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Description
Materiales Metálicos: Tratamientos
Térmicos
Cambian propiedades del metal, sin modificar composición
Normalizado
Equilibrio
Recocidos
Temple
No isotérmicos
Revenido
Volumen
No equilibrio Austemperizado (austempering)
Martemperizado (martempering)
Isotérmicos
Recocido isotérmico
Patentado
Cementación
Superficie
Temple superficial
Tratamientos térmicos en volumen
Transformaciones en estado sólido no instantáneas
Difusión Incremento de energía- límite de fases
Estado sólido: ec. Avrami
y 1 exp kt n
Velocidad transformación
r 1t
0.5
En función de T
r A·exp Q RT
Normalizado
Austenización total 50-60ºC 1h/25 mm espesor Enfriamiento aire
Piezas forjadas Soldaduras Conformado en caliente
Sustituye recocido homogeneización
Homogeneiza granos Afina tamaño grano Depende de forma de origen
Depende de forma de origen Disminuye TTDF Aumenta Re
Aumenta cantidad de perlita (fina) Aumenta dureza y Rm
Recocidos
Austenización Enfriamientos mas lentos Menos tensiones internas
Granos mas grandes
Recocido esferoidización
Recocido recristalización y brillante
Materiales deformados en frio: recuperar ductilidad
Elimina deformación micro Control crecimiento de grano
No austenización Trabajo en frio mayor del 20%
Brillante: chapa conformada en frio
Recocido alivio tensiones
Materiales procesados. Acumulación de tensiones
No hay cambios de fase
Recocido total
Austenización completa. Enfriamiento en horno
Estructura de equilibrio. Tamaño de grano grande
Recocido de homogeneización (difusión)
Largo tiempo alta T Elimina μsegregación
Descarburación superficial en aceros
Recocido de eliminación de hidrógeno
600-650º varios días
Transformaciones fuera de equilibrio
Fases no equilibrio
Bainita
Agregado y Fe3C
Agujas o placas, en función de T
Cementita precipitada en una matriz de ferrita
Dureza Resistencia Tenacidad
Temple
Enfriamiento brusco desde austenización completa (homogenea)
Se obtiene martensita Velocidad crítica de temple
Transformación martensítica
Expansión volumen
Tensiones térmicas en superficie: grietas por temple
Velocidades mas lentas
Puede quedar austenita retenida
Templabilidad. Ensayos Jominy y Grossman
Revenido
Siempre tras el temple, excepto para aceros aleados y temple intermedio
Temple+ revenido= bonificado
Ajuste de dureza Mejora tenacidad Alivio tensiones temple
Descomposición de la MARTENSITA en ferrita y carburos
Zona prohibida (200-370) formación de placas finas Fe3C
Austempering y martempering
Austempering: obtención de bainita a T cte.
Caro: solo para propiedades obtenidas con temple y revenido prohibido
Martempering: obtención de martensita a T cte. Eliminación tensiones
Recocido isotérmico
Ablanda el acero Perlita gruesa Atmosfera controlada: descarburación
Patentado
Endurecimiento durante el trefillado por trabajo en frío
Imposibilidad de continuar el trabajo por su endurecimiento
Paso x baño de Pb a 500ºC
Aumento de tamaño de grano: continua el proceso
Perlita muy fina. Gran trabajo en frio Resistencia muy alta
Endurecimiento por precipitación (maduración)
Crear precipitados de otra fase fina y dispersa en los granos
Basado en descensos solubilidad Evitar precipitación en bordes grano
1
4
3
3 1 G·b
G 2
r·f 2 L
Mecanismo de Orowan
Tratamientos térmicos en
superficie
Resistente al desgaste
Duro
Alto contenido en C
Hipereutectoide
Sometido a tensiones
Absorber energía
Bajo contenido en C
Hipoeutectoide
Interior tenaz Borde rico en C
Tratamientos TERMOQUÍMICOS
Difusión a través de sólidos
Baja T Alta T
Soldadura por difusión
