El tratamiento térmico se refiere a un proceso térmico de un metal en el que el material se calienta, se mantiene a esa temperatura y se enfría mediante calentamiento en estado sólido con el fin de obtener la organización y las propiedades deseadas.
I. Tratamiento térmico
1. Normalización: el acero o las piezas de acero se calientan hasta el punto crítico de AC3 o ACM por encima de la temperatura adecuada para mantenerla durante un cierto período de tiempo después de enfriarla al aire, para obtener la organización de tipo perlítico del proceso de tratamiento térmico.
2. Recocido: pieza de trabajo de acero eutéctico calentada a AC3 por encima de 20-40 grados, después de mantenerse durante un período de tiempo, con el horno enfriado lentamente (o enterrado en enfriamiento con arena o cal) a 500 grados por debajo del enfriamiento en el proceso de tratamiento térmico al aire.
3. Tratamiento térmico de solución sólida: la aleación se calienta a una región monofásica de alta temperatura que se mantiene a temperatura constante, de modo que la fase en exceso se disuelva completamente en la solución sólida, y luego se enfría rápidamente para obtener un proceso de tratamiento térmico de solución sólida sobresaturada.
4. Envejecimiento: Después del tratamiento térmico de solución sólida o la deformación plástica en frío de la aleación, cuando se coloca a temperatura ambiente o se mantiene a una temperatura ligeramente superior a la ambiente, se produce el fenómeno de que sus propiedades cambian con el tiempo.
5. Tratamiento de solución sólida: para que la aleación en diversas fases se disuelva completamente, se fortalezca la solución sólida y se mejore la tenacidad y la resistencia a la corrosión, eliminando la tensión y el ablandamiento, para poder continuar con el proceso de moldeo.
6. Tratamiento de envejecimiento: calentar y mantener a la temperatura de precipitación de la fase de refuerzo, para que la precipitación de la fase de refuerzo se produzca, se endurezca y mejore su resistencia.
7. Temple: austenización del acero después del enfriamiento a una velocidad de enfriamiento apropiada, de modo que la pieza de trabajo en la sección transversal de toda o una cierta gama de estructura organizativa inestable, como la transformación martensítica del proceso de tratamiento térmico.
8. Templado: la pieza templada se calentará hasta el punto crítico AC1 por debajo de la temperatura adecuada durante un cierto período de tiempo y luego se enfriará de acuerdo con los requisitos del método, para obtener la organización y las propiedades deseadas del proceso de tratamiento térmico.
9. Carbonitruración del acero: La carbonitruración consiste en la infiltración simultánea de carbono y nitrógeno en la capa superficial del acero. La carbonitruración convencional, también conocida como cianuración, es más utilizada que la carbonitruración gaseosa a temperatura media o a baja temperatura (es decir, la nitrocarburación gaseosa). El objetivo principal de la carbonitruración gaseosa a temperatura media es mejorar la dureza, la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga del acero. La carbonitruración gaseosa a baja temperatura, basada en la nitruración, tiene como objetivo principal mejorar la resistencia al desgaste y la resistencia a la mordida del acero.
10. Tratamiento de revenido (templado y revenido): la práctica habitual consiste en templar y revenir a altas temperaturas en combinación con un tratamiento térmico conocido como tratamiento de revenido. Este tratamiento se utiliza ampliamente en diversas piezas estructurales importantes, especialmente en aquellas que trabajan bajo cargas alternas, como bielas, pernos, engranajes y ejes. Tras el tratamiento de revenido, se obtiene una estructura de sohnita templada, cuyas propiedades mecánicas son superiores a las de la misma dureza de la estructura de sohnita normalizada. Su dureza depende de la temperatura de revenido a alta temperatura, la estabilidad del acero durante el revenido y el tamaño de la sección transversal de la pieza, generalmente entre HB200 y HB350.
11. Soldadura fuerte: con el material de soldadura fuerte se realizará un proceso de tratamiento térmico en el que las piezas de trabajo se calientan, funden y unen mediante calentamiento.
II.Tlas características del proceso
El tratamiento térmico de metales es uno de los procesos importantes en la fabricación mecánica. En comparación con otros procesos de mecanizado, el tratamiento térmico generalmente no altera la forma ni la composición química general de la pieza, sino que modifica su microestructura interna o la composición química de su superficie, mejorando así sus propiedades. Se caracteriza por una mejora en la calidad intrínseca de la pieza, que generalmente no es visible a simple vista. Para obtener piezas metálicas con las propiedades mecánicas, físicas y químicas requeridas, además de la selección adecuada de materiales y diversos procesos de moldeo, el tratamiento térmico suele ser esencial. El acero es el material más utilizado en la industria mecánica; su microestructura es compleja y puede controlarse mediante tratamiento térmico, por lo que este constituye el principal componente del tratamiento térmico de metales. Asimismo, el aluminio, el cobre, el magnesio, el titanio y otras aleaciones también pueden someterse a tratamiento térmico para modificar sus propiedades mecánicas, físicas y químicas, obteniendo así diferentes prestaciones.
