Vés al contingut

Metal·lúrgia i siderúrgia/Tractament tèrmic

Diferents estructures d'acer no aliat, amb refredament lent

Tractament tèrmic[modifica]

Els tractaments tèrmics són combinacions d'escalfament i refredaments a temps determinats aplicats a un metall o aliatge en estat sòlid per tal de modificar propietats d'acord amb les condicions d'ús. Els tractaments tèrmics tenen com a objectiu l'estudi de l'efecte de la composició, temperatura, mida de gra i atmosfera del forn d'escalfament, sobre la microestructura i duresa dels acers.

Tremp[modifica]

Tremp d'un acer C45

El tremp és un tractament tèrmic al qual se sotmet l'acer, concretament a peces o masses metàl.liques ja conformades en el mecanitzat, per augmentar la seva duresa, resistència a esforços i tenacitat. El procés es porta a terme escalfant l'acer a una temperatura aproximada de 915 ° C en el qual la perlita es converteix en austenita, després la massa metàl.lica és refredada molt aviat (excepte alguns casos on el refredament és "lent" acers autotemplables ), submergint o rosada en aigua, en oli, aire positiu o en altres fluids o sals. Després del temple sempre se sol fer un reveniment. Conté molta martensita, que s'obté per refredament sobtat de l'austenita.

  • Disminueix i afina la mida del gra de l'alineació d'acer corresponent.
  • Es basa en escalfar la peça a una temperatura compresa ens 700 º C i 1000 º C, per després refredar-ràpidament controlant el temps d'escalfament i de refredament

Tremp per inducció[modifica]

Forn d'escalfament per tractaments tèrmics

El tremp per inducció consisteix en exposar la peça d'acer a un camp magnètic altern el qual penetra superficialment (efecte licular). Com més alta és la freqüència de treball, menor és la penetració sobre la peça. L'energia del camp magnètic es transforma en calor (per efectes de l'histèresi i els corrents de Foucault sobre materials ferromagnètics), augmentant la trempura de la superfície de la peça fins a arribar en pocs segons a la temperatura de tremp (900 º C aprox.). Quan sobrepassa determinada trempura (Curie) el material perd les propietats ferromagnètiques i es redueix en gran mesura la generació de calor. Arribat a aquest punt s'elimina el camp magnètic i es refreda la peça de diverses maneres (corrents d'aire, aigua, solucions aquoses, etc.) Controlant d'aquesta manera la velocitat de refredament. Fent-ho amb gran rapidesa s'obtenen grans dureses, sent la duresa directament proporcional a la velocitat de refredament.

Revingut[modifica]

Es distingeixen tres tipus de revinguts:

  • Revingut de baixes temperatures (entre 180 i 220oC); Amb ell es redueixen les tensions internes però es conserva l'estructura martesítica. S'usa en el reveniment d'eines de tall, en les quals s'ha de mantenir la duresa i resistència al desgast.
  • Revingut a mitges temperatures (entre 300-400 º C); A aquestes temperatures la martensita es modifica i es transforma en el que es coneix com troostita i s'aplica en els molls o matrius.
  • Revingut d'altes temperatures (500-550 º C); A aquestes temperatures la troostita es converteix en una altra forma anomenada glopets, s'aplica fonamentalment per l'acer de construcció.

Recuit[modifica]

Fàbrica metal·lúrgica dels anys 80

El recuit té diferents objectius en el tractament tèrmic de l'acer i generalment sol ser de dues classes:

