Recocido y normalización de aceros al carbono simples

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Tipos de procesos de recocido más comunes: 1) Recocido completo: Los aceros hipoeutectoides y eutectoides

se austenizan 40°C por arriba del límite de la γ + α, se enfrían lentamente hasta temperatura ambiente (en el horno en el que fueron calentados), su microestructura será ferrita proeutectoide y perlita.

Los aceros hipereutectoides se austenizan en la región de Ƴ + Fe3C, 40°C por arriba de la temperatura eutectoide.

2) El recocido de proceso (relajamiento de esfuerzos interiores):

Relaja los esfuerzos internos provocados por el trabajo en frío de aceros de bajo carbono (principalmente menos de 0.3% C), se efectúa a 550 y 650°C (debajo de

la temperatura eutectoide).

Rangos de temperatura comúnmente usados para el recocido de aceros al carbono simples.

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La normalización El acero se calienta hasta la región

austenítica y después se enfría en aire en reposo.

Para aceros hipoeutectoides la microestructura consiste en ferrita proeutectoide y perlita fina.

Los propósitos de la normalización son: 1. Refinar la estructura del grano 2. Incrementar la solidez del acero (en

comparación con el acero recocido) 3. Reducir la segregación de los

componentes en operaciones de fundición o forjado, y conseguir así una estructura más uniforme.

• La normalización es más económica que el recocido completo porque no se necesita un horno para controlar la velocidad de enfriamiento del acero.

Rangos de temperatura comúnmente usados para el normalizado de aceros al carbono simples.

Revenido de aceros al carbono simples

El proceso de revenido

El acero primero es austenitizado y luego se templa para producir martensita. Después se lo vuelve a calentar a una temperatura por abajo de la temperatura eutectoide para reblandecer la martensita al transformarla en una estructura de partículas de carburo de hierro en una matriz de ferrita.

La finalidad es hacerlo más blando dúctil al acero

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Diagrama esquemático que ilustra el proceso habitual de temple y revenido para un acero al carbono simple.

Cambios en la microestructura de la martensita durante el revenido

Cuando los aceros martensíticos bajos en carbono (C < 0,2 %) se revienen, los átomos de carbono se segregan para ir a los sitios de más baja energía (alta densidad de dislocaciones).

A temperaturas de revenido T < 200°C, se forma un precipitado muy pequeño que se llama carburo épsilon (∈).

A temperaturas de revenido 200 < T < 300°C, la forma del carburo (Fe3C) precipitado se asemeja a varillas.

A temperaturas de revenido 400 < T < 700°C , los carburos en forma de varillas se colapsan para crear partículas esféricas ( esferoidita)

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Precipitación de Fe3C en martensita Fe-0.39% C revenida durante 1 h a 300°C. (Micrografía electrónica.)

Esferoidita en un acero hipereutectoide con 1.1% C. (Amplificación 1 000×.)

Efecto de la temperatura de revenido sobre la dureza de aceros al carbono simples

La disminución gradual de la dureza de la martensita a medida que aumenta la temperatura se debe a la difusión atómica de carbono que salen de sus sitios en la red intersticial, sometidos a esfuerzos, para formar precipitados de carburo de hierro en una segunda fase.

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Dureza de martensitas de hierro carbono (0.35 a 1.2% C)revenidas durante 1 h a las temperaturas indicadas.

Tratamiento térmico de la martensita: Martemplado (Martemperizado + Revenido)

Tratamiento modificado que se usa con los aceros para minimizar la distorsión y agrietamiento producidos durante el enfriamiento irregular del material sometido a tratamiento térmico.

El proceso consiste en:

1. Austenitizado del acero.

2. Temple en aceite o sal fundida a una temperatura apenas por arriba o abajo de Ms.

3. Suspensión del tratamiento isotérmico antes que se inicie la transformación de austenita a bainita.

4. Enfriamiento a velocidad moderada hasta temperatura ambiente para evitar grandes diferencias de temperatura.

5. A continuación, el acero se reviene con el tratamiento convencional para obtener martensita revenida.

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Curva de enfriamiento para el martemperizado (martemplado) sobrepuesta a un diagrama de acero al carbono simple eutectoide. La interrupción del templado reduce los esfuerzos que se crean en el metal durante ese proceso.