III.Tel proceso
El proceso de tratamiento térmico generalmente incluye tres etapas: calentamiento, mantenimiento de la temperatura y enfriamiento; en ocasiones, solo dos etapas: calentamiento y enfriamiento. Estas etapas están interconectadas y no pueden interrumpirse.
El calentamiento es uno de los procesos importantes del tratamiento térmico. Existen diversos métodos de calentamiento para el tratamiento térmico de metales; desde los más antiguos, que utilizaban carbón vegetal como fuente de calor, hasta los más recientes, que emplean combustibles líquidos y gaseosos. La aplicación de electricidad facilita el control del calentamiento y evita la contaminación ambiental. Estas fuentes de calor pueden utilizarse para el calentamiento directo, o bien, mediante sales fundidas o partículas flotantes, para el calentamiento indirecto.
Al calentar el metal, la pieza se expone al aire, lo que provoca oxidación y descarburación (es decir, una reducción del contenido de carbono en la superficie del acero), lo cual repercute negativamente en las propiedades superficiales de las piezas tratadas térmicamente. Por lo tanto, el metal debe calentarse generalmente en atmósfera controlada o protectora, mediante sales fundidas o vacío. También existen recubrimientos o métodos de protección térmica.
La temperatura de calentamiento es uno de los parámetros importantes del proceso de tratamiento térmico. La selección y el control de la temperatura de calentamiento son fundamentales para garantizar la calidad del tratamiento. La temperatura de calentamiento varía según el material metálico tratado y el propósito del tratamiento térmico, pero generalmente se calienta por encima de la temperatura de transición de fase para obtener una organización a alta temperatura. Además, la transformación requiere un cierto tiempo, por lo que, una vez que la superficie de la pieza metálica alcanza la temperatura de calentamiento requerida, también debe mantenerse a esta temperatura durante un período determinado para que las temperaturas interna y externa sean consistentes y la transformación de la microestructura sea completa. Este tiempo se conoce como tiempo de mantenimiento. En el uso de calentamiento de alta densidad de energía y tratamiento térmico superficial, la velocidad de calentamiento es extremadamente rápida y generalmente no hay tiempo de mantenimiento, mientras que en el tratamiento térmico químico el tiempo de mantenimiento suele ser más prolongado.
El enfriamiento es un paso indispensable en el proceso de tratamiento térmico. Los métodos de enfriamiento varían según el proceso, principalmente para controlar la velocidad de enfriamiento. Generalmente, el recocido tiene la velocidad de enfriamiento más lenta, mientras que el normalizado es más rápido y el temple también. Sin embargo, debido a los diferentes tipos de acero y sus distintos requisitos, por ejemplo, el acero templado al aire puede templarse con la misma velocidad de enfriamiento que el normalizado.
IV.PAGclasificación del proceso
El proceso de tratamiento térmico de metales se puede dividir, a grandes rasgos, en tres categorías: tratamiento térmico integral, tratamiento térmico superficial y tratamiento térmico químico. Según el medio de calentamiento, la temperatura de calentamiento y el método de enfriamiento, cada categoría se puede diferenciar en varios procesos de tratamiento térmico. Un mismo metal, al ser tratado mediante diferentes procesos, puede obtener estructuras distintas y, por lo tanto, propiedades diferentes. El hierro y el acero son los metales más utilizados en la industria, y su microestructura es también la más compleja, por lo que existen diversos procesos de tratamiento térmico para el acero.
El tratamiento térmico integral consiste en calentar la pieza de trabajo y luego enfriarla a una velocidad adecuada para obtener la organización metalúrgica requerida, con el fin de modificar sus propiedades mecánicas generales. El tratamiento térmico integral del acero comprende, a grandes rasgos, cuatro procesos básicos: recocido, normalizado, temple y revenido.
Proceso significa:
El recocido consiste en calentar la pieza a la temperatura adecuada, utilizando diferentes tiempos de mantenimiento según el material y el tamaño de la pieza, y luego enfriarla lentamente. El objetivo es lograr que la organización interna del metal alcance o se aproxime al estado de equilibrio, para obtener un buen rendimiento y desempeño del proceso, o para un posterior temple con el fin de organizar la preparación.
La normalización consiste en calentar la pieza a la temperatura adecuada después de enfriarla al aire. El efecto de la normalización es similar al del recocido, solo que para obtener una estructura más fina. Se utiliza a menudo para mejorar el rendimiento de corte del material, pero también se emplea a veces como tratamiento térmico final para algunas piezas menos exigentes.
El temple consiste en calentar y aislar la pieza en agua, aceite u otras sales inorgánicas, soluciones acuosas orgánicas u otros medios de enfriamiento rápido. Tras el temple, las piezas de acero se endurecen, pero al mismo tiempo se vuelven quebradizas. Para eliminar esta fragilidad a tiempo, generalmente es necesario realizar un revenido.