Gradientes de concentración
Coeficiente de Difusión (m2/s)
Q
D D0 exp( )
R·T
Difusión en “cortocircuito”
Dislocaciones, bordes de grano, etc
Mucho más rápida
Poco común
Leyes Matemáticas de Difusión
Estado estacionario
1ª ley de Fick
Estado no estacionario
2ª ley de Fick
Estado estacionario
dC
J D
dx
Flujo constante
Estado no estacionario
C C 2
D 2
t x
Solución particular
Sólido semiinfinito
C x C0 x
1 ferr
Cs C0 2 Dt
Cementación
Nitruración
Carburación
Carbonitruración
Temple superficial
Calentamiento superficial de las zonas adecuadas
Llama Laser Bobina inducción Haz electrónico
Interior sin transformar
Exterior martensita: profundidad de la capa endurecida
Soldadura
Unión metalúrgica de dos piezas metálicas
Metal base: piezas a unir
Metal de aporte: opcional En gral distinto al base
Calentamiento (o fusión) del metal base
Tratamiento Térmico
Enfriamiento
Cordón de soldadura (punto) Zona afectada por calor (ZAC, ZAT)
Soldadura por fusión
Fusión parcial del metal base Fusión del metal de aporte
Arco eléctrico: diferencia de potencial electrodo-metal
Salto del arco: energía para fundir el metal de base y el de aporte
Solidificación (al aire)
Procedimiento: Voltaje e intensidad V desplazamiento
Metales a unir Metal aporte Espesor piezas Posición unión
Medio…
Cordón soldadura y ZAC: mismas propiedades que el metal
Ausencia de grietas, defectos, microestructura frágil…
Diferentes procesos en función de consumibles
Electrodos (revestimiento)
Fundentes
Gases protección
MMAW
SAW
TIG/MIG/MAG PAW ESW
Propiedades finales
Ciclo térmico
Velocidad de enfriamiento Tiempo de solidificación
Estructura de la zona de fusión
Estructura de la ZAC
Transformaciones de fases Engrosamiento o disolución de precipitados
Crecimiento de granos Disminución resistencia
Precipitados insolubles Ciclos térmicos cortos
Grano grande+ formación martensita: fragilidad extrema
Defectos en soldaduras por fusión
Inclusiones y porosidad
Residuos: escoria, materiales no metálicos
Poros
Admisión: pequeños y distribuidos homogeneamente
Falta o exceso de penetración
Ø electrodo Separación piezas Velocidad…
Grietas
Solidificación
Grano grueso Segregación Tensiones residuales Rotura caliente
Desgarramiento laminar
ZAT Partículas alargadas (MnS, FeS)
Aleación Ce o Ca
Agrietamiento por hidrógeno
Descomposición del agua en el arco Difusión de H al interior
Formación moléculas Aparición de grieta diferida
Grietas de recalentamiento
Rotura por termofluencia Soldaduras de varias pasadas
Detección Defectos
Radiografía industrial
Líquidos penetrantes
Partículas magnéticas
Tensiones en piezas soldadas
Calentamientos y enfriamientos: tensiones residuales
Posible deformación o acumulación de las tensiones
Tensiones de tracción
Soldabilidad
Soldadura económica, a nivel industrial sin complicaciones
Aparición de martensita en la ZAT
CEQ <0.35-0.41 ni precalentamiento ni postcalentamiento
0.35<CEQ <0.55 precalentamiento
CEQ >0.55 precalentamiento y postcalentamiento
Δt8-5
Soldadura por resistencia
Soldadura aluminotérmica
Soldadura por fricción
Soldadura por explosión
Soldadura por haz de electrones Soldadura por laser
Tema 7
Corrosión metálica
Pérdida de integridad de un metal por disolución
Fenómeno electroquímico
Oxiacidos: reducción de O2
Termodinámica de la corrosión. Pasividad.
Perdida de pasividad: sustancias despasivantes
CO2 Bajada de pH Corrosión generalizada
Cl-, ácidos Disolución LOCAL capa pasiva
Dificultad repasivación Corrosión por picaduras
Tensiones Fisuración del material Zona activa
Tipos de corrosión electroquímica:
a) Composición.
Soldaduras
Intergranular o interlaminar
b) Tensiones
Mayor tensión: mayor energía Ánodo
Difícil repasivación. Acelera fallo por fatiga
c) Concentraciones
Ecuación de Nernst
d) Microbiana
Protección
a) Recubrimientos
Temporales
Permanentes
No metálicos
Metálicos
Conversión química
b) Inhibidores
Se añaden al electrolito
Sales Cr en radiadores Fosfatos, nitruros en eléctricas
Inhiben reacción anódica o catódica (migran)
c) Protección catódica
Corriente impresa
Riesgo fragiliazición H
Ánodos sacrificio
d) Protección anódica
Capa pasiva artificial. Habitual en aluminios
Térmicos
Cambian propiedades del metal, sin modificar composición
Normalizado
Equilibrio
Recocidos
Temple
No isotérmicos
Revenido
Volumen
No equilibrio Austemperizado (austempering)
Martemperizado (martempering)
Isotérmicos
Recocido isotérmico
Patentado
Cementación
Superficie
Temple superficial
Tratamientos térmicos en volumen
Transformaciones en estado sólido no instantáneas
Difusión Incremento de energía- límite de fases
Estado sólido: ec. Avrami
y 1 exp kt n
Velocidad transformación
r 1t
0.5
En función de T
r A·exp Q RT
Normalizado
Austenización total 50-60ºC 1h/25 mm espesor Enfriamiento aire
Piezas forjadas Soldaduras Conformado en caliente
Sustituye recocido homogeneización
Homogeneiza granos Afina tamaño grano Depende de forma de origen
Depende de forma de origen Disminuye TTDF Aumenta Re
Aumenta cantidad de perlita (fina) Aumenta dureza y Rm
Recocidos
Austenización Enfriamientos mas lentos Menos tensiones internas
Granos mas grandes
Recocido esferoidización
Recocido recristalización y brillante
Materiales deformados en frio: recuperar ductilidad
Elimina deformación micro Control crecimiento de grano
No austenización Trabajo en frio mayor del 20%
Brillante: chapa conformada en frio
Recocido alivio tensiones
Materiales procesados. Acumulación de tensiones
No hay cambios de fase
Recocido total
Austenización completa. Enfriamiento en horno
Estructura de equilibrio. Tamaño de grano grande
Recocido de homogeneización (difusión)
Largo tiempo alta T Elimina μsegregación
Descarburación superficial en aceros
Recocido de eliminación de hidrógeno
600-650º varios días
Transformaciones fuera de equilibrio
Fases no equilibrio
Bainita
Agregado y Fe3C
Agujas o placas, en función de T
Cementita precipitada en una matriz de ferrita
Dureza Resistencia Tenacidad
Temple
Enfriamiento brusco desde austenización completa (homogenea)
Se obtiene martensita Velocidad crítica de temple
Transformación martensítica
Expansión volumen
Tensiones térmicas en superficie: grietas por temple
Velocidades mas lentas
Puede quedar austenita retenida
Templabilidad. Ensayos Jominy y Grossman
Revenido
Siempre tras el temple, excepto para aceros aleados y temple intermedio
Temple+ revenido= bonificado
Ajuste de dureza Mejora tenacidad Alivio tensiones temple
Descomposición de la MARTENSITA en ferrita y carburos
Zona prohibida (200-370) formación de placas finas Fe3C
Austempering y martempering
Austempering: obtención de bainita a T cte.
Caro: solo para propiedades obtenidas con temple y revenido prohibido
Martempering: obtención de martensita a T cte. Eliminación tensiones
Recocido isotérmico
Ablanda el acero Perlita gruesa Atmosfera controlada: descarburación
Patentado
Endurecimiento durante el trefillado por trabajo en frío
Imposibilidad de continuar el trabajo por su endurecimiento
Paso x baño de Pb a 500ºC
Aumento de tamaño de grano: continua el proceso
Perlita muy fina. Gran trabajo en frio Resistencia muy alta
Endurecimiento por precipitación (maduración)
Crear precipitados de otra fase fina y dispersa en los granos
Basado en descensos solubilidad Evitar precipitación en bordes grano
1
4
3
3 1 G·b
G 2
r·f 2 L
Mecanismo de Orowan
Tratamientos térmicos en
superficie
Resistente al desgaste
Duro
Alto contenido en C
Hipereutectoide
Sometido a tensiones
Absorber energía
Bajo contenido en C
Hipoeutectoide
Interior tenaz Borde rico en C
Tratamientos TERMOQUÍMICOS
Difusión a través de sólidos
Baja T Alta T
Soldadura por difusión
Gradientes de concentración
Coeficiente de Difusión (m2/s)
