PROCESOS DE FABRICACION

INSTITUTO TECNOLOGICO DE
OAXACA

PROCESOS DE FABRICACION

Docente: M.I. EDILBERTO MATIAS MEJIA

Alumno: Bautista Pérez Antonio de Jesús

Grupo: IA

Unidad: II

TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO

ACTIVIDAD 2.2.
LA INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Y
TIEMPO DE TRATAMIENTO SOBRE LAS
PROPIEDADES FINALES DE LAS PIEZAS
INGENIERIA INDUSTRIAL

INTRODUCCION
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Los diferentes estudios que efectúa el hombre sobre las capacidades y

condiciones de cada pieza que el diseña, sin duda alguna conllevan una relación
intrínseca de diferentes técnicas, que hacen posible una consecución efectiva de
todas las ideas propuestas.

En la actualidad, es frecuente encontrar el uso constante de las distintas

variedades de acero que se utilizan a nivel industrial además, se ha trabajado en
dar mayor capacidad de respuesta ante situaciones críticas de operación y
funcionamiento que se presente a diario en las plantas de fabricación de los
distintos productos que se comercializan en el mercado, el desarrollo de mejores
condiciones de trabajo reducen el costo operativo y aumentan la capacidad de
producción.Los factores que intervienen en el proceso de temple son: el tipo de
temple, el calentamiento, la temperatura de austenización, la velocidad de
enfriamiento y el tiempo de sostenimiento. La velocidad de enfriamiento real, se ve
afectada por el tamaño de la pieza, por el medio utilizado en el enfriamiento y por
la misma velocidad crítica. Las curvas de enfriamento quedan definidas por una
serie de valores de temperatura en función del tiempo de tratamiento lo que da
lugar a un conjunto de puntos denominados Ac (del francés arret chauffage).

Un proceso de tratamiento térmico puede provocar transformaciones de los

constituyentes estructurales sin modificar la composición química promedio del
material. Al final del tratamiento térmico, los componentes estructurales pueden
estar en equilibrio (por ejemplo ferrita + carburos después del recocido) o no (por
ejemplo martensita después del temple). El tratamiento térmico también puede
causar cambios en el tamaño, forma o distribución de los componentes
estructurales sin cambiar el tipo constituyente (por ejemplo en el recocido).
También es posible cambiar el contenido de ciertos estructurales en la zona
superficial (por ejemplo cementación), o cambiar la intensidad y distribución de las
tensiones internas (por ejemplo distensionado).

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LA INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Y
TIEMPO DE TRATAMIENTO SOBRE LAS
PROPIEDADES FINALES DE LAS PIEZAS
El término tratamiento térmico describe un proceso en el cual una herramienta o
parte de una herramienta se somete intencionalmente a una secuencia específica
de tiempo - temperatura. En algunos casos, la pieza puede ser sometida
adicionalmente a otras influencias químicas y/o físicas. El objetivo del tratamiento
térmico es conferirle a la pieza propiedades requeridas para procesos de
transformación posteriores o para su aplicación final. Un proceso de tratamiento
térmico puede provocar transformaciones de los constituyentes estructurales sin
modificar la composición química promedio del material.

Para el éxito de un tratamiento térmico es de vital importancia respetar las

temperaturas de tratamiento específicas. Por esta razón, es necesario que los
talleres de tratamiento térmico posean equipos confiables y precisos para la
medición y control de la temperatura. Muchas veces es necesaria la adquisición de
equipos adicionales para lograr una exacta medición de la temperatura y así poder
controlar las piezas durante el proceso. Los colores de incandescencia permiten
una evaluación aproximada de la temperatura de una pieza.

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Temple Influencia de la temperatura y tiempo de tratamiento sobre las

propiedades finales de las piezas.

La velocidad óptima de calentamiento será aquella a la cual no aparezcan

tensiones internas como consecuencia de un calentamiento no uniforme de las
piezas que pueda conllevar a que surjan deformaciones y grietas en el material. La
velocidad de calentamiento se determina en función de la composición química del
acero, de su estructura, de la configuración, de la complejidad de las piezas
tratadas y del intervalo de calentamiento. Cuando el material original ha sido
previamente deformado plásticamente o ha sido sometido a otro proceso que le
haya producido tensiones internas, las mismas se sumarán a las surgidas por
variación de temperatura y por transformaciones de fase.

Esto ocasiona agrietamiento o deformación de las piezas.