Para reducir la fragilidad de las piezas de acero, estas se templan a una temperatura adecuada, superior a la ambiente e inferior a 650 °C, durante un largo periodo de aislamiento térmico, y luego se enfrían. Este proceso se denomina revenido. El recocido, la normalización, el temple y el revenido constituyen el tratamiento térmico general de las "cuatro fases", de las cuales el temple y el revenido están estrechamente relacionados y a menudo se utilizan conjuntamente, siendo uno de ellos indispensable. Las "cuatro fases" se caracterizan por la diferencia en la temperatura de calentamiento y el modo de enfriamiento, lo que da lugar a distintos procesos de tratamiento térmico. Para obtener un cierto grado de resistencia y tenacidad, el temple y el revenido a altas temperaturas se combinan en un proceso conocido como revenido. Tras el temple de ciertas aleaciones para formar una solución sólida sobresaturada, se mantienen a temperatura ambiente o a una temperatura adecuada ligeramente superior durante un periodo prolongado para mejorar la dureza, la resistencia o el magnetismo eléctrico de la aleación. Este proceso de tratamiento térmico se denomina tratamiento de envejecimiento.
El procesamiento por presión, la deformación y el tratamiento térmico se combinan de manera eficaz y estrecha para lograr una pieza de trabajo con una excelente resistencia y tenacidad, mediante un método conocido como tratamiento térmico por deformación. El tratamiento térmico en atmósfera de presión negativa o vacío, conocido como tratamiento térmico al vacío, no solo evita la oxidación y la descarburación de la pieza de trabajo, preservando su superficie después del tratamiento y mejorando su rendimiento, sino que también permite el tratamiento térmico químico mediante un agente osmótico.
El tratamiento térmico superficial consiste en calentar únicamente la capa superficial de la pieza para modificar sus propiedades mecánicas. Para calentar solo la superficie sin una transferencia excesiva de calor al interior de la pieza, la fuente de calor debe tener una alta densidad energética, es decir, proporcionar una mayor energía térmica por unidad de área, de modo que la capa superficial alcance altas temperaturas de forma rápida o instantánea. Los principales métodos de tratamiento térmico superficial son el enfriamiento por llama y el calentamiento por inducción. Las fuentes de calor más comunes son la llama de oxiacetileno u oxipropano, la corriente de inducción, el láser y el haz de electrones.
El tratamiento térmico químico es un proceso de tratamiento térmico de metales que modifica la composición química, la organización y las propiedades de la capa superficial de la pieza. Se diferencia del tratamiento térmico superficial en que el tratamiento térmico químico altera la composición química de la capa superficial de la pieza. El tratamiento térmico químico consiste en colocar la pieza en un medio (gas, líquido o sólido) que contiene carbono, sales u otros elementos de aleación, y mantenerlo caliente durante un período prolongado, de modo que la capa superficial de la pieza se infiltre con carbono, nitrógeno, boro, cromo y otros elementos. Tras la infiltración de estos elementos, a veces se realizan otros procesos de tratamiento térmico como el temple y el revenido. Los principales métodos de tratamiento térmico químico son la carburación, la nitruración y la penetración de metales.
El tratamiento térmico es uno de los procesos importantes en la fabricación de piezas mecánicas y moldes. En general, permite garantizar y mejorar diversas propiedades de la pieza, como la resistencia al desgaste y a la corrosión. Asimismo, mejora la estructura y el estado de tensión de la pieza en bruto, facilitando así diversos procesos de mecanizado en frío y en caliente.
Por ejemplo: el hierro fundido blanco, tras un largo tratamiento térmico, puede convertirse en hierro fundido maleable, mejorando su plasticidad; los engranajes, con el tratamiento térmico adecuado, pueden tener una vida útil mucho mayor que los engranajes sin tratamiento térmico (varios o decenas de veces); además, el acero al carbono económico, mediante la infiltración de ciertos elementos de aleación, posee el rendimiento de algunos aceros aleados caros y puede sustituir a algunos aceros resistentes al calor y aceros inoxidables; los moldes y matrices casi siempre necesitan someterse a un tratamiento térmico y solo pueden utilizarse después de dicho tratamiento.
Medios suplementarios
I. Tipos de recocido
El recocido es un proceso de tratamiento térmico en el que la pieza se calienta a una temperatura adecuada, se mantiene a esa temperatura durante un cierto período de tiempo y luego se enfría lentamente.
Existen muchos tipos de procesos de recocido de acero, que según la temperatura de calentamiento se pueden dividir en dos categorías: una es a la temperatura crítica (Ac1 o Ac3) por encima del recocido, también conocido como recocido de recristalización por cambio de fase, que incluye recocido completo, recocido incompleto, recocido esferoidal y recocido de difusión (recocido de homogeneización), etc.; la otra es por debajo de la temperatura crítica del recocido, que incluye recocido de recristalización y recocido de desesfuerzo, etc. Según el método de enfriamiento, el recocido se puede dividir en recocido isotérmico y recocido de enfriamiento continuo.
