INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD AZCAPOTZALCO

PRACTICA #2: PRACTICA DEMOSTRATIVA DE FORJA

NOMBRE DEL PROFESOR: EMMANUEL BONILLA R.

MATERIA: INGENIERIA DE MANUFACTURA

NOMBRE: DAVID CACHO TORRES

GRUPO: 6MM1

INTRODUCCION: Forja, proceso de modelado del hierro y otrosmateriales maleables golpeándolos o troquelándolos después dehacerlos dúctiles mediante aplicación de calor. Las técnicas de forjadoson útiles para trabajar el metal porque permiten darle la forma deseaday además mejoran la estructura del mismo, sobre todo porque refinansu tamaño de grano. El metal forjado es más fuerte y dúctil que el metalfundido y muestra una mayor resistencia a la fatiga y el impacto.

ANTECEDENTES: La historia de la forja, como la historia cultural delhombre proviene de la tierra entre el Tigris y el Eufrates, alguna vezllamada Mesopotamia. Los signos más tempranos del trabajo conmetales remontan aproximadamente al 4500 A.de C.

Los habitantes de este valle fértil eran los sumerios. Esta gente, unamezcla de muchos fondos étnicos, fueron los fundadores verdaderos dela metalurgia como la conocemos hoy.

El arte de la forja, dar forma al metal usando calor y presión, progresóhasta la edad del oscurantismo (Alta Edad Media); al mismo tiempo quelos avances más industriales, científicos y culturales se realizaron.Antes de este tiempo, la posesión de los metales fue considerada comoun signo de riqueza. Los Romanos incluso tenían dioses dedicados a laforja, el más notable ser el Vulcano.

Durante la edad del oscurantismo (Alta Edad Media) la producción dearmas prosperó. La cultura europea y la industria fueron seriamenteretrasadas debido a guerras constantes. Aún la Industria siderúrgicapermaneció intacta debido a la necesidad de armas.

Uno de los acontecimientos más significativos vino de la combinacióndel descubrimiento romano de energía hidráulica y la forja de metales.La energía hidráulica fue usada para manejar el fuelle y martillosmecánicos. Este descubrimiento significativo entró en el empleo entrelos siglos X y XII D. de C.

James Watt en 1794 y Deveral en 1806,intentaron mediante sendos proyectos, darsolución al forjado en caliente de piezas deforma, pero ambos fueron abandonados;transcurriendo casi medio siglo sinconseguirse soluciones prácticas.Fue en 1840, cuando François Bourdon,François Cave y James Nasmyth, pusieron en

funcionamiento con éxito, martillos pilones accionados a vapor. Estatecnología, se desarrolló ampliamente y se aplicó durante todo el sigloXIX.

A partir de 1875, evoluciona el forjado en caliente, mediante eldesarrollo en Estados Unidos de América, de martillos ballesta,construidos con mazas de 25 a 250 Kg. de peso. En la misma épocaalcanzó mucha aceptación el martinete de Bradley.

A partir de principios del siglo XX, se han generalizado hasta nuestrosdías, el llamado martillo de caída libre, que se compone de dos rodillosde fricción accionados por eje-polea, que atenazan una tabla o correaplana, a la que va unida la maza de forjar.Se consigue la caída atómicamente de la maza al abrirse los rodillosque presionan la citada tabla o correa.

La invención de siglo XIX del motor de vapor nos trajo al umbral de forjamoderna como lo conocemos.

INVENCION DE LA PRENSA DE FORJA

Con la introducción de automóviles y en el particular Modelo de T deHenry Ford produjo una demanda considerable de forjas desarrolladasen los primeros años del siglo XX. Hasta 1930, cuando la Empresa deMaquinaria Nacional de los EE.UU. introdujo la primera prensa de forja(Maxipress), todas las forjas fueron producidas sobre martillos. Laventaja de la prensa fue ejemplificada por tarifas de producción más altay un grado menor de habilidad en la producción comparada con la forjacon martillo.

La introducción de la prensa de forja hizo anticuado la forja con martillo,pero más bien desafió a los fabricantes para mejorar su producto ydesde luego, muchas de las forjas son mejores hechas sobre martillos.

MAQUINAS DE FORJA MODERNAS CONTROLODAS PORCOMPURADORA

Hoy tenemos martillos controlados por computadora y prensas capacesde hacer una amplia gama de componentes en una variedad demateriales para muchos usos incluyendo la industria aeroespacial,automotriz, minería y agrícola, por mencionar unos cuantos.

La Forja como una forma de arte comenzada con el deseo de producirobjetos decorativos de metales preciosos. Hoy, la forja es una industriaprincipal mundial que considerablemente ha contribuido al desarrollo dehombre.

DEFINICION Y CLASIFICACION

(FORJA, ACERO Y TRATAMIENTOS TERMICOS)

FORJA:

La forja, al igual que la laminación y la extrusión, es un proceso deconformado por deformación plástica que puede realizarse en calienteo en frío y en el que la deformación del material se produce por laaplicación de fuerzas de compresión.Este proceso de fabricación se utiliza para dar una forma y unaspropiedades determinadas a los metales y aleaciones a los que seaplica mediante grandes presiones. La deformación se puede realizarde dos formas diferentes: por presión, de forma continuautilizando prensas, o por impacto, de modo intermitente utilizandomartillos pilones.

La clasificación convencional de la forja de acuerdo a ladistribución de los esfuerzos es la siguiente:∙ Forjado unidireccional∙ Forjado Bidireccional

Esta clasificación se relaciona con el procedimiento de forjado y elposible uso del material.Otra clasificación depende de la temperatura a la que se realiza elforjado:∙ Forjado en frío∙ Forjado en caliente

La diferencia entre estas radica en calentar el material a forjar o nohacerlo.La clasificación dependiendo de la herramienta utilizada pararealizar el trabajo de forja, que puede ser realizado con prensaspara forja, que someten al metal a una fuerza de compresión a pocavelocidad o manualmente con mazas y martillos que atacansuperficialmente con golpes rápidos la pieza.

Así mismo también se puede clasificar por el lugar de trabajo de laforja, este puede ser:∙ Forja abierta: en la cual se utiliza una fragua y pinzas einstrumental que se utiliza manualmente∙ Forja cerrada: En esta se requiere de mecanismos de mayorescapacidades de fuerza para prensar o troquelar materiales.

Hay un gran número de procesos de forja, los que pueden serresumidos así:

Forja por impresión cerrