Endurecimiento
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 25 de mayo de 2021; las comprobaciones requieren 5 ediciones .El temple , o endurecimiento, es un tipo de tratamiento térmico de materiales ( metales , aleaciones metálicas , vidrio ), que consiste en calentarlos por encima de un punto crítico (la temperatura del cambio en el tipo de red cristalina, es decir, transformación polimórfica , o la temperatura a la que existen fases a baja temperatura), seguido de un enfriamiento rápido. El endurecimiento de un metal para obtener un exceso de vacantes no debe confundirse con el endurecimiento convencional, que requiere que existan posibles transformaciones de fase en la aleación. La mayoría de las veces, el enfriamiento se lleva a cabo en agua o aceite, pero hay otras formas de enfriamiento: en una capa de pseudo-ebullición de un refrigerante sólido, con un chorro de aire comprimido, niebla de agua, en un medio de enfriamiento de polímero líquido, etc.
El material endurecido se vuelve más duro , pero se vuelve quebradizo , menos dúctil y menos dúctil , si se realizan más repeticiones de calentamiento y enfriamiento. Para reducir la fragilidad y aumentar la ductilidad y la tenacidad después del endurecimiento con transformación polimórfica, se utiliza el revenido . Después del enfriamiento sin transformación polimórfica , se aplica el envejecimiento . Durante el templado, se produce una ligera disminución de la dureza y la resistencia del material [1] .
Las tensiones internas se eliminan templando el material. En algunos productos, el endurecimiento se realiza parcialmente, por ejemplo, en la fabricación de katana japonesa, solo se endurece el filo de la espada.
Chernov Dmitry Konstantinovich hizo una contribución significativa al desarrollo de métodos de endurecimiento . Él justificó y demostró experimentalmente que para la producción de acero de alta calidad, el factor decisivo no es la forja, como se suponía anteriormente, sino el tratamiento térmico. Determinó el efecto del tratamiento térmico del acero sobre su estructura y propiedades. En 1868, Chernov descubrió los puntos críticos de las transformaciones de fase del acero, llamados puntos de Chernoff . En 1885, descubrió que el endurecimiento se puede realizar no solo en agua y aceite, sino también en ambientes calientes. Este descubrimiento fue el comienzo de la aplicación del endurecimiento por etapas, y luego el estudio de la transformación isotérmica de la austenita [2] .
Tipos de temperamentos
Por transformación polimórfica- Endurecimiento con transformación polimórfica, para aceros
- Endurecimiento sin transformación polimórfica, para la mayoría de los metales no ferrosos .
Completo: el material se calienta 30 - 50 ° C por encima de la línea GS para acero hipoeutectoide y eutectoide , línea hipereutectoide PSK, en este caso, el acero adquiere la estructura de austenita y austenita + cementita . Incompleto: el calentamiento se realiza por encima de la línea PSK del diagrama, lo que conduce a la formación de fases en exceso al final del endurecimiento. El endurecimiento incompleto se aplica generalmente a los aceros para herramientas .
Medios de extinción
Durante el enfriamiento rápido, el sobreenfriamiento de la austenita a la temperatura de transformación martensítica requiere un enfriamiento rápido, pero no en todo el rango de temperatura, sino solo entre 650 y 400 °C, es decir, en el rango de temperatura en el que la austenita es menos estable y se convierte más rápidamente en mezcla ferrítica - cemento. Por encima de 650 °C, la velocidad de transformación de la austenita es baja y, por lo tanto, la mezcla durante el enfriamiento rápido puede enfriarse lentamente en este rango de temperatura, pero, por supuesto, no tanto como para que comience la precipitación de ferrita o la transformación de la austenita en perlita .
El mecanismo de acción de los medios de endurecimiento (agua, aceite, medio de endurecimiento de agua y polímero, así como el enfriamiento de piezas en soluciones salinas) es el siguiente. En el momento en que el producto se sumerge en el medio de enfriamiento, se forma una película de vapor sobrecalentado a su alrededor, se produce un enfriamiento a través de la capa de esta camisa de vapor, es decir, relativamente lento. Cuando la temperatura de la superficie alcanza un cierto valor (determinado por la composición del líquido de templado) en el que se rompe la camisa de vapor, el líquido comienza a hervir en la superficie de la pieza y el enfriamiento se produce rápidamente.
La primera etapa de ebullición relativamente lenta se denomina etapa de ebullición de película, la segunda etapa de enfriamiento rápido se denomina etapa de ebullición nucleada. Cuando la temperatura de la superficie metálica está por debajo del punto de ebullición del líquido, el líquido ya no puede hervir y el enfriamiento se ralentizará. Esta etapa se llama transferencia de calor por convección . [3]
Métodos de endurecimiento
- Enfriamiento en un enfriador : una parte calentada a ciertas temperaturas se sumerge en un líquido de enfriamiento, donde permanece hasta que se enfría por completo. Este método se utiliza para templar piezas simples hechas de aceros al carbono y aleados.
- Endurecimiento interrumpido en dos ambientes : este método se utiliza para endurecer aceros con alto contenido de carbono. Primero, la pieza se enfría rápidamente en un medio que se enfría rápidamente (por ejemplo, agua) y luego en un medio que se enfría lentamente (aceite).