1. Recocido completo y recocido isotérmico
El recocido completo, también conocido como recocido de recristalización, generalmente denominado recocido, consiste en calentar el acero a una temperatura superior a 20-30 °C (Ac3), manteniéndolo a una temperatura lo suficientemente alta como para lograr una austenización completa tras un enfriamiento lento, con el fin de obtener una estructura casi en equilibrio durante el proceso de tratamiento térmico. Este recocido se utiliza principalmente para la fundición, forja y perfiles laminados en caliente de diversos aceros al carbono y aleados con composición subeutéctica, y a veces también para estructuras soldadas. Generalmente se emplea como tratamiento térmico final para piezas de baja densidad, o como tratamiento térmico previo para algunas piezas.
2, recocido de bolas
El recocido esferoidal se utiliza principalmente para aceros al carbono sobreeutécticos y aceros para herramientas aleados (como la fabricación de herramientas de filo, calibres, moldes y matrices). Su objetivo principal es reducir la dureza, mejorar la maquinabilidad y preparar el material para un posterior temple.
3. Recocido para alivio de tensiones
El recocido de alivio de tensiones, también conocido como recocido a baja temperatura (o revenido a alta temperatura), se utiliza principalmente para eliminar las tensiones residuales en piezas fundidas, forjadas, soldadas, laminadas en caliente, estiradas en frío y otras. Si estas tensiones no se eliminan, el acero, con el tiempo o durante el proceso de corte posterior, podría sufrir deformaciones o grietas.
4. El recocido incompleto consiste en calentar el acero hasta Ac1 ~ Ac3 (acero subeutéctico) o Ac1 ~ ACcm (acero sobreeutéctico) entre la conservación del calor y el enfriamiento lento para obtener una organización casi equilibrada del proceso de tratamiento térmico.
II.Para el enfriamiento rápido, el medio de enfriamiento más utilizado es la salmuera, el agua y el aceite.
El temple de la pieza en agua salada permite obtener fácilmente una alta dureza y una superficie lisa, evitando la aparición de puntos blandos por falta de temple. Sin embargo, puede provocar deformaciones graves e incluso grietas. El uso de aceite como medio de temple solo es adecuado para aceros aleados con una estabilidad relativamente alta de austenita subenfriada o para el temple de piezas de acero al carbono de pequeño tamaño.
III.El propósito del templado del acero
1. Reducir la fragilidad, eliminar o reducir la tensión interna. El temple del acero genera mucha tensión interna y fragilidad, por ejemplo, si no se realiza un revenido oportuno, a menudo se producirá la deformación o incluso el agrietamiento del acero.
2. Para obtener las propiedades mecánicas requeridas de la pieza de trabajo, la pieza de trabajo después del temple tiene alta dureza y fragilidad, para cumplir con los requisitos de las diferentes propiedades de una variedad de piezas de trabajo, puede ajustar la dureza a través del revenido apropiado para reducir la fragilidad de la tenacidad y plasticidad requeridas.
3. Estabilizar el tamaño de la pieza de trabajo.
4. Para ciertos aceros aleados, el recocido es difícil de ablandar; en el temple (o normalizado) se suele utilizar un revenido a alta temperatura, de modo que la agregación adecuada de carburos de acero reduzca la dureza y facilite el corte y el procesamiento.
Conceptos complementarios
1. Recocido: se refiere al proceso de tratamiento térmico en el que los materiales metálicos se calientan a la temperatura adecuada, se mantienen durante un tiempo determinado y luego se enfrían lentamente. Los procesos de recocido comunes son: recocido de recristalización, recocido de alivio de tensiones, recocido esferoidal, recocido completo, etc. El propósito del recocido es principalmente reducir la dureza de los materiales metálicos, mejorar la plasticidad, facilitar el corte o el mecanizado por presión, reducir las tensiones residuales, mejorar la homogeneización de la estructura y composición, o preparar la estructura para el tratamiento térmico posterior.
2. Normalización: se refiere al proceso de tratamiento térmico en aire estático, en el que el acero se calienta a una temperatura de 30 a 50 °C durante el tiempo adecuado, manteniéndola por encima de su punto crítico. El objetivo de la normalización es mejorar las propiedades mecánicas del acero con bajo contenido de carbono, optimizar su corte y maquinabilidad, refinar el grano y eliminar defectos estructurales, preparando así el material para el tratamiento térmico posterior.
3. Temple: se refiere al proceso de calentar el acero a Ac3 o Ac1 (temperatura por debajo del punto crítico) por encima de una temperatura determinada, mantenerla durante un tiempo determinado y luego enfriarla a la velocidad adecuada para obtener la organización martensítica (o bainita) del tratamiento térmico. Los procesos de temple comunes son el temple en un solo medio, el temple en dos medios, el temple martensítico, el temple isotérmico bainico, el temple superficial y el temple localizado. El objetivo del temple es que las piezas de acero obtengan la organización martensítica requerida, mejoren la dureza, la resistencia y la resistencia a la abrasión de la pieza, y preparen adecuadamente la organización para el tratamiento térmico posterior.
