Tratamientos térmicos de acero. Hornos de revenido, temple, recocido, enfríamiento
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Tratamientos térmicos de acero

Hornos de revenido, temple, recocido, enfriamiento

El acero es una aleación de hierro Fe y carbono C, en la cual el contenido de carbono normalmente está entre 0,02% y 6,5%. El carbono se ubica, dependiente de la fase, sobre rejas intersticiales que son diferente de grandes y que causan poreso una gran distorsión de la reja atómica. Muchas veces tembien se usan otros metales como cromo Cr, cobalto Co, manganeso Mn, etc. , que también cambian las propiedades del acero.
Acero puro existe en temperatura ambiente y temperaturas de hasta 911°C en una reja atómica cubíca centrada (α-hierro), nombrada ferrita. A temperaturas entre 911°C y 1392°C hay una reja atómica plana centrada (γ-hierro), llamada austenita y encima en una zona de temperatura muy pequeña también una reja atómica cubíca centrada nombrada δ-hierro o δ-ferrita. Dependiente de la configuración de la reja atómica, el carbono está en vacíos tetraédricos o en vacíos tetraédricos de la reja atómica del hierro. Los vacíos son de diferentes tamaños y causan en el almacenaje de carbono diferentes distorsiónes de las rejas atómicas. Entre más grade sea la distorsion, más duro se volverá el acero.
La reja atómica del acero pasa en el enfríamiento por varias fases como austenita y ferrita o mezclas de estas fases. El carbono se mueve durante el proceso hacia una posisión ventajosa. Pero la capacidad de la reja atómica del hierro es limitada y cuando se pasa en este proceso la solubilidad máxima posible de carbono en acero, se crean segregaciones de cementita, carburo de hierro Fe3C o segregaciónes de grafito. Una mezcla de cementita y ferrita se llama perlita. En presencia de una cantidad major de carbono se produce ledeburita, una mezcla de austenita y cementita. La fases diferentel están describidas en un diagráma de hierro y carbono (aqui una imagen simplificada).

Fe-C-diagráma, ferrita, austenita, perlita, cementita, martensita

Las propiedades del acero como dureza o viscosidad se definen por la distorsión, las segregaciónes y del tamaño de la cristalita. Con diferentes procesos térmicos aún se puenden optener las propiedades del acero deseadas.
Koyo Thermo Systems ofrece tecnología y un sinnúmero de de hornos de revenido, temple, recocido, enfríamiento. En casi todos los hornos se usan los elementos de Moldatherm®.

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Temple y recocido de acero en el horno

En el recocido se calienta la pieza que debe ser trabajada hasta una cierta temperatura y se enfria lentamente al final. Así se pueden tener por objeto diferentes metas:
En el revenido de grano grueso se trata de agrandar las cristalitas.Así se minimisa la dures y la viscosidad del material.Eso es en ciertos procesos deseable. El revenido para eliminar tensiones residuales se utiliza en temperaturas entre 480°C y 680°C y hace, que la tensión del metal, que ha sido aportado por deformación mecánica, se corrija.Además se debe cedar el acero sin otro tratamiento térmico. El revenido por difusión dura hasta dos dias.El metal es tratado en temperaturas relativemente altas entre 1050°C y 1300°C, así los átomos de otros materiales se pueden dispersar parejos.La rapidez de enfriamento define la aparición de las fases y así de las propiedades del acero. Las palabras revenido de descristalisación describen el reestablecimiento de formas cristalinas como existen antes de una deformación fría.Para esto se recalienta el metal hasta entre 550°C y 700°C.La temperatura depende del Materiál y el grado de deformación deseado El revenido normal de acero es uno de los procesos térmicos mas importantes.Se trata de recalentar el metal así que los átomos de otros materiales se puedan dispersar parejos. Aceros con un contenido alto de carbono, arden un poco debajo de los 800°C; aceros con un contenido pequeño de carbono arden apenas a 950°C. En el revenido blando de acero se reducen segregaciones de cementita y perlita para disminuirr la dureza y firmeza del acero y facilitar la deformación. Las temperaturas usadas típicas para este proceso son entre 680°C y 780°C.
Koyo ofrece para todos los procesos de endurecimiento hornos continuos y hornos discontinuos, tanto para el funcionamiento en circunstancias atmosféricas como para el funcionamiento en circunstancias de vacío.