  • Recuit de primera classe o subcrític: S'aplica per eliminar tensions residuals, acritud, i canviar forma de la cementita a cementita esferoïdal en els acers d'alt carboni per poder treballar millor. Normalment mentre més alta és la temperatura, tant més curt pot ser el temps de permanència, però, de tota manera, per a la esferoidització es requereix un permanència llarga. El recuit per eliminar la acritud s'efectua després de la deformació plàstica en fred, amb això no només es redueixen les tensions, sinó també la recristal·lització de l'estructura, per això se l'anomena recuit de recristal·lització.
  • Recuit de segona classe o supercrític: Té com a objecte diferents finalitats, i exactament:
  • Disminució del gra: El recuit dels acers de baix i mig carboni es fa per escalfament es uns 20-50 º C per sobre de la temperatura de transformació, és a dir per sobre de la línia FE. Sota aquestes temperatures es verifica la transformació del ferro alfa a ferro gamma i la formació d'una gran quantitat de grans petits de austenita, independentment de la mida original dels grans de ferrita o perlita. El refredament ulterior de peces amb gra petit de austenita condueix a la formació de grans petits de ferrita i perlita. Un escalfament considerable per sobre de la línia FE, produeix no disminució, sinó augment de la mida del gra.
  • Obtenció d'una estructura equilibrada i més tova.
  • Modificació de l'estructura en peces foses: Les estructures foses, molt sovint solen ser de gra gruixut i la fase sobrant, per exemple, la ferrita en l'acer de baix carboni i la cementita secundària en els d'alt carboni, es distribueixen en grans , formant la carcassa al voltant de la qual es solidifica la massa restant. Tal estructura es denomina de Widmastatten i té una tenacitat menor en comparació amb l'estructura normal. Durant el recuit no només s'efectua la disminució del gra, sinó també la liquidació de l'estructura de Widmastatten.
  • Eliminació de les segregacions dendrítiques: El recuit per eliminar la segregació dendrítica que sorgeix durant la solidificació dels lingots, s'anomena recuit d'homogeneïtzació. Generalment aquest recuit s'aconsegueix durant l'escalfament dels lingots per al tractament per pressió en la fabricació de peces en calent. La homogeneïtzació exigeix una temperatura molt alta (uns 1000-1100 º C) i una permanència llarga (15 o més hores). Durant aquest recuit és inevitable el creixement del gra, la disminució d'aquest es realitza després per mitjà d'un recuit de recristal·lització.

Normalitzat[modifica]

L'estructura que sorgeix després de l'escalfament fins a les temperatures que corresponen a la zona de austenita i refredament en l'aire, es considera com a normal en l'acer. Per això la normalització correspon a un recuit supercrític amb refredament a l'aire. La quantitat de ferrita o cementita sobrant, després del normalitzat, és menor que després de recuit i la perlita està més dispersa. Per això l'acer normalitzat té resistència i tenacitat una mica més altes i una maquinabilitat més baixa que l'acer recuit.

Tractaments termoquímics[modifica]

Els tractaments termoquímics són tractaments tèrmics en què, a més dels canvis en l'estructura de l'acer, també es produeixen canvis en la composició química de la capa superficial, afegint diferents productes químics fins a una profunditat determinada. Aquests tractaments requereixen l'ús d'escalfament i refredament controlats en atmosferes especials. Entre els objectius més comuns d'aquests tractaments estan augmentar la duresa superficial de les peces deixant el nucli més tou i tenaç, disminuir el fregament augmentant el poder lubrificant, augmentar la resistència al desgast, augmentar la resistència a fatiga o augmentar la resistència a la corrosió .

Cimentació[modifica]

La cimentació és un procés metal·lúrgic que mitjançant un tractament tèrmic modifica la composició i les propietats superficials de l’acer per la difusió a alta temperatura del carboni . En aquest procés s'aporta carboni des d'un ciment a la superfície d'una peça de acer mitjançant difusió, modificant així la seva composició superficial. El procés consisteix en impregnar la superfície amb un ciment i sotmetre-la a continuació a un tractament tèrmic.

Les seues característiques són:

  • Endureix la superfície.
  • No afecta al cor de la peça.
  • Augmenta el carboni de la superfície.
  • La temperatura d'escalfament és al voltant dels 900 ºC.
  • Es ruixa la superfície amb pols de cimentar.
  • El refredament és lent i es fa necessari un tractament tèrmic posterior.
Làmines d'acer.

Tipus d'acers per cimentació[modifica]

  • Acers per cementació al carboni : cementació 900 º -950 º, primer temple 880 º -910 º en aigua o oli, segon temple 740 º -770 º en aigua. Tremp 200 º màx.

Aplicacions: Peces poc carregades i de gruix reduït, de poca responsabilitat i escassa tenacitat en el nucli.

  • Acers per cementació al Cr-Ni d'125kgf/mm 2 : Té en la seva composició un 1% de Cr i un 4,15% de Ni. cementació 850 º -900 º, primer temple 900 º -830 º en oli, segon temple 740 º -780 º en oli. Tremp 200 º màx.

Aplicacions: Peces de gran resistència en el nucli i bona tenacitat. Elements de màquines i motors. Engranatges, lleves etc.

  • Acers per cementació al Cr-Mo de 95 kgf/mm 2 : Té en la seva composició un 1,15% de Cr i un 0,20% Mo cementació 890 º -940 º; primer tremp 870 º -900 º en oli, segon temple 790 º -820 º en oli. Tremp 200 º màx.