4. Revenido: se refiere al proceso de tratamiento térmico del acero, que consiste en endurecerlo, calentarlo a una temperatura inferior a Ac1, mantenerla durante un tiempo determinado y luego enfriarlo a temperatura ambiente. Los procesos de revenido más comunes son: revenido a baja temperatura, revenido a temperatura media, revenido a alta temperatura y revenido múltiple.
Finalidad del revenido: principalmente eliminar las tensiones producidas por el acero durante el temple, de modo que el acero tenga una alta dureza y resistencia al desgaste, y posea la plasticidad y tenacidad requeridas.
5. Revenido: se refiere al acero o acero para temple y revenido a alta temperatura del proceso de tratamiento térmico compuesto. Se utiliza en el tratamiento de revenido del acero llamado acero templado. Generalmente se refiere al acero estructural de carbono medio y al acero estructural de aleación de carbono medio.
6. Carburización: La carburización es el proceso mediante el cual los átomos de carbono penetran en la capa superficial del acero. También consiste en lograr que la pieza de trabajo de acero con bajo contenido de carbono tenga una capa superficial de acero con alto contenido de carbono. Posteriormente, tras el temple y el revenido a baja temperatura, la capa superficial de la pieza adquiere una alta dureza y resistencia al desgaste, mientras que la parte central de la pieza conserva la tenacidad y plasticidad del acero con bajo contenido de carbono.
Método de vacío
Debido a que las operaciones de calentamiento y enfriamiento de piezas metálicas requieren una docena o incluso decenas de acciones para completarse, y estas acciones se realizan dentro del horno de tratamiento térmico al vacío, donde el operador no puede acercarse, se requiere un alto grado de automatización del horno. Al mismo tiempo, algunas acciones, como el calentamiento y el mantenimiento de la temperatura final del proceso de temple de la pieza metálica, deben constar de seis o siete acciones y completarse en 15 segundos. Estas condiciones de agilidad para completar tantas acciones pueden provocar nerviosismo en el operador y dar lugar a errores. Por lo tanto, solo un alto grado de automatización puede garantizar una coordinación precisa y oportuna de acuerdo con el programa.
El tratamiento térmico al vacío de piezas metálicas se lleva a cabo en un horno de vacío cerrado, donde el sellado al vacío es fundamental. Por lo tanto, es crucial mantener el nivel de fuga de aire del horno, asegurar el vacío de trabajo y garantizar la calidad de las piezas tratadas térmicamente. Un aspecto clave del horno de tratamiento térmico al vacío es contar con una estructura de sellado al vacío confiable. Para asegurar el rendimiento del vacío, el diseño estructural del horno debe seguir un principio básico: el cuerpo del horno debe utilizar soldadura hermética, minimizando o cerrando los orificios y evitando el uso de estructuras de sellado dinámico para reducir al mínimo las fugas de vacío. Los componentes y accesorios instalados en el horno, como los electrodos refrigerados por agua y el dispositivo de exportación de termopares, también deben diseñarse con una estructura sellada.
La mayoría de los materiales de calefacción y aislamiento solo pueden utilizarse al vacío. El calentamiento y el aislamiento térmico en hornos de tratamiento térmico al vacío se realizan a altas temperaturas, por lo que estos materiales requieren alta resistencia a la temperatura, resistencia a la radiación y conductividad térmica. Los requisitos de resistencia a la oxidación no son tan exigentes. Por ello, en los hornos de tratamiento térmico al vacío se utilizan comúnmente tantalio, tungsteno, molibdeno y grafito como materiales de calefacción y aislamiento térmico. Estos materiales se oxidan fácilmente en atmósfera, por lo que no pueden utilizarse en hornos de tratamiento térmico convencionales.
Dispositivo refrigerado por agua: la carcasa del horno de tratamiento térmico al vacío, la tapa del horno, los elementos calefactores eléctricos, los electrodos refrigerados por agua, la puerta de aislamiento térmico al vacío intermedia y otros componentes se encuentran en vacío, sometidos a un proceso térmico. Al trabajar en estas condiciones extremadamente adversas, es fundamental garantizar que la estructura de cada componente no se deforme ni se dañe, y que el sello de vacío no se sobrecaliente ni se queme. Por lo tanto, cada componente debe contar con dispositivos de refrigeración por agua adaptados a las diferentes circunstancias para asegurar el funcionamiento normal del horno de tratamiento térmico al vacío y una vida útil suficiente.
El uso de corriente alta y baja tensión en un recipiente de vacío, cuando el grado de vacío se encuentra en el rango de 1x10-1 torr, produce un fenómeno de descarga luminiscente en el conductor energizado del recipiente. En un horno de tratamiento térmico al vacío, una descarga de arco severa puede quemar el elemento calefactor eléctrico y la capa aislante, causando accidentes y pérdidas importantes. Por lo tanto, la tensión de trabajo del elemento calefactor eléctrico del horno de tratamiento térmico al vacío generalmente no supera los 80 a 100 voltios. Al mismo tiempo, en el diseño de la estructura del elemento calefactor eléctrico se deben tomar medidas efectivas, como evitar que las puntas de las piezas sean afiladas y que la separación entre los electrodos no sea demasiado pequeña, para prevenir la generación de descargas luminiscentes o descargas de arco.
