LMEC324 INGENIERA DE MATERIALES

Tratamientos trmicos de acerosDr. Ing. M. Oscar Villegas I.

1600 1538 C 1493 C

1400 1394 C 120 0

L

1000 910 C 800

1147 C 2.14% C

4.30% C

600

0.8% C

400 C F e

1% C

2% C

3% C

4% C

5% C

6% C

6.67% C

Diagrama de fases Fe Fe3C

Microestructura obtenida con un enfriamiento lento de un acero SAE1040

100% 1% 99% 60% 40% + Fe3C 94% 6% Fe3C

p = 60% P = 40% 94 = 60 + e e = 34% Fe3C = 6% P=

Fe3C + Fe3C

DEFINICIONES Los tratamientos trmicos tienen el objetivo de modificar la microestructura del material. Con ello, se modifican las propiedades del material. El TT de un acero se inicia austenizando el acero: Se obtiene austenita en equilibrio. Luego la austenita se enfra a diversas velocidades, en diversos medios de enfriamiento. Como consecuencia, la austenita se descompone en diferentes microestructuras, con diferentes propiedades.

Diagrama de fases Fe Fe3C: Referencia para la temperatura de austenizacin en funcin de la temperatura.

Rango de temperaturas del austenizado de acerosHipoeutectoides Banda de austenizado: A3 + 55C Hipereutectoides: Acm + 55C

Si el enfriamiento es lento se producen las fases primarias

DESCOMPOSICIN DE LA AUSTENITA, ENFRIAMIENTO LENTO

Austenita Acero hipoeutectoide Acero hipereutectoide

Ferrita primaria + Perlita

Perlita Acero eutectoide

Cementita primaria + Perlita

Tratamientos trmicos usuales en los acerosRECOCIDO: Calentamiento a T < A1. Enfriamiento lento. Elimina los efectos del trabajado en fro: Dureza y fragilidad. Produce perlita gruesa (adems de la fase primaria) y el acero se ablanda: Acero de medio y bajo C, para trabajado en fro o maquinado. Produce perlita fina (adems de la fase primaria). El acero recupera propiedades perdidas con el trabajado enfro. Produce esferoidita (ferrita y carbono revenido): Permite la maquinabilidad del acero.

RECOCIDO TOTAL: Austenizado (T > A3) y enfriamiento lento. NORMALIZADO: Austenizado (T > A3) seguido de enfriamiemiento al aire. ESFEROIDIZADO: Aceros de alto C se ablandan por calentamiento prolongado a T < A1.

MICROESTRUCTURAS EN UN ACERO EUTECTOIDE

Recocido total

Normalizado

Esferoidizado

Perlita gruesa

Perlita fina

Esferoidita (850X): Partculas de cementita (Fe3C) distribuidas en una matrz de ferrita.

Efecto del contenido de C y de los tratamientos trmicos en las propiedades mecnicas de los aceros

Control de la descomposicin de la austenita: Tratamientos isotrmicos Recocido isotrmico Tratamiento isotrmico para transformar la austenita en perlita Recocido isotrmico ausrevenido Tratamiento isotrmico para transformar la austenita en bainita Martemplado Tratamiento isotrmico de la austenita a baja temperatura previo al templado para producir martensita. Para controlar la descomposicin de la austenita en otras microestructuras se requiere hacer uso de los diagramas cinticos:

TTTTemperatura Tiempo Transformacin.

CONSTRUCCIN DE UN DIAGRAMA TTT:

Primero se determina la curva de la fraccin transformada a una dada temperatura en funcin del tiempo. Para ello cierto nmero de probetas se austenizan y se enfran bruscamente a una dada temperatura, y luego se mantienen isotrmicas durante tiempos diferentes. La fraccin transformada se determina mediante una tcnica dilatomtrica.

Por ej. Varias muestras de un acero eutectoide son austenizadas a TA = 800C, en un horno. Luego se enfran bruscamente hasta 680C, en un bao de sales mantenido a esta temperatura. Luego se las mantiene a esta temperatura diferentes tiempos. Los resultados se pueden resumir en el siguiente grfico.

Construccin de un Diagrama TTT: Acero eutectoide

Cintica de la transformacin isotrmica de la austenita en perlita

Cintica de la trasformacin isotrmica de la austenita en bainita

Bainita = Placas muy finas de cementita en una matrz ferrtica.

BAINITA Davenport y Bain (1920) describen esta forma particular de descomposicin de la austenita, muy parecida a una martensita revenida, a la que le asignan el nombre de Trostita martensita. Trostita es el primer nombre con que se conoci a la actual perlita fina. Se forma por debajo de la nariz de las curvas C de la perlita, bainita superior, y cerca de la temperatura Ms (inicio de la transformacin a martensita), como bainita inferior. Posee su propia curva C; pero a la vez es tambin atrmica (como la martensita).

Bainita Superior (550-350C) Barras de Fe3C Inferior (350-250C) Fe3C Precipitados en placas de ferrita La bainita es como una perlita muy, muy fina. Siguen presentes la ferrita y la cementita,

La formacin de martensita es atrmica: No necesita del tiempo; solo de un enfriamiento brusco. Transformacin de la austenita en martensita: Transformacin atrmica

Martensita: Fase BCT, misma concentracin de C que la austenita (alta sobresaturacin). Muy dura.

Agujas de martensita (BCT)

Ejemplos de transformaciones isotrmicas (enfriamientos interrumpidos)

Toda vez que se enfra bruscamente, el tiempo retorna a cero.

PG PF BS BI

M

DIAGRAMA

TTT

DE UN ACERO EUTECTOIDE

= 100%

HV