Tratamientos termicos

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Tratamientos 
Térmicos 
Isotérmicos
Estructura.
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Introducción
Curva de la “S”
Tipos de tratamientos.
Bibliografía
Preguntas
Estructura.
Introducción
¿Qué son los tratamientos isotérmicos?
Curva de la “S”
Tipos de determinación
Microestructuras
Transformaciones isotérmicas
Influencia de los elementos aleantes y factores modificantes. 
Tipos de tratamientos isotérmicos
Recocido isotérmico
Martempering
Austempering
Patenting
Tratamientos subcero
Temple en agua y aceite
Bibliografía
	
1. Introducción.
Dentro del mundo de los
tratamientos térmicos hay ciertas aplicaciones que requieren de estructuras que no se pueden obtener mediante un tratamiento térmico tradicional, en los cuales el riesgo de grietas es bastante alto.
Fig. 1 Diagrama de transformación isotérmica
1.1 ¿Qué son los tratamientos isotérmicos?
En este tipo de tratamientos se busca la transformación del acero de austenita estable (723 °C) en martensita, bainita, troostita o sorbíta, mediante una transformación a temperatura constante. 
Fig. 2 Horno de recalentamiento
2. Curva de la “S”.
La curva de la “S” o diagrama TTT señala el tiempo necesario a diferentes temperaturas para que inicie y se complete la transformación isotérmica de la austeníta en otros constituyentes.
Fig. 3 Curva de la “S” para un acero con 0.9% de C. 
Fig. 4 Curva “S”
2.1 Métodos de Determinación 
Existen dos métodos para determinar la curva de la “S”.
Método metalográfico: en este método se toman varias probetas y se calientan hasta el punto de austenización para luego sumergirlas en un baño caliente del cual se sacan a intervalos regulares y sucesivos y se enfrían rápidamente en agua. 
Fig. 5 Metalografía de la 3ra a la 6ta probeta de un tratamiento isotérmico.
2.1 Métodos de Determinación 
Método dilatométrico: este método utiliza dos hornos, el de calentamiento y el de baño caliente. 
En ambos hornos se mide la dilatación de la probeta con un micrómetro y se determina el cambio de estructura mediante la dilatación.
Fig. 6 Micrómetro o reloj comparador.
2.1 Métodos de Determinación 
Fig. 7 Método dilatométrico.
2.2 Microestructuras
Los diagramas isotérmicos se pueden dividir en 3 zonas principales: la superior, la intermedia y la inferior. Cada una de las zonas se caracteriza por la manera en la que sucede la transformación
Zona superior: Justo bajo Ae1
Zona inferior: Formación de martensita
Zona intermedia: Entre la superior y la inferior.
2.2 Microestructuras
En la zona superior los cristales de la transformación “brotan” de los contornos de los cristales de austenita. 
En la zona intermedia primero aparecen agujas de ferrita sobre las que se desarrollan los otros constituyentes.
Finalmente en la zona inferior no hay ninguna fase de nucleación. 
Fig. 8 Microestructuras principales
2.2 Microestructuras
Zona superior:
Estructuras laminares
Perlita
Sorbita y Troostita
Estructuras granulares
Nodular
Arborescente
Acicular
Ferrita
Zona intermedia:
Bainita
Superior
Inferior
Constituyente X
Zona inferior:
Martensita.
2.3 Transformaciones Isotérmicas
La transformación de la austenita se da a diferentes velocidades. Cerca a Ae1 la transformación es muy lenta, en el intervalo de 525 a 575 °C la transformación es muy rápida. A 180°C comienza entre los 2 y 3 minutos pero el 100% requiere de varios días. Por debajo de los 125°C vuelve a ser muy rápida.
Fig. 9 Variación de la velocidad
2.3 Transformaciones Isotérmicas
Avance de la transformación de la austenita:
En las zonas perlítica y bainítica la transformación avanza cuando la temperatura es cte. La transformación comienza bastante lento, del 15 al 60% se acelera y vuelve a disminuir entre el 80 y el 90%.
Fig. 10 Detalle de la variación de la velocidad
2.3 Transformaciones Isotérmicas
La formación de martensita, a diferencia de la de otros componentes, depende únicamente de la temperatura.
Para una composición determinada y una misma temperatura de austenización, la formación de martensita comienza siempre a la misma temperatura crítica Ms, y termina a una temperatura Mf. 