Austemperizado

Es un tratamiento isotérmico que produce una estructura de bainita en algunos aceros al carbono simples.

El acero primero es austenizado, después se templa en un baño de sal fundida a una temperatura apenas por arriba de la temperatura Ms, se mantiene en ese estado isotérmicamente se permite que la transformación de austenita en bainita, y finalmente se enfría en contato con el aire hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Es un procedimiento opcional, en lugar del temple y revenido, para incrementar la tenacidad y ductilidad de algunos aceros.

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Curvas de enfriamiento para el austemperizado de acero al carbono simple eutectoide. La estructura resultante de este tratamiento es la bainita. Una ventaja de este tratamiento térmico es que el revenido es innecesario.

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Algunas propiedades mecánicas (a 20°C) de un acero 1095 obtenido por Austemperizado, en comparación con otros tratamientos térmicos

Las ventajas del austemperizado son (1) mejor ductilidad y resistencia al

impacto de ciertos aceros sobre los valores que se obtienen mediante el temple y revenido convencionales

(2) Menor distorsión del material templado.

Las desventajas del austemperizado en comparación con el temple instantáneo y revenido son (1) La necesidad de contar con un

baño especial de sal fundida (2) El hecho de que el proceso sólo

puede usarse con un número limitado de aceros

Clasificación y propiedades mecánicas típicas de aceros al carbono simples

Se designan con un código de cuatro dígitos AISI-SAE. Los dos primeros son 10 e indican que se trata de acero al carbono simple. Los dos últimos indican el contenido de carbono nominal del acero, en centésimas de punto porcentual.

Contienen manganeso (de 0.30 a 0.95 %) para aumentar su solidez, además impurezas de azufre, fósforo, silicio y otros elementos.

Los aceros al carbono simples muy bajos en carbono tienen una resistencia relativamente baja, pero su ductilidad es muy alta, una de sus aplicaciones es planchas para carrocerías de automóviles.

A medida que el contenido de carbono aumenta se vuelven más resistentes pero menos dúctiles.

Los aceros con contenido mediano de carbono (1020-1040) tienen aplicación en ejes y engranajes.

Los aceros altos en carbono (1060-1095) se usan, por ejemplo, en resortes, troqueles, cuchillas y hojas de tijeras.

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Los aceros al carbono simples tienen un costo relativamente bajo, pero presentan las siguientes limitaciones:

1. No pueden reforzarse más allá de 100 000 psi (690 MPa) aproximadamente, sin sufrir una pérdida considerable en su ductilidad y resistencia al impacto.

2. En secciones grandes no se puede mantener una estructura martensítica homogénea (sus capas profundas no pueden endurecerse).

3. Tienen poca resistencia a la corrosión y la oxidación.

4. Con contenido mediano de carbono deben templarse rápidamente para lograr una estructura totalmente martensítica (conduce a una posible distorsión y agrietamiento de la parte sometida a tratamiento térmico).

5. Tienen poca resistencia al impacto a bajas temperaturas.

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ACEROS DE BAJA ALEACIÓN

Para superar las deficiencias de los aceros al carbono simples se han creado aceros de aleación que contienen elementos aleados para mejorar sus propiedades.

Los principales elementos que se agregan son manganeso, níquel, cromo, molibdeno y tungsteno. Otros: vanadio, cobalto, boro, cobre, aluminio, plomo, titanio y columbio (niobio).

Clasificación de aceros de aleación

Pueden contener hasta 50 por ciento de elementos de aleación y aún seguirse considerando como aceros aleados.

Los aceros de baja aleación baja (1 a 4% de elementos aleantes), son principalmente de tipo automotriz y para la construcción.

Se designan con el sistema de cuatro dígitos AISI-SAE. Los dos primeros indican el principal elemento aleado o los grupos de elementos presentes, y los dos últimos indican las centésimas del porcentaje de carbono.

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