Templado
Según los diferentes requisitos de rendimiento de la pieza de trabajo, y según sus diferentes temperaturas de revenido, se pueden dividir en los siguientes tipos de revenido:
(a) Templado a baja temperatura (150-250 grados)
El revenido a baja temperatura de la estructura resultante da lugar a la martensita templada. Su objetivo es mantener la alta dureza y resistencia al desgaste del acero templado, reduciendo al mismo tiempo sus tensiones internas de temple y su fragilidad, para evitar el astillamiento o el daño prematuro durante su uso. Se utiliza principalmente en diversas herramientas de corte de alto contenido de carbono, calibres, matrices de trefilado en frío, cojinetes y piezas carburizadas, entre otros. Tras el revenido, la dureza suele ser de HRC58-64.
(ii) templado a temperatura media (250-500 grados)
Sistema de revenido a temperatura media para cuerpos de cuarzo templado. Su objetivo es obtener un alto límite elástico, un límite de fluencia elevado y una alta tenacidad. Por lo tanto, se utiliza principalmente para diversos tipos de resortes y para el procesamiento de moldes de trabajo en caliente. La dureza de revenido suele ser de HRC35-50.
(C) Templado a alta temperatura (500-650 grados)
El tratamiento térmico de temple a alta temperatura para la sohnita templada se conoce como tratamiento de revenido. Este tratamiento combina el temple convencional con el revenido a alta temperatura, cuyo objetivo es mejorar la resistencia, la dureza, la plasticidad y la tenacidad, así como otras propiedades mecánicas. Por ello, se utiliza ampliamente en automóviles, tractores, máquinas herramienta y otras piezas estructurales importantes, como bielas, pernos, engranajes y ejes. La dureza tras el revenido suele oscilar entre HB200 y HB330.
Prevención de la deformación
Las causas de la deformación de moldes complejos de precisión suelen ser complejas, pero basta con comprender su ley de deformación, analizar sus causas y utilizar diferentes métodos para prevenirla y reducirla, además de controlarla. En general, el tratamiento térmico para la deformación de moldes complejos de precisión puede emplear los siguientes métodos de prevención.
(1) Selección razonable de materiales. Para moldes complejos de precisión se debe seleccionar un material de acero para moldes con buena microdeformación (como el acero templado al aire), la segregación de carburos del acero para moldes grave debe ser un tratamiento térmico de forjado y revenido razonable, el acero para moldes más grande y que no se puede forjar puede ser un tratamiento térmico de doble refinamiento de solución sólida.
(2) El diseño de la estructura del molde debe ser razonable, el espesor no debe ser demasiado dispar, la forma debe ser simétrica, para la deformación del molde más grande se debe dominar la ley de deformación, reservando un margen de procesamiento, para moldes grandes, precisos y complejos se puede utilizar una combinación de estructuras.
(3) Los moldes de precisión y complejos deben someterse a un tratamiento térmico previo para eliminar la tensión residual generada en el proceso de mecanizado.
(4) Elección razonable de la temperatura de calentamiento, control de la velocidad de calentamiento, para moldes complejos de precisión se pueden utilizar métodos de calentamiento lento, precalentamiento y otros métodos de calentamiento equilibrado para reducir la deformación del tratamiento térmico del molde.
(5) Bajo la premisa de asegurar la dureza del molde, intente utilizar el preenfriamiento, el enfriamiento gradual o el proceso de enfriamiento por temperatura.
(6) Para moldes de precisión y complejos, en las condiciones que lo permitan, intente utilizar el enfriamiento por calentamiento al vacío y el tratamiento de enfriamiento profundo después del enfriamiento.
(7) Para algunos moldes de precisión y complejos se puede utilizar un tratamiento térmico previo, un tratamiento térmico de envejecimiento, un tratamiento térmico de nitruración y un tratamiento térmico de templado para controlar la precisión del molde.
(8) En la reparación de agujeros de arena de molde, porosidad, desgaste y otros defectos, el uso de máquinas de soldadura en frío y otros equipos de reparación de impacto térmico para evitar la deformación del proceso de reparación.
Además, el correcto funcionamiento del proceso de tratamiento térmico (como el taponamiento de orificios, el sellado de orificios, la fijación mecánica, los métodos de calentamiento adecuados, la elección correcta de la dirección de enfriamiento del molde y la dirección de movimiento en el medio de enfriamiento, etc.) y un proceso de tratamiento térmico de revenido razonable son medidas eficaces para reducir la deformación de los moldes de precisión y complejos.