Horno de revenido normal Horno para recocido de alambre de acero
Horno de revenido normal continuo Horno para recocido de alambre de acero

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Endurecimiento de acero

Endurecimiento del acero por enfriamento rápido en horno de enfriamento rápido

En el proceso de endurecimiento de aceros no aleado se calienta el metal entre 800°C y 900°C duranto tanto tiempo hasta que, en el caso de acero, solo ceda austenita pura. En aceros aleados puede ser necesitada otra temperatura muy diferente.
Para evitar la corrosión se puede utilisar gas exotérmico en los hornos. Gas exotérmico que consiste de hidrocarburos y contiene además de CO, H2 y N2, también CO2 y H2O se produce en un generador de gas correspondiente.

Generator de gás exotérmico
Generador para la produción de gás exotérmico

después del recodido se enfría el acero tan rápidamente, que no es posible un cambio de los átomos del carbono hacia un puesto favorable en la estructura átomica no es posible, porque la velocidad de la difusión de los átomos del carbono es demasiado vaja para permitir un cambio de puestos en la estrucutra atòmica por átomos de carbono.
Pero la estructura átomica del hierro se cambia en seguida reducción de la temperatura así que se forma martensita o acero martensito. Por la estructura defectuosa y la tensión, marsenita es muy dura y fuerte pero también poco deformable y frágil.
Usando piezas de mayor grosor se necesita proporcionalmente más tiempo de enfriamiento para poder endurecer la pieza por completo.En general se introducen las piezas en agua o aceite. El enfriamiento con agua es más efectivo por la mejor conducción de calor del agua. Durante la inmersión de la pieza, se forma un campo de vapor sobre su superficie que conduce mal el calor (efecto Leidenfrost). Durante la inmersión hay que lograr que el contacto de la pieza con el agua sea parejo en toda la superficie. Alternativamente se pueden utilisar también liquidos polyméricos para el enfriamiento.

Horno con cubierta y horno de enfriamento rápido Horno para revenido con enrejado movible y baño de enfriamento rápido Horno de enfriamento rápido operado von vacío
Horno con cubierta y horno de enfriamento rápido Horno para revenido con enrejado movible y baño de enfriamento rápido Horno de enfriamento rápido operado von vacío

Los hornos con vacío también se utilizan para procesos de enfriamiento rápido y endurecimiento. La baja presión impide la oxidación o el opacamiento de la superficie de la pieza de trabajo.

Lavamiento de piezas

Después del enfriamiento rápido y/o el endurecimiento en aceite o emulsiónes, hay que lavar las piezas antes de poder seguir tratandolas en un horno para revenido. Koyo ofrece para esto diferentes máquinas de lavar; también es posible integrar el proceso de lavamiento en un horno de endurecimiento. Así pueden ser realizados los pasos de calentamiento, enfriamiento rápido, lavado y revenido en un solo horno.

Lavamiento post-enfriamiento rapido
Lavamiento post-enfriamiento rapido

Proceso de lavamiento

Revenido de acero en horno para revenido

Después del enfriamiento rápido el acero martensítico es muy duro, pero también muy frágil. Para invertir esto, hay que calentar otra vez la pieza. Esto es llamado revenido.
Por principio se adicionan átomos de carbono en enrejados intermedios desfavorables en temperaturas de 100°C. Entre 100°C y 200°C empieza a difundirse el carbono de los ejados intermedios desfavorables en el acero martensítico. En este punto empieza la extracción de carburo de hierro. Al subir la temperatura se acelera el proceso. A temperaturas por encima de 320° C se extrae casi todo el carbono de los enrejados intermedios desfavorables. A más de 400°C la estructura atómica permanece invariable. Pero el acero empieza a volverse blando. Si el acero a sido aleado con cromo, vanadio, molibdeno y volframio se endurece el acero en vez de ablandarse más. Este segundo endurecimiento es importante para componentes que deben permanecer duros a altas temperaturas durante el funcionamiento.
El acero pierde normalmente su dureza con el aumento de las temperaturas. La pieza se oxida al contacto con el aire., lo cual produce un cambio de color de la pieza. El color depende del grosor de la capa oxidada. El tiempo de enfriamiento depende tanto de él como de la masa.

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Endurecimiento de superficie

En contrario del endurecimiento por enfriamiento rápido y revenido en el que se endurece toda la pieza, también se puede endurecer solo la superficie. La superficie dura se combina con material del núcleo espeso.Para esto existen diferentes procesos.

Horno para cementación

El proceso de endurecimiento por cementación se utiliza para aceros con poco carbono. La pieza se maleabiliza en gas endotérmico y de alto contenido de carbono.
El gas endotérmico se produce en el reactor de gas correspondiente a partir de metano, etano o propano y está compuesto en gran medida por monóxido de carbono, hidrógeno y nitrógeno.

Generador de gas endotérmico
Generador para la produción de gas endotérmico

El acero calentado a temperaturas de 900°C asta 1000° absorbe el carbono del gas en el horno para cementación. Así se puede aumentar la concentración de carbono en la superficie ( aprox. 1 mm profundidad) hasta el límite de solubilidad en la austenita.

Horno de paso continuo con transporte de ruedas cerámicas Horno de cadenas continuo para carburación de acero
Horno de paso continuo con transporte de ruedas cerámicas Horno de cadenas continuo para carburación de acero

También se pueden usar horno rotativos para el edurecimiento del acero. En estas mácinas también es posible de integrar el enfriamiento rapido, el lavamiento de las piezas así como el revenido.

Un tipo horno con tambor rotativo continuo para cementación
Horno para cementación de acero con tambor rotativo continuo

Endurecimiento por carbonitración y carbonitración a baja temperatura

Durante las fases de nitración y nitridación se producen gas carbono y nitrógeno, los cuales se difunden en el metal. El nitrógeno se difunde normalmente en el metal en forma de amoniaco NH3.
Cuando el proceso se produce a temperaturas entre 650°C hasta 770°C, puede difundirse el nitrógeno muy bien y después del enfriamiento rápido se forma una capa de nitridos y carbidos sobre la capa de martensítica con contenido de nitrógeno. En la carbonitración sobre 770°C hasta 930°C no se forma esa capa sobre la superficie, porque el carbono se puede difundir mejor. El nitrógeno estabiliza la fase austenita y posibilita así un enfriamiento del material más suave con una dureza más alta. Sin embargo, el espesor de la capa endurecida es menor que en la cementación y el cambio hacia el material interno es más fuerte.
Al igual que en la cementación, el acero se enfría rápidamente y luego se vuelve a calentas en la fase gaseosa después de la maleabilización.

Horno para carbonitrar, horno para carbonitrar a bajas temperaturas Horno para carbonitrar sín bastidor, Horno para carbonitrar sín bastidor a bajas temperaturas con enfriamiento rápido en liquido en vacío
Horno para carbonitrar, horno para carbonitrar a bajas temperaturas Horno para carbonitrar sín bastidor, Horno para carbonitar a bajas temperaturas con enfriamiento rápido en líquido en vacío

Endurecimiento por nitración/nitridación y nitrocarburación

Durante la nitración y nitridación en el horno para nitrar y horno para nitridar se difunde el nitrógeno en la superficie del acero a temperaturas entre 500°C y 550°C. El nitrógeno es ganado del amoniaco. Durante el proceso de enfriamiento se extare nitrógeno.
En la nitrocarburación(fase gaseosa) se difunde a partir del monóxido de carbono y del hidróxido de carbono, además del oxígeno, nitrógeno.
Aceros nitrados y carbonisados tienen una superficie muy flaca y dura.Pero es muy frágil. Esto hace, que tenga una alta resistencia contra corrosión.

horno para nitrar horno para nitrar de dos etapas
horno para nitrar horno para nitrar de dos etapas

Koyo Thermo Systems y Crystec se enorgullecen de poderle construir una planta de bajo costo que satisface sus estrictas necesidades.

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