- El endurecimiento por pulverización consiste en rociar una pieza con un chorro de agua intenso y se suele utilizar cuando es necesario endurecer una parte de una pieza. Este método no forma una camisa de vapor, lo que proporciona una templabilidad más profunda que el simple enfriamiento rápido en agua. Tal endurecimiento generalmente se lleva a cabo en inductores en instalaciones de HDTV.
- El endurecimiento escalonado es un endurecimiento en el que la pieza se enfría en un medio de enfriamiento que tiene una temperatura superior al punto martensítico para un acero determinado. Durante el enfriamiento y mantenimiento en este ambiente, la pieza templada debe adquirir la temperatura del baño de temple en todos los puntos de la sección. Luego sigue el enfriamiento final, generalmente lento, durante el cual se produce el endurecimiento, es decir, la transformación de la austenita en martensita .
- Endurecimiento isotérmico . A diferencia del temple escalonado, durante el temple isotérmico , es necesario mantener el acero en el medio de temple durante tanto tiempo que la transformación isotérmica de la austenita tenga tiempo de terminar.
- Endurecimiento por láser . El endurecimiento térmico de metales y aleaciones por radiación láser se basa en el calentamiento local de una superficie bajo la influencia de la radiación y el posterior enfriamiento de esta superficie a una velocidad supercrítica como resultado de la eliminación de calor en las capas internas del metal. A diferencia de otros procesos bien conocidos de endurecimiento térmico (enfriamiento con corrientes de alta frecuencia, calentamiento eléctrico, enfriamiento por fusión y otros métodos), el calentamiento durante el endurecimiento por láser no es un proceso volumétrico, sino superficial.
- Endurecimiento HDTV (inducción) - endurecimiento con corrientes de alta frecuencia - la pieza se coloca en un inductor y se calienta induciendo corrientes de alta frecuencia en ella.
Defectos
Defectos que ocurren durante el endurecimiento del acero. [cuatro]
- La dureza insuficiente de la pieza endurecida es consecuencia de una temperatura de calentamiento baja, una exposición breve a la temperatura de funcionamiento o una velocidad de enfriamiento insuficiente. Corrección de defectos : normalización o recocido seguido de endurecimiento; uso de un medio de extinción más enérgico.
- El sobrecalentamiento está asociado con el calentamiento del producto a una temperatura significativamente más alta que la temperatura de calentamiento requerida para el enfriamiento rápido. El sobrecalentamiento va acompañado de la formación de una estructura de grano grueso, lo que aumenta la fragilidad del acero. Corrección de defectos : recocido (normalización) y posterior endurecimiento a la temperatura requerida.
- El quemado ocurre cuando el acero se calienta a temperaturas muy altas, cerca del punto de fusión (1200-1300°C) en una atmósfera oxidante. El oxígeno penetra en el acero y se forman óxidos a lo largo de los límites de grano. Dicho acero es frágil y no se puede reparar.
- La oxidación y descarburación del acero se caracterizan por la formación de incrustaciones (óxidos) en la superficie de las piezas y la quema de carbono en las capas superficiales. Este tipo de matrimonio por tratamiento térmico es irreparable. Si la tolerancia de mecanizado lo permite, la capa oxidada y descarburada debe eliminarse mediante esmerilado. Para evitar este tipo de matrimonio, se recomienda calentar las piezas en hornos con atmósfera protectora.
- Deformaciones y grietas son las consecuencias de las tensiones internas. Durante el calentamiento y enfriamiento del acero se observan cambios volumétricos, en función de la temperatura y transformaciones estructurales (la transición de austenita a martensita va acompañada de un aumento de volumen de hasta un 3%). La diferencia de tiempo de transformación sobre el volumen de la pieza templada debido a sus diferentes tamaños y velocidades de enfriamiento sobre la sección transversal conduce al desarrollo de fuertes tensiones internas, que provocan fisuras y deformaciones de las piezas durante el endurecimiento.
Notas
- ↑ Hornos para tratamiento térmico de acero . Fecha de acceso: 10 de julio de 2011. Archivado desde el original el 17 de febrero de 2012.
- ↑ Bolkhovitinov N.F. Ciencia del metal y tratamiento térmico: libro de texto de ingeniería mecánica. Vtuzov / N. F. Bolkhovitinov, Doctor en Ingeniería. profe de ciencias - 2ª ed., revisada. - M. : Mashgiz, 1952. - 426 p.
- ↑ VN Zaplatin, Yu.I. Sapozhnikov, A. V. Dubrov, UM Duhneev. Fundamentos de la ciencia de los materiales (procesamiento de metales) / ed. VN Platino. - M. : Academia, 2017. - S. 141-142. — 272 págs. - ISBN 978-5-4468-4122-6 . Archivado el 22 de noviembre de 2021 en Wayback Machine .
- ↑ Ostapenko N. N., Kropivnitsky N. N. Tecnología de los metales. — Edición 2ª. - Moscú: Escuela Superior, 1970. - 344 p.
Literatura
- Templado // Euclides - Ibsen. - M. : Enciclopedia Soviética, 1972. - ( Gran Enciclopedia Soviética : [en 30 volúmenes] / editor en jefe A. M. Prokhorov ; 1969-1978, v. 9).
- Gulyaev AP Metalurgia: un libro de texto para instituciones de educación superior. - 5ª ed., revisada. - M. : Metalurgia, 1977. - 647 p.
Enlaces
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