El tratamiento térmico de temple y revenido superficial se realiza generalmente mediante calentamiento por inducción o por llama. Los principales parámetros técnicos son la dureza superficial, la dureza local y la profundidad de la capa endurecida efectiva. Para la medición de la dureza se puede utilizar un durómetro Vickers, un durómetro Rockwell o un durómetro Rockwell superficial. La elección de la fuerza de ensayo (escala) está relacionada con la profundidad de la capa endurecida efectiva y la dureza superficial de la pieza. Existen tres tipos de durómetros.
En primer lugar, el durómetro Vickers es un instrumento importante para medir la dureza superficial de las piezas tratadas térmicamente. Permite seleccionar una fuerza de prueba de 0,5 a 100 kg, medir capas de endurecimiento superficial de tan solo 0,05 mm de espesor y ofrece la máxima precisión, pudiendo detectar incluso las más mínimas diferencias en la dureza superficial de las piezas. Además, el durómetro Vickers también permite determinar la profundidad de la capa endurecida efectiva. Por lo tanto, para procesos de tratamiento térmico superficial o para grandes cantidades de piezas que requieren este tratamiento, es necesario contar con un durómetro Vickers.
En segundo lugar, el durómetro Rockwell de superficie es muy adecuado para medir la dureza de piezas con superficie endurecida. Este durómetro cuenta con tres escalas para elegir y permite medir profundidades de endurecimiento efectivas superiores a 0,1 mm en diversas piezas. Si bien su precisión no es tan alta como la del durómetro Vickers, cumple con los requisitos de control de calidad e inspección en plantas de tratamiento térmico. Además, ofrece un funcionamiento sencillo, facilidad de uso, bajo costo y medición rápida. Permite leer directamente el valor de dureza y otras características, lo que facilita el ensayo rápido y no destructivo de lotes de piezas con tratamiento térmico superficial. Esto resulta fundamental para plantas de procesamiento de metales y fabricación de maquinaria.
En tercer lugar, cuando la capa endurecida por tratamiento térmico superficial es más gruesa, también se puede utilizar un durómetro Rockwell. Si el espesor de la capa endurecida por tratamiento térmico es de 0,4 a 0,8 mm, se puede utilizar la escala HRA; si el espesor es superior a 0,8 mm, se puede utilizar la escala HRC.
Los tres tipos de valores de dureza (Vickers, Rockwell y Rockwell superficial) se pueden convertir fácilmente entre sí, así como a estándares, planos o al valor de dureza que necesite el usuario. Las tablas de conversión correspondientes se encuentran en la norma internacional ISO, la norma estadounidense ASTM y la norma china GB/T.
Endurecimiento localizado
Si las piezas requieren mayor dureza local, se puede utilizar calentamiento por inducción u otros métodos de tratamiento térmico de temple localizado. En estos casos, generalmente se debe indicar en los planos la ubicación del tratamiento térmico de temple localizado y el valor de dureza local. Las pruebas de dureza deben realizarse en la zona designada. Para medir la dureza, se puede utilizar un durómetro Rockwell (valor HRC). Si la capa de endurecimiento por tratamiento térmico es poco profunda, se puede utilizar un durómetro Rockwell de superficie (valor HRN).
Tratamiento térmico químico
El tratamiento térmico químico consiste en infiltrar uno o varios elementos químicos en la superficie de la pieza, modificando así su composición química, organización y propiedades. Tras el temple y el revenido a baja temperatura, la superficie de la pieza presenta alta dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga por contacto, mientras que el núcleo posee alta tenacidad.
Según lo anterior, la detección y el registro de la temperatura durante el proceso de tratamiento térmico son cruciales, y un control deficiente de la temperatura tiene un gran impacto en el producto. Por lo tanto, es fundamental la detección de la temperatura y el seguimiento de su evolución a lo largo del proceso. Esto implica que el tratamiento térmico debe registrar los cambios de temperatura, lo que facilitará el análisis de datos posterior y permitirá identificar los momentos en que la temperatura no cumple con los requisitos. De esta manera, se contribuirá significativamente a la mejora del tratamiento térmico en el futuro.
Procedimientos operativos
1. Limpie el lugar de trabajo, compruebe que la fuente de alimentación, los instrumentos de medición y los distintos interruptores funcionen correctamente y que el suministro de agua sea fluido.
2. Los operarios deben usar un buen equipo de protección laboral, de lo contrario será peligroso.
3. Abra el interruptor de transferencia universal de potencia de control, de acuerdo con los requisitos técnicos de las secciones graduadas del equipo de aumento y disminución de temperatura, para extender la vida útil del equipo y el equipo intacto.
4. Prestar atención a la temperatura del horno de tratamiento térmico y a la regulación de la velocidad de la cinta transportadora, para dominar los estándares de temperatura requeridos para diferentes materiales, garantizar la dureza de la pieza de trabajo y la rectitud de la superficie y la capa de oxidación, y realizar un buen trabajo de seguridad.
5. Prestar atención a la temperatura del horno de templado y a la velocidad de la cinta transportadora, abrir el aire de escape, para que la pieza de trabajo después del templado cumpla con los requisitos de calidad.
6, en el trabajo debe ceñirse al poste.