Q
D D0 exp( )
R·T
Difusión en “cortocircuito”
Dislocaciones, bordes de grano, etc
Mucho más rápida
Poco común
Leyes Matemáticas de Difusión
Estado estacionario
1ª ley de Fick
Estado no estacionario
2ª ley de Fick
Estado estacionario
dC
J D
dx
Flujo constante
Estado no estacionario
C C 2
D 2
t x
Solución particular
Sólido semiinfinito
C x C0 x
1 ferr
Cs C0 2 Dt
Cementación
Nitruración
Carburación
Carbonitruración
Temple superficial
Calentamiento superficial de las zonas adecuadas
Llama Laser Bobina inducción Haz electrónico
Interior sin transformar
Exterior martensita: profundidad de la capa endurecida
Soldadura
Unión metalúrgica de dos piezas metálicas
Metal base: piezas a unir
Metal de aporte: opcional En gral distinto al base
Calentamiento (o fusión) del metal base
Tratamiento Térmico
Enfriamiento
Cordón de soldadura (punto) Zona afectada por calor (ZAC, ZAT)
Soldadura por fusión
Fusión parcial del metal base Fusión del metal de aporte
Arco eléctrico: diferencia de potencial electrodo-metal
Salto del arco: energía para fundir el metal de base y el de aporte
Solidificación (al aire)
Procedimiento: Voltaje e intensidad V desplazamiento
Metales a unir Metal aporte Espesor piezas Posición unión
Medio…
Cordón soldadura y ZAC: mismas propiedades que el metal
Ausencia de grietas, defectos, microestructura frágil…
Diferentes procesos en función de consumibles
Electrodos (revestimiento)
Fundentes
Gases protección
MMAW
SAW
TIG/MIG/MAG PAW ESW
Propiedades finales
Ciclo térmico
Velocidad de enfriamiento Tiempo de solidificación
Estructura de la zona de fusión
Estructura de la ZAC
Transformaciones de fases Engrosamiento o disolución de precipitados
Crecimiento de granos Disminución resistencia
Precipitados insolubles Ciclos térmicos cortos
Grano grande+ formación martensita: fragilidad extrema
Defectos en soldaduras por fusión
Inclusiones y porosidad
Residuos: escoria, materiales no metálicos
Poros
Admisión: pequeños y distribuidos homogeneamente
Falta o exceso de penetración
Ø electrodo Separación piezas Velocidad…
Grietas
Solidificación
Grano grueso Segregación Tensiones residuales Rotura caliente
Desgarramiento laminar
ZAT Partículas alargadas (MnS, FeS)
Aleación Ce o Ca
Agrietamiento por hidrógeno
Descomposición del agua en el arco Difusión de H al interior
Formación moléculas Aparición de grieta diferida
Grietas de recalentamiento
Rotura por termofluencia Soldaduras de varias pasadas
Detección Defectos
Radiografía industrial
Líquidos penetrantes
Partículas magnéticas
Tensiones en piezas soldadas
Calentamientos y enfriamientos: tensiones residuales
Posible deformación o acumulación de las tensiones
Tensiones de tracción
Soldabilidad
Soldadura económica, a nivel industrial sin complicaciones
Aparición de martensita en la ZAT
CEQ <0.35-0.41 ni precalentamiento ni postcalentamiento
0.35<CEQ <0.55 precalentamiento
CEQ >0.55 precalentamiento y postcalentamiento
Δt8-5
Soldadura por resistencia
Soldadura aluminotérmica
Soldadura por fricción
Soldadura por explosión
Soldadura por haz de electrones Soldadura por laser
Tema 7
Corrosión metálica
Pérdida de integridad de un metal por disolución
Fenómeno electroquímico
Oxiacidos: reducción de O2
Termodinámica de la corrosión. Pasividad.
Perdida de pasividad: sustancias despasivantes
CO2 Bajada de pH Corrosión generalizada
Cl-, ácidos Disolución LOCAL capa pasiva
Dificultad repasivación Corrosión por picaduras
Tensiones Fisuración del material Zona activa
Tipos de corrosión electroquímica:
a) Composición.
Soldaduras
Intergranular o interlaminar
b) Tensiones
Mayor tensión: mayor energía Ánodo
Difícil repasivación. Acelera fallo por fatiga
c) Concentraciones
Ecuación de Nernst
d) Microbiana
Protección
a) Recubrimientos
Temporales
Permanentes
No metálicos
Metálicos
Conversión química
b) Inhibidores
Se añaden al electrolito
Sales Cr en radiadores Fosfatos, nitruros en eléctricas
Inhiben reacción anódica o catódica (migran)
c) Protección catódica
Corriente impresa
Riesgo fragiliazición H
Ánodos sacrificio
d) Protección anódica
Capa pasiva artificial. Habitual en aluminios