Como es bien sabido el cambio de temperatura durante el enfriamiento induce un

esfuerzo térmico, la influencia de la temperatura en la transformación de la fase
resulta en el cambio de la microestructura del material, De este cambio está
acompañado de un aumento de los esfuerzos internos. La existencia de estos
esfuerzos y deformaciones tiene una influencia directa en la cinética de la
transformación de fases, sabiendo que el esfuerzo y las deformaciones inducen
una estabilización mecánica de las fases. El calor latente generado debido a que
la transformación de fase afecta la distribución de temperatura.

Parte del trabajo realizado por la aparición del esfuerzo se convierte en calor, que
afecta la temperatura. Los efectos de la difusión de carbono y nitrógeno en la
transformación de fases, se reflejan en dos mecanismos: El primero es el
incremento de la relación C/N permite realizar la transformación en un rango de
temperaturas más bajo; y el segundo es que los carburos y nitruros que se han
formado en la superficie del material tratado exceden los límites de saturación de
C/N de la matriz. La cinética de la difusión y la velocidad de la reacción de la
superficie del carbono y el nitrógeno dependen de la morfología de la
microestructura y de los niveles de temperatura. Por otra parte el contenido de C y

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N afectan la conductividad térmica del material. La absorción de átomos de C/N

desde la atmosfera del tratamiento conduce al cambio de parámetros reticulares
(lattice), que deben tenerse en cuanta cuando se establecen las ecuaciones
constitutivas de las relaciones esfuerzo deformación , El efecto que pude tener el
estado de esfuerzos en la cinética de la difusión de carbono y nitrógeno se
reprenda mediante la flecha

MEDIOS DE TEMPLE LÍQUIDOS

En el caso de los medios de temple líquidos el ciclo de enfriamiento de una pieza

puede dividirse en tres fases: fase de película de vapor, fase de ebullición y fase
de convección. A temperaturas por encima del punto de ebullición del medio de
temple, la pieza se encuentra rodeada por una película de vapor que reduce el
efecto de enfriamiento. Solamente cuando esta película comienza a romperse y
las burbujas de vapor suben a la superficie (fase de ebullición), es cuando se
establece un contacto permanente entre el líquido frío y la superficie de la pieza.
En la tercera fase, el intercambio de calor ocurre únicamente a través de
convección. El agua sin aditivos permite un enfriamiento de efecto muy intensivo,
pero las burbujas de gas que se producen se adhieren fuertemente a la superficie
del material (fenómeno de Leidenfrost). Esta desventaja puede evitarse mediante
aditivos tales como la soda caústica o ciertas sales. La temperatura recomendada
para el agua es de un poco menos de 25°C. Esta puede ser aumentada hasta
aprox. 70°C por medio de aditivos. Los aceites de temple normalmente se usan a
temperaturas de hasta 70°C y en algunos casos de jasta 150°c. Para
temperaturas más altas existe un gran número de sales liquidas o metales líquidos
(baño de sales).

Hoy en día es posible trabajar con medios de temple acuosos que cubren un
amplio rango de intensidades de enfriamiento y producen un efecto aún más

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suave que el aceite. Adicionalmente a la temperatura de temple, deben tenerse en

cuenta factores como la templabilidad, forma y tamaño de las piezas y
compatibilidad con el medio de calentamiento al realizar la escogencia del medio
de temple. Medios de temple gaseosos La velocidad de enfriamiento de los
medios de temple gaseosos es mucho más baja que la de los medios líquidos y
debe ponérsele bastante atención a la templabilidad del material en cada caso
(velocidad de enfriamiento crítica).

El grupo de los medios de enfriamiento gaseosos incluyen el aire quito o

circulante, nitrógeno y otros gases. El efecto de enfriamiento de los gases puede
ser aumentado incrementando la velocidad de flujo y la presión.

1.- La pieza se le debe efectuar correctamente las operaciones previas de

calentamiento y mantenimiento.

2.-Se debe extraer las piezas del horno lo antes posibles con el empleo de las
tenazas de forja.

3.- Como se trata de piezas de sección de iguales dimensiones se sumergen

desde cualesquiera de los extremos y agitan en forma circular o como haciendo un
ocho, independiente del medio en que se enfrié ya sea en el agua o aceites.

4.- Se deben mantener las piezas agitándose en el medio de enfriamiento (baño)

hasta lograr un enfriamiento total.

5.- Luego la pieza debe ser limpiada del óxido formado durante los procesos de
calentamiento y mantenimiento, para efectuar control de calidad por medio de
inspecciones y así poder detectar posibles fallas o defectos que se pueden hacer
presentes en esta etapa del templado.

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Normalización influencia de la temperatura y tiempo de tratamiento sobre las

propiedades finales de las piezas.

Tiene por objetivo dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de

tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear
como tratamiento previo al temple y al revenido.