Fig. 11 Avance de la formación de martensita
2.4 Influencia de los Elementos Aleantes y factores modificantes.
El diagrama TTT se ve afectado por ciertos factores, el más determinante es la composición del acero mismo (los elementos aleantes), sin embargo, el tamaño de grano y la homogeneidad de la austenita son otros factores que influyen.
Fig. 12 Microestructura de la martensita.
2.4 Influencia de los Elementos Aleantes y factores modificantes.
Influencias de la composición
El carbono es el elemento que más determina el comportamiento de la curva “S”, sin embargo, todos los elementos la afectan. 
Los componentes adicionales tienden a descender la temperatura del inicio de la transformación y a aumentar el tiempo necesario para que termine. La magnitud de estos cambios varía dependiendo de qué elemento se agregó y de qué cantidad hay en la mezcla.
2.4 Influencia de los Elementos Aleantes y factores modificantes.
Fig. 13 Influencia de los elementos aleantes en la curva “S”
2.4 Influencia de los Elementos Aleantes y factores modificantes.
Tamaño de Grano
Al aumentar el tamaño del grano, la velocidad crítica del temple disminuye y se retrasa el comienzo y el final de la transformación. Esto desplaza la curva hacia la derecha.
Fig. 14 Representación de la velocidad crítica
3. Tipos de Tratamientos Isotérmicos 
Recocido Isotérmico
Austempering
Martempering
Patenting
Tratamiento Subcero
Temple en Agua y en Aceite.
Fig. 15 Diagrama de las transformaciones
3.1 Recocido Isotérmico
Es uno de los procesos mas utilizados debido a que es económico y trae buenos resultados en cuanto a precisión en la obtención de la microestructura.
Puede aplicarse tanto a Aceros al Carbón como a Aceros Aleados. 
Recocido Isotérmico
Como en el Recocido de Regeneración, este también reduce las tensiones internas del material y mejora las propiedades de Mecanizado.
Para un ciclo de Recocido Isotérmico, se deben seguir 3 reglas: 
Fig. 16 Temple en Agua
Recocido Isotérmico
1. Temperaturas Altas de Austenización promueven la formación de estructuras laminares (Perlita). Temperaturas Bajas promueven la formación de estructuras Esferoidales ( Feα + Fe₃C esferoidal)
2. Se obtienen estructuras “blandas” usando temperaturas bajas de Austenización y temperaturas máximas de Transformación
3. Se ahorra tiempo en el horno bajando rápidamente desde la temperatura de Austenización hasta la de Transformación, y enfriando rápidamente después de la Transformación. 
3.2 Austempering
Es un proceso que consiste en 4 partes:
1. Se calienta el acero a temperaturas dentro del rango de Austenización.
2. Se sumerge el acero en un baño de sales manteniéndolo entre 260 a 400 °C.
Para calcular la temperatura del inicio de Martensita se usa la siguiente formula:
	Ms =500-350(%C)-40(%Mn)-35(%V)-20(%Cr)-17(%Ni)-10(%Cu)-10(%Mo)-5(%W)+15(%Co)+30(%Al)
Christian (C) - Para que el proceso de austemplado se realize exitosamente se tienen en cuenta 2 condiciones, la primera que al momento de bajar de la temperatura de Austenizado al baño de sales no se transforme la austenita y la segunda que se mantenga el acero el tiempo suficiente para que se transforme la austenita en bainita.
Austempering
Fig. 17 Comparación entre Temple Convencional y Austempering
Austempering
3. Se le permite transformarse isotérmicamente a Bainita mientras el acero esta en el baño de sales.
4. Se extrae y se deja enfriar al aire a temperatura ambiente.
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Austempering
Fig. 18 Curva de la S para 4 Aceros Diferentes.
Austempering
El éxito del Austemplado depende en gran medida del medio que se use para el tratamiento, y de las características del acero a tratarse. 
Se usa en partes mecánicas como eslabones de cadenas, resortes, palancas, bielas y barras estabilizadoras.
Austempering
Fig. 19 Diferencias en la Mecánica de Fractura entre Austempering y Templado Convencional3.3 Martempering
Es un proceso que consiste en 3 partes: 
1. Llevar el acero a la temperatura de austenización y luego templarlo en aceite o en un baño de sales fundidas, a una temperatura superior a la del rango de la martensita.
Christian (C) - El Martempering maneja dos medios de enfriado, la sal derretida y el aceite, el aceite se maneja en rangos hasta los 202°C. La sal se maneja desde los 202°C hasta los 400°C y esta compuesta de 50% a 60% de Nitrato de Potasio, 37% a 50% de nitrito de potasio y de 0 a 10% de nitrato de Sodio.
