OPERACIONES DE MEJORA DE
MATERIALES:
Tratan de realzar o mejorar las propiedades físicas de los materiales.
Tratamiento térmico
El tratamiento térmico es la operación de calentamiento y
enfriamiento de un metal en su estado sólido a temperaturas y condiciones
determinadas para cambiar sus propiedades mecánicas. Nunca alteran las
propiedades químicas. 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. 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 diagrama se especifican las temperaturas en las que suceden los
cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los
materiales diluidos. 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. El tiempo
y la temperatura son los factores principales y hay que fijarlos de antemano de
acuerdo con la composición del acero, la forma y el tamaño de las piezas y las
características que se desean obtener.
Tipos de tratamientos térmicos
· Tratamientos en la masa: recocidos y
normalizados, temples y revenidos.
· Tratamientos superficiales: temple
superficial y tratamientos termoquímicos (cementación, carbonitruración,
boruración y nitruración).
· Tratamientos de superficie (depósitos).
Desarrollo de los tratamientos térmicos
Constan de tres fases:
A.) Calentamiento
hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna): La
elevación de temperatura debe ser uniforme, por lo que cuando se calienta una
pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un
tiempo a temperaturas intermedias, antes del paso por los puntos críticos, este
último es el calentamiento escalonado.
B.) Permanencia
a la temperatura fijada: Su fin es la
completa transformación del constituyente estructural de partida. Puede
considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por milímetro
de espesor en el caso de querer obtener una austenización completa en el centro
y superficie. Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son
"muy peligrosos" ya que el grano austenítico crece rápidamente
dejando el acero con estructuras finales groseras y frágiles.
C.) Enfriamiento
desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente: Este
tiene que ser rigurosamente controlado en función del tipo de tratamiento que
se realice.
Hornos
utilizados para el tratamiento térmico
Se pueden clasificar a partir del proceso de
calentamiento, por la atmósfera o por la solera del horno.
El calentamiento por gas
Los hornos de gas pueden ser del tipo de fuego directo,
en el cual los productos de la combustión entran a la cámara de calentamiento.
Alternativamente, pueden ser de combustión indirecta, de manera que la cámara
del horno quede aislada de los productos de la combustión. Un tercer tipo de
horno calentado por gas, es el de tubos radiantes, en el cual un gas en
combustión dentro de tubos metálicos, que se proyecta dentro de la cámara de
calentamiento, y que constituyes la fuente de calor radiante. El calentamiento
por gas tiene como ventaja la economía y como inconveniente la dificultad del
control de la temperatura. La temperatura alcanzada por el horno suele llegar a
1100 ºC y el control de la atmósfera es muy difícil por ello se emplea poco
este proceso de calentamiento para tratamientos térmicos.
Calentamiento por resistencia eléctrica
Es el más usado para los hornos de tratamiento térmicos
que aprovecha el calor generado según la ley de joule. La disposición de la
resistencia da nombre a los hornos, que son de tipo mufla o caja, la
resistencia esta instalada a lo largo de las paredes interiores y por lo tanto
en contacto con las paredes del horno. El material de la resistencia suele ser
nicrom (Níquel 70%, Cromo 30%), que alcanza temperaturas de 1100 ºC y de
aleación de carburo de silicio que alcanza temperaturas de 1300 ºC. Para lograr
temperaturas superiores se utilizan resistencias de molibdeno (1800 ºC), de
tungsteno (2500 ºC), y de grafito (2700 ºC). Para temperaturas aun mayores se
utilizan los hornos de inducción (3000 ºC).
Hornos según su atmósfera
En tratamientos térmicos se entiende por atmósfera la
masa gaseosa encerrada dentro del horno que esta en contacto con la pieza a
tratar las atmósfera pueden tener carácter neutro, oxidante o reductor el papel
desempeñado por la atmósfera controlada es doble, por una parte evita que se
produzcan reacciones perjudiciales como la oxidación y la descarbonización de
las piezas. Por otra parte permite realizar las acciones previstas a saber, la
reducción de óxidos superficiales y la eliminación de gas sean absorbidas.
En vacío
Se utiliza para sintetizar carbonos cementados y para el
tratamiento térmico especial de aceros aleados se consiguen mediante bombas
mecánicas y de difusión de aceite o mercurio. Las atmósferas neutras de argón
helio y nitrógeno apenas se emplean debido al precio de estos gases y a las
trazas de oxigeno que suelen contener. Las atmósferas carburantes o
descarburantes obtenidas por combustión o disociación de mezclas de
hidrocarburos (metano, propano, butano, gas natural), con aire estas suelen
contener N2, CO, H2, CO2, y pequeñas cantidades de vapor de agua.
Hornos de atmósfera del tipo de generador
Exotérmico o endotérmico
En el generador exotérmico de introducen hidrocarburos y
aire secos limpios convenientemente dosificados se queman en la cámara de
combustión se filtran y se separan en del agua. El gas seco resultante se
introduce al horno de tratamiento térmico. La mezcla que se introduce al
generador endotérmico es parecida a la inyectada en el exotérmico pero el
generador endotérmico no tiene quemador sino los gases reaccionan entre si en
un catalizador calentado exageradamente
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