Normalización de piezas forjada:

Cuando las piezas forjadas se normalizan antes de la

cementación o del temple y revenido, se usan los
valores superiores del intervalo de temperaturas
anotadas. Sin embargo, cuando el normalizado es el
tratamiento térmico final se usan las temperaturas más
bajas.

Las piezas forjadas, con un contenido de carbono del 0.25% o menos, casi nunca
son normalizadas ya que solo un severo temple a partir de la temperatura de
austenitizacion tendría un efecto significativo sobre su estructura y dureza.

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Normalización de barras:

Frecuentemente, los estados finales de los productos de un tren de laminación en

caliente, empleado en la fabricación de barras o tubos tienen propiedades
cercanas a aquellas obtenidas durante la normalización. Cuando esto ocurre el
normalizado no es necesario.

Cuando los productos se terminan en frió, en una secuencia de reducciones en frió

con recocidos subcriticos altos entre pasos, se produce algo de esferoidizacion.
En tales casos el producto es a veces normalizado. La normalización elimina la
esferoidizacion y restaura la estructura perlitica benéfica para la maquinabilidad en
aceros de bajo y medio carbono y en aceros aleados.

Normalización de piezas coladas:

Cuando se realiza el normalizado de piezas elaboradas por fundición es necesario

tomar algunas precauciones. Los hornos se cargan de tal manera que todas las
piezas reciban un calentsamiento adecuado y uniforme. Como a la temperatura de
austenitizacion la resistencia mecánica de los aceros es menor que a la de
temperatura ambiente, las secciones heterogéneas pueden distorsionarse si no se
les proporciona un soporte conveniente. La temperatura del horno debe de ser tal
que el choque térmico no produzca fisuras en el material, para los aceros de alta
aleación, un intervalo de temperaturas de carga seguro es de 330 a 440 ªC para
los grados de menor contenido de aleantes la temperatura de carga puede ser de
660 ªC.

Luego que se ha cargado el horno, la temperatura se debe elevar a una velocidad

de alrededor de 200ªC/horas asta alcanzar la temperatura de normalización.
Según la composición de acero y la configuración de las piezas coladas, pueden
ser necesario disminuir la velocidad de calentamiento a 50ªC / hora para evitar

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fisuras. Unas ves alcanzadas la temperatura de normalización, las piezas coladas

se mantienen a esta temperatura un tiempo que asegure la austenitizacion
completa y la solubilizacion de los carburos. Luego, las piezas se descargan y se
dejan enfriar en aire quieto.

Normalización de laminación plana:

Las hojas de acero laminadas en caliente, de alrededor de 0.10%C, se pueden

normalizar para refinar el tamaño de grano minimizar las propiedades
direccionales y desarrollar propiedades mecánicas convenientes.

Por laminación en caliente a temperaturas por encima de la temperatura superior

de transformación, las láminas presentan granos de ferrita equiaxicos y uniformes.
Sin embargo, si parte de la operación de laminación en caliente se realiza cuando
el ACRO se ha transformado parcialmente en ferrita. Láminas de espesor delgado,
laminadas en caliente, pueden mostrar propiedades direccionales diferentes si la
laminación se termina por debajo de la temperatura superior de transformación.

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Estas condiciones son indeseables para algunos tipos de embutido profundo y se

deben corregir por normalización.

Recocido influencia de la temperatura y tiempo de tratamiento sobre las

propiedades finales de las piezas.

El Recocido se realiza principalmente para:

• Alterar la estructura del material para obtener las propiedades mecánicas

deseadas, ablandando el metal y mejorando su maquinabilidad.

• Recristalizar los metales trabajados en frío.

• Para aliviar los esfuerzos residuales.

Las operaciones de Recocido se ejecutan algunas veces con el único propósito de

aliviar los esfuerzos residuales en la pieza de trabajo causadas por los procesos
de formado previo. Este tratamiento es conocido como Recocido para Alivio de
Esfuerzos, el cual ayuda a reducir la distorsión y las variaciones dimensiónales
que pueden resultar de otra manera en las partes que fueron sometidas a
esfuerzos. Se debe tener en cuenta que el Recocido no proporciona generalmente
las características más adecuadas para la utilización del acero. Por lo general, al
material se le realiza un tratamiento posterior con el objetivo de obtener las
características óptimas deseadas.

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Para muchos fines se especifica que el acero sea enfriado en el horno desde la
temperatura e recocido. En la tabla. Se dan las temperaturas y la dureza brinell
asociadas, en aceros al carbono durante un recosido sencillo.