Aplicacions: Peces per a automòbils i maquinària de gran duresa superficial i nucli resistent. Peces que pateixin gran desgast i transmetin esforços elevats. Engranatges, lleves, etc.

  • Acers per cementació al Cr-Ni-Mo de 135 kgf/mm 2 : Té en la seva composició un 0,65% de Cr, 4% de Ni i 0,25% de Mo cementació 880 º -930 º; primer temple 830 º -860 º aire o oli;

segon temple 740 º -770 º oli. Tremp 200 º màx. Aplicacions: Peces de grans dimensions d'alta resistència i duresa superficial. Màquines i motors de màxima responsabilitat., Rodes dentades, etc.

Nitruració[modifica]

Nitrogen líquid

La nitruració és un tractament termoquímica, en el qual es modifica la composició de l'acer incorporant nitrogen durant el procés de tractament tèrmic, l'escalfament, en una atmosfera rica en nitrogen, El seu objectiu principal és el d'augmentar la duresa superficial de les peces, a més d'augmentar la seva resistència a la corrosió ia la fatiga. Una variant d'aquest tractament, és el procés tenifer.

Hi ha dos procediments per a la nitruració: la nitruració en forn i la nitruració iònica. Per a la nitruració en forn es col·loca la peça dins del forn, dins del qual es fa circular amoníac i posteriorment s'escalfa a temperatures d'aproximadament 500 ° C, el que fa que l'amoníac es descompongui en nitrogen i hidrogen, l'hidrogen, es separa del nitrogen per diferència de densitat, i el nitrogen, en entrar en contacte amb la superfície de la peça, forma un recobriment de nitrur de ferro. En el cas de la nitruració iònica, les molècules d'amoníac es trenquen mitjançant l'aplicació d'un camp elèctric. Això s'aconsegueix sotmetent l'amoníac a una diferència de potencial d'entre 300 i 1000 V. Els ions de nitrogen es dirigeixen cap al càtode (que consisteix en la peça a tractar) i reacció per formar el nitrur de ferro, Fe2N. Si bé aquest tractament dóna gran duresa superficial a la peça, la velocitat de penetració és molt lenta, aproximadament 1 mm en 100 hores de tractament, però no necessita de tremp posterior. Les parts de la peça que no es vulguin nitrur s'han de cobrir amb un bany d'estany-plom al 50%.

La nitruració s'aplica principalment a peces que són sotmeses regularment a grans forces de fregament i de càrrega, com ara pistes de rodaments, camises de cilindres, etc. Aquestes aplicacions requereixen que les peces tinguin un nucli amb certa plasticitat, que absorbeixi cops i vibracions, i una superfície de gran duresa que resisteixi la fricció i el desgast. Les peces que s'hagin passat per un procés de nitruració es poden fer servir en treballs amb temperatures de fins a 500 ° C (temperatura de nitruració), temperatura a la qual el nitrogen comença a escapar-se de la peça, eliminant els efectes de la nitruració i disminuint la duresa de la peça.

Cianuració[modifica]

La cianuració és un tractament Termoquímic que es dóna als acers. Quan es vol obtenir una superfície dura i resistent al desgast, això s'aconsegueix utilitzant un bany de cianur fos, la cianuració es pot considerar com un tractament intermedi entre la cimentació i la nitruració ja que l'enduriment s'aconsegueix per l'acció combinada del carboni i el nitrogen a una temperatura determinada.

La cianuració s'efectua a una temperatura justament per sobre de la crítica del cor de la peça, s'introdueix la peça en una solució que generalment consta de cianur de sodi amb clorur de sodi i carbonat de sodi, el refredament es dóna directament per immersió a l' sortir del bany de cianur amb això s'obté una profunditat de superfície tèbia uniforme d'uns 0,25 mm en un temps d'una hora.

Carbonitruració[modifica]

Igual que la cianuració, introdueix carboni i nitrogen en una capa superficial, però amb hidrocarburs com metà, età o propà, amoníac (NH3) i monòxid de carboni (CO). En el procés es requereixen temperatures de 650 a 850 º C i és necessari realitzar un tremp i un reveniment posterior.

Sulfitació[modifica]

(S + N + C): augmenta la resistència al desgast per acció del sofre. El sofre es va incorporar al metall per escalfament a baixa temperatura (565 ° C) en un bany de sals.

Referències[modifica]