

AmmoniaCarb Gas

Air

0

20

40

60

80

100

Temperature

25Setpoint

10prg

Program on

FlowH 0 %

Power0

Search

Element23

18

28

500

400

250

1 2 2

Air Nitrogen Ammonia Carb Gas

NITROCARBURIZACION

575

ºC00123

hNHPHOUR

METER

Flow

Nitrogen

OverigePilot

AmmoniaCarb Gas

Air

0

20

40

60

80

100

Temperature

25Setpoint

10prg

Program on

FlowH 0 %

Power0

Search

Element23

18

28

500

400

250

1 2 2

Air Nitrogen Ammonia Carb Gas

GRUA

PUENTE

HORNO 6 TRANSPORTADOR

00123 h

NHPHOUR

METER

DOOR LOCAL CONTROLDOOR REMOTE CONTROL

00123 h

NHPHOUR

METER

DOOR LOCAL CONTROLDOOR REMOTE CONTROL

00123 h

NHPHOUR

METER

DOOR LOCAL CONTROLDOOR REMOTE CONTROL

00123 h

NHPHOUR

METER

DOOR LOCAL CONTROLDOOR REMOTE CONTROL

HORNO 7 HORNO 8 HORNO 9PLANTA DE ATMOSFERA CONTROLADA DE LECHO FLUIDIZADA

00123 h

NHPHOUR

METER

00123 h

NHPHOUR

METER

00123 h

NHPHOUR

METER

00123 h

NHPHOUR

METER

Microscopio Ultrasonido Corrientes Eddy