Tabla temperaturas y ciclos de enfriamiento recomendados para

obtener recocidos completo de piezas de forja pequeñas de aceros
al carbono.
Temperaturas Ciclo de
Aceros SAE Dureza brinell
de recocido recocido
1018 855 a 900 ºC 855 a 705 ºC 111 a 149

1020 855 a 900 ºC 855 a 700 ºC 111 a 149

1022 855 a 900 ºC 855 a 700 ºC 111 a 149

1025 855 a 900 ºC 855 a 700 ºC 111 a 149

1030 845 a 885 ºC 845 a 650 ºC 126 a 197

1035 845 a 870ºC 845 a 650 ºC 137 a 207

1040 790 a 870ºC 790 a 650 ºC 137 a 207

1045 790 a 870 ºC 790 a 650 ºC 156 a 217

1050 790 a 870 ºC 790 a 650 ºC 156 a 217

1060 790 a 845 ºC 790 a 650 ºC 156 a 217

1070 790 a 845 ºC 790 a 650 ºC 167 a 229

1080 790 a 845 ºC 790 a 650 ºC 167 a 229

1090 790 a 830 ºC 790 a 650 ºC 167 a 229

1095 790 a 830 ºC 790 a 655 ºC 167 a 229

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El revenido influencia de la temperatura y tempo de tratamiento sobre las

propiedades finales de las piezas.

Como ya se mencionó anteriormente, el acero en el estado endurecido carece de

aplicación práctica debido a su condición de fragilidad, que surge por la formación
de la martensita que trae aunados grandes esfuerzos internos; por ello, es
necesario hacer un relevado de esfuerzos a fin de eliminar en cierta medida dichos
esfuerzos. Por esta razón, el revenido tiene como finalidad liberar los esfuerzos
internos, mejorando la ductilidad y la tenacidad del acero, pero sin que su
propósito sea eliminar la dureza obtenida por el templado. El revenido del acero
comprende el calentamiento del acero endurecido a una temperatura abajo de la
crítica inferior (Ac1) y enfriándolo a una velocidad conveniente.

Por lo general, dentro del rango de temperaturas de revenido, hay un decremento

en dureza y un mayor aumento en tenacidad, conforme aumenta la temperatura
del revenido. El rango de temperaturas de 200 ºC a 450 ºC (400 ºF a 800 ºF)
representa una zona divisoria entre aquellas aplicaciones que requieren dureza y
aquellas que requieren tenacidad. Si la principal propiedad deseada es la dureza o
resistencia al desgaste la pieza se reviene a menos de 200º C, en estas
condiciones los esfuerzos residuales se reducen notablemente cuando se
alcanzan los 200 ºC. Por otra parte, si se desea que la principal propiedad sea la
tenacidad, la pieza se reviene por arriba de 450º C, temperaturas por arriba de
ésta prácticamente logran que los esfuerzos internos o residuales desaparezcan
casi en su totalidad.

Es importante analizar lo que le sucede a la martensita al calentar el acero dentro

de los rangos especificados anteriormente. Como ya quedó establecido con
anterioridad, la martensita es una solución sólida supersaturada de carbono
atrapado en una estructura tetragonal a cuerpo centrado. Esta es una condición

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PROCESOS DE FABRICACION

metaestable dado que a temperatura ambiente la fase que debería estar presente
es la ferrita con estructura cristalina BCC. Así, al someter a una cierta temperatura
al acero, se le está suministrando energía, la cual es aprovechada por los átomos
de carbono difundiendo fuera de la martensita precipitándose como carburo y el
hierro como ferrita con red BCC. Cuando se calienta el acero al carbono en el
rango de 40 ºC a 200 °C (100 ºF a 400 ºF), la estructura adquiere una tonalidad
negra y es a veces conocida como martensita negra. La martensita original en la
condición de temple está empezando a perder su estructura cristalina tetragonal
mediante la formación de un “carburo de transición” hexagonal compacto (carburo
épsilon) y martensita de bajo carbono.

En esta condición el acero endurece ligeramente, sobre todo aquellos aceros con
alto contenido de carbono, y bajo estas condiciones el acero posee una alta
resistencia, lo que trae como consecuencia una baja en la ductilidad y la
tenacidad. Sin embargo, lo más importante es que gran parte de los esfuerzos
internos se eliminan. Calentando en el rango de 230 ºC a 400 ºC (450 ºF a 750 ºF)
cambia el carburo épsilon a cementita ortorrómbica (Fe3C), la martensita de bajo
carbono se hace ferrita BCC y cualquier austenita retenida se transforma en
bainita. Los carburos son demasiado pequeños para ser resueltos mediante el
microscopio óptico y la estructura entera se colora rápidamente en una masa
negra. La resistencia es mayor de 200,000 Psi, la ductilidad ha aumentado
ligeramente, pero la tenacidad es aún baja. La dureza está entre 40 y 60 Rc
dependiendo de la temperatura de revenido.