Martempering
2. Mantener el acero en el medio de templado hasta que la temperatura promedio de la pieza sea uniforme.
3. Enfriar el acero a una tasa moderada, para prevenir grandes diferencias de temperatura entre la superficie y la sección central.
Fig. 20 Temple en Aceite
Martempering
El Martempering no es un reemplazo para el temple, aunque se llegue a la misma microestructura (Martensita).
A diferencia del temple, en la fase de enfriado tanto la superficie como la sección central se transforman al mismo tiempo.
Fig. 21 Diferencias de Piezas Templadas y Martempladas en Ensayos de Tensión, Impacto y Doblado
Christian (C) - Esto permite que no halla diferencias de densidad, y por lo tanto evita la presentacion de distorsion en la pieza, cosa que normalmente ocurre en el temple (lo que puede derivar tambien en la formacion de microgrietas y de grietas)
Martempering
El Martempering se puede modificar con el fin de templar aceros poco endurecibles, extendiendo el periodo en el cual ocurre la transformación en martensita.
Fig. 22 Diagramas TTT de Temple Convencional, Martempering y Martempering Modificado
Christian (C) - La principal ventaja de esta modificacion es que permite usar medios de templado mas simples y por lo tanto tecnologias mas economicas, ademas que el uso de aceite, ya que el baño de sal es mas caro.
3.4 Patenting
Es un tratamiento exclusivo para la manufactura de alambres y cintas troqueladas.
Tiene como propósito facilitar el proceso de manufactura, al permitir microestructuras mas aptas para el trefilado y estirado.
Fig.23 Cinta de Concertina (Razor Wire)
Patenting
Se usa en aceros de alto contenido de Carbono (0,5% a 0,8%) 
Pretende reducir la cantidad de cementita libre en los espacios entre granos, y el de permitir la reorientación de la microestructura perlítica.
Fig. 24 Proceso de Trefilado
Christian (C) - El patenting suele ser un tratamiento intermedio en la fabricacion de alambres, se usa pricipalmente para reducir los efectos del estirado sobre la estructura perlitica, ya que las laminas de perlita orientadas perperdiculares a la direccion del trefilado generan tensiones, mas las paralelas no.
3.5 Tratamientos Subcero 
Es un tratamiento altamente aceptado dentro de la profesión metalúrgica para mejorar la transformación de Austenita en Martensita, y para reducir los esfuerzos internos en fundiciones y partes mecanizadas.
Fig. 25 Enfriado en Nitrógeno Líquido
Tratamientos Subcero 
Es un tratamiento relativamente nuevo (1942), que logra con facilidad aumentar el porcentaje de Martensita desde la Austenita Transformada.
A temperatura ambiente, se presenta una relación 80-20 de Martensita-Austenita sin transformar.
Al bajar la temperatura tras el temple a -100°C la relación aumenta a 92-8.
Christian (C) - Un ejemplo con un acero con 1% de carbono, tras 50 horas de enfriado a la temperatura ambiente, llega a tener 91% de exito, pero tras el tratamiento subcero llega a tener has 98.5% de formacion de Martensita.
Tratamientos Subcero 
Su principal aplicación es la producción de elementos de precisión, alta dureza y tolerancias de fabricación estrictas.
También tiene un gran uso en piezas cementadas con tratamiento de temple.
Fig. 26 Instrumentos de Precisión
Christian (C) - Un ejemplo con un acero con 1% de carbono, tras 50 horas de enfriado a la temperatura ambiente, llega a tener 91% de exito, pero tras el tratamiento subcero llega a tener has 98.5% de formacion de Martensita.
3.6 Temple en Agua y en Aceite
Es un tratamiento que consiste en el temple en 2 medios.
Primero en Agua, el cual es interrumpido antes de la temperatura de transformación.
Luego se templa en aceite para así evitar que aparezcan grietas en la pieza.
4. Bibliografía
“Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Ronald P. Askeland. 4ta edición Thomson.
“Tratamientos Térmicos de los Aceros”. José Apraiz Barreiro. 7ma edición Dossat-Plaza de Santa Ana.
“Metals Handbook”. American Society for Metals . 8va edición, Volumen II.
http://www.slideshare.net/xMorfe0x/tratamientos-termicos-no-2
http://materias.fi.uba.ar/7201/TRATAMIENTOS%20TERMICOS.pdf
Muchas Gracias por su Atención 
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