7, configurar los aparatos contra incendios necesarios y estar familiarizado con los métodos de uso y mantenimiento.
8. Al detener la máquina, debemos verificar que todos los interruptores de control estén en estado apagado y luego cerrar el interruptor de transferencia universal.
Calentamiento excesivo
Desde la boca rugosa de las piezas de los rodamientos de accesorios de rodillos se puede observar sobrecalentamiento de la microestructura después del temple. Pero para determinar el grado exacto de sobrecalentamiento es necesario observar la microestructura. Si en la organización de temple del acero GCr15 aparece martensita acicular gruesa, se trata de una organización de temple sobrecalentada. La razón de la formación de la temperatura de calentamiento de temple puede ser demasiado alta o un tiempo de calentamiento y mantenimiento demasiado prolongado causado por un sobrecalentamiento en todo el rango; también puede deberse a una organización original de carburo de banda grave, en el área de bajo carbono entre las dos bandas para formar una aguja de martensita gruesa localizada, lo que resulta en un sobrecalentamiento localizado. La austenita residual en la organización sobrecalentada aumenta y la estabilidad dimensional disminuye. Debido al sobrecalentamiento de la organización de temple, el cristal del acero es grueso, lo que conducirá a una reducción en la tenacidad de las piezas, se reducirá la resistencia al impacto y también se reducirá la vida útil del rodamiento. El sobrecalentamiento severo incluso puede causar grietas de temple.
subcalentamiento
Una temperatura de temple baja o un enfriamiento deficiente producirán una organización de torrhenita mayor que la estándar en la microestructura, conocida como organización de subcalentamiento, lo que provoca una caída de la dureza, una reducción drástica de la resistencia al desgaste y, en consecuencia, una disminución de la vida útil de los rodamientos de rodillos.
Grietas de enfriamiento
En las piezas de rodamientos, durante el proceso de temple y enfriamiento, se forman grietas denominadas grietas de temple debido a tensiones internas. Las causas de estas grietas son: temperatura de calentamiento de temple demasiado alta o enfriamiento demasiado rápido, tensión térmica y cambio de volumen de masa metálica en la organización de la tensión mayor que la resistencia a la fractura del acero; defectos originales en la superficie de trabajo (como grietas o arañazos superficiales) o defectos internos en el acero (como escoria, inclusiones no metálicas graves, manchas blancas, residuos de contracción, etc.) durante el temple que generan concentración de tensiones; descarburación superficial severa y segregación de carburos; temple insuficiente o inoportuno de las piezas después del revenido; tensión de punzonado en frío excesiva causada por el proceso anterior, plegado de forja, cortes de torneado profundos, ranuras de aceite con bordes afilados, etc. En resumen, la causa de las grietas de temple puede ser uno o más de los factores anteriores, siendo la presencia de tensión interna la razón principal de su formación. Las grietas de temple son profundas y delgadas, con una fractura recta y sin coloración oxidada en la superficie fracturada. Suelen ser grietas longitudinales planas o anulares en el collarín del cojinete; en la bola de acero del cojinete, la forma es en S, en T o anular. La característica principal de las grietas de temple es la ausencia de descarburación en ambos lados de la grieta, lo que las distingue claramente de las grietas de forja y las grietas del material.
Deformación por tratamiento térmico
En los rodamientos NACHI sometidos a tratamiento térmico, existen tensiones térmicas y tensiones internas que pueden superponerse o compensarse parcialmente, lo que los hace complejos y variables. Estas tensiones pueden variar según la temperatura, la velocidad de calentamiento, el modo y la velocidad de enfriamiento, así como la forma y el tamaño de las piezas. Por lo tanto, la deformación durante el tratamiento térmico es inevitable. Reconocer y dominar las leyes que rigen este proceso permite mantener la deformación de los rodamientos (como la ovalización del collarín, el aumento de tamaño, etc.) dentro de un rango controlable, lo que facilita la producción. Si bien las colisiones mecánicas durante el tratamiento térmico también pueden causar deformación en las piezas, esta deformación puede utilizarse para mejorar el proceso y reducirla o evitarla.
descarburación superficial
En el proceso de tratamiento térmico de las piezas de rodamientos de rodillos, si se calientan en un medio oxidante, la superficie se oxidará, reduciendo así la fracción de masa de carbono superficial y provocando la descarburación. Si la profundidad de la capa de descarburación supera la cantidad de material que se puede retener durante el procesamiento final, la pieza se desechará. La determinación de la profundidad de la capa de descarburación superficial se puede realizar mediante métodos metalográficos y de microdureza. La curva de distribución de microdureza de la capa superficial, según el método de medición, puede utilizarse como criterio de referencia.
Punto débil
Debido a un calentamiento insuficiente, un enfriamiento deficiente y una dureza superficial inadecuada en las piezas de los rodamientos, se produce un fenómeno conocido como punto blando de temple. Este problema, similar a la descarburación superficial, puede provocar una disminución significativa de la resistencia al desgaste y a la fatiga.
Fecha de publicación: 5 de diciembre de 2023