El revenido en el rango entre 400 º y 650 º C (750 ºF a 1200 ºF) propicia el

crecimiento de partículas de cementita lo que a su vez aumenta la cantidad de
ferrita que es la fase que formará eventualmente la matriz del material. Esta
condición hace que el material adquiera una coloración más clara al ser atacado.
Las propiedades mecánicas en este rango son: Resistencia a la tensión 125,000 -
200,000 Psi, elongación 10 - 20 % en 2 pulgadas, dureza 20 - 40 Rc y un aumento
rápido en la tenacidad. Calentando en el rango de 650 º a 720 ºC (1200 ºF a 1330
ºF) produce partículas grandes de cementita globular. Esta estructura es muy

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suave y tenaz y es semejante a la estructura de la cementita esferoidal obtenida

directamente de la austenita mediante el recocido de esferoidización.

Por otra parte, reviniendo un acero endurecido a temperaturas de revenido muy

bajas, puede lograrse un “endurecimiento secundario”. Por ejemplo, aceros
aleados que contienen porcentajes de uno o más de los elementos fuertemente
formadores de carburo (Cr, Mo, V y W) son capaces de hacerse más duros como
resultado del revenido. La temperatura y el tiempo de revenido son variables
interdependientes en el proceso de revenido. Por ejemplo, bajando la temperatura
y aumentando el tiempo se puede generalmente producir el mismo resultado que
aumentando la temperatura y disminuyendo el tiempo.

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PROCESOS DE FABRICACION

CONCLUSION
Los diferentes estudios que efectúa el hombre sobre las capacidades y
condiciones de cada pieza que el diseña, sin duda alguna conllevan una relación
intrínseca de diferentes técnicas, que hacen posible una consecución efectiva de
todas las ideas propuestas.

El estudio realizado demuestra esta afirmación ya que el análisis metódico de los

tratamiento térmicos hechos a los materiales en industrias y otros evidenciaron
que para lograr eficazmente su proceso deben contar simultáneamente con el
cumplimiento tácito de una serie de principios tanto del material como del
ambiente en el que este se desenvuelve respectivamente , donde el calentamiento
y enfriamiento que sea ejecutado deben contar con un estudio progresivo de la
estructura de sus granos , la temperatura a la que se realiza el tratamiento y así
mismo evitar equivocaciones operacionales que afecten significantemente las
propiedades del compuesto , aunando esto a problemas serios en la fabricación
de cualquier pieza.Es de referencia obligatoria para nosotros como estudiantes de
Ingeniería Industrial precisar cada una de las características participes en un
diseño y fabricación de pieza, para así evitar errores al analizar su funcionamiento
y posibles cambios en la condición general del material empleado.

En conclusión los tratamientos térmicos más usados son el temple, recocido,

revenido, cementación entre otros, siendo uno a uno un proceso especifico
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fundamentado en darle ya sea resistencia, dureza o maquinabilidad al material,

pero destacando su influencia en el posterior funcionamiento de la pieza diseñada
y fabricada con el material que ha sido tratado térmicamente. En estos procesos
industriales, donde se visualizó principalmente que para condicionar el acero es
necesario tratarlo con diferentes procesos térmicos con el fin de provocar en ellos
un calentamiento u enfriamiento progresivo para modificar las propiedades
existentes en él, donde es importante para el ingeniero entender la magnitud tácita
del proceso con el fin de evitar dificultades que pudieran surgir a ultima.

BIBLIOGRAFIAS

1. https://dspace.uclv.edu.cu/bitstream/handle/123456789/10319/Guillen%20Morales%2C
%20%20Yasdiel.pdf?sequence=1&isAllowed=y
2. https://escuelaing.s3.amazonaws.com/staging/documents/1537_tratamientostermicosr2.
pdf?AWSAccessKeyId=AKIAWFY3NGTFBJGCIWME&Signature=cyckCCxXRT81P
%2Be5nEfWPunSSaE%3D&Expires=1620963255
3. TITULO: TRATAMIENTO TERMICO DE LOS METALES

AUTOR:
Pere Molera Solá

ISBN:
9781413577877, 9788426708267

PRINT ISBN:
9788426708267

E - ISBN:
9781413577877

EDITORIAL:
Marcombo

TEMAS:
Metales, Tratamiento por el calor , Metals, Thermomechanical treatment

CLASIFICACIÓN DE LA BIBLIOTECA DEL CONGRESO:

TN752.T54

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