Una descripción detallada del tratamiento térmico de apagado y templado
Tratamiento térmico de apagado y templado: una descripción detallada
El enfriamiento y el templado (Q&T) es un proceso térmico termomecánico ** de dos etapas ** Proceso utilizado en metales ferrosos (típicamente aceros) para lograr una combinación de ** alta resistencia, buena resistencia y ductilidad deseable **. Es uno de los procesos de tratamiento térmico más comunes e importantes en la fabricación.
El objetivo principal es transformar la microestructura del acero para crear un equilibrio óptimo de propiedades mecánicas que no se pueden lograr a través de la aleación solo.
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Etapa 1: enfriamiento (endurecimiento) **
La etapa de enfriamiento está diseñada para producir una microestructura muy dura, pero quebradiza, llamada ** martensite **.
** 1. Austenitización: **
*** Calefacción: ** El componente de acero se calienta uniformemente a una temperatura por encima de su ** temperatura crítica superior (línea AC3 o ACM en el diagrama de fase) **. Esta temperatura es específica del contenido de carbono "S de acero y los elementos de aleación, que generalmente van de 800 ° C a 950 ° C (1475 ° F a 1750 ° F).
*** Cambio microestructural: ** A esta temperatura, la microestructura se transforma completamente en ** austenita ** (una estructura de hierro cúbica, FCC, de hierro centrada en la cara). La austenita tiene una alta solubilidad para el carbono, lo que permite que los átomos de carbono se disuelvan uniformemente dentro de la red de cristal.
*** Remojo: ** El componente se mantiene a esta temperatura durante un tiempo suficiente (tiempo de remojo) para garantizar una temperatura uniforme y una estructura austenítica homogénea en toda su sección transversal. El tiempo de remojo depende de las dimensiones de la parte y las características del horno.
** 2. Quenching rápido: **
*Después de remojar, el componente se enfría rápidamente (** apagado **) sumergiéndolo en un medio de enfriamiento.
*La velocidad de enfriamiento rápida (que excede la velocidad de enfriamiento crítico ** del acero) suprime la formación basada en difusión de fases más suaves como la ferrita y la perlita.
*En cambio, la austenita sufre una transformación de corte sin difusión en ** martensita **.
*** Martensita ** es una estructura tetragonal (BCT) centrada en el cuerpo, una solución de carbono sobresaturada altamente tensa en hierro. Esta cepa de red es la razón de su extrema dureza y fuerza, pero también de su fragilidad y tensiones internas.
** Medios de enfriamiento comunes (en orden de aumentar la velocidad de enfriamiento): **
*** Aire: ** Para aceros de alta aleación con alta enduribilidad (por ejemplo, aceros para la herramienta de endurecimiento de aire).
*** Aceite: ** Un medio común que ofrece un enfriamiento menos severo que el agua, reduciendo el riesgo de grietas y distorsión.
*** Polímero (por ejemplo, soluciones PAG): ** Medios versátiles cuya velocidad de enfriamiento puede ajustarse por concentración y temperatura.
*** Agua: ** Un enfriamiento muy severo, utilizado para aceros de baja aleación.
*** salmuera (agua salada): ** El enfriamiento más severo, proporcionando las tasas de enfriamiento más rápidas.
Después del enfriamiento, el acero es extremadamente duro pero demasiado frágil para la mayoría de las aplicaciones de ingeniería. Contiene altas tensiones internas y es propensa a grietas. Esto requiere la segunda etapa: templado.
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Etapa 2: templado **
El temple es un tratamiento térmico subcrítico ** ** realizado inmediatamente después del enfriamiento. Su propósito es ** aliviar el estrés interno, reducir la fragilidad y aumentar la tenacidad y la ductilidad ** a expensas de cierta dureza y fuerza.
**Proceso:**
*El acero enfriado se recalienta a una temperatura ** significativamente por debajo de su temperatura crítica más baja (línea A1) **, típicamente entre 150 ° C y 650 ° C (300 ° F y 1200 ° F).
* Se mantiene a esta temperatura durante un tiempo predeterminado (generalmente 1-2 horas por pulgada de espesor) y luego se enfría, con mayor frecuencia en el aire fijo.
** Cambios microestructurales: **
A medida que aumenta la temperatura de templado, se producen una serie de transiciones metaestables dentro de la martensita:
1. ** Precipitación del carburo Epsilon (temperatura baja: 150-200 ° C): ** El carbono comienza a precipitarse fuera de la martensita sobresaturada, formando carburos finos. Esto alivia el estrés interno sin una pérdida significativa de dureza.
2. ** Formación de martensita templada (200-300 ° C): ** La austenita residual (si está presente) se descompone.
3. ** Conversión a cementita (Fe₃c) y recristalización (300-450 ° C): ** Los carburos se transforman en una forma más estable (cementita). Las tensiones internas se reducen significativamente, y la tenacidad comienza a aumentar notablemente.
4. ** Cementita Speroidización y engrosamiento (450-700 ° C): ** A temperaturas más altas, las partículas de cemento se unen y se esferoidizan. La matriz se recupera y comienza a transformarse en ferrita. Esta estructura a menudo se llama ** esferoidita ** cuando está completamente suave. Esto aumenta significativamente la ductilidad y la dureza, pero resulta en una gran pérdida de dureza (un proceso conocido como recocido ** ** si se realiza en el rango más alto).
** La compensación clave: **
Las propiedades finales se controlan directamente por la temperatura de templado **:
*** Templado de baja temperatura (150-250 ° C): ** Produce alta dureza y resistencia, buena resistencia al desgaste, pero menor tenacidad y ductilidad. Utilizado para herramientas, rodamientos y componentes resistentes al desgaste.
*** Templado de temperatura media (350-450 ° C): ** Proporciona un buen equilibrio de resistencia y resistencia (propiedades de resorte). Se utiliza para resortes, parlotes y componentes automotrices.
*** Templado de alta temperatura (450-650 ° C): ** Produce alta resistencia, ductilidad y resistencia al impacto con resistencia moderada. Esta es la condición que más a menudo se conoce como una microestructura de "** Martensita templada **" y es el objetivo de los aceros estructurales de alta resistencia.
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Resumen de ventajas y aplicaciones **
** Ventajas: **
*Logra una excelente relación de fuerza-peso ** **.
*Proporciona una combinación superior ** de propiedades mecánicas ** (resistencia, resistencia, ductilidad) en comparación con solo endurecimiento o normalización.
* Se puede adaptar a requisitos de aplicación específicos ajustando la temperatura de templado.
** Aplicaciones: **
*** Automotriz: ** Los cigüeñales, las bieles de conexión, los engranajes, los ejes.
*** Aeroespacial: ** Componentes del tren de aterrizaje, sujetadores estructurales.
*** Construcción: ** Bollos de alta resistencia, varillas de anclaje, componentes estructurales.
*** Herramientas: ** Hammers, ejes, ejercicios y muere (a menudo con temperamento de baja temperatura).
*** Fabricación: ** ejes, husillos y piezas de máquina que requieren alto rendimiento.
En conclusión, el enfriamiento y el templado es un proceso fundamental que permite a los ingenieros adaptar con precisión las propiedades del acero para resistir condiciones de servicio específicas, lo que lo convierte en una piedra angular de la metalurgia y la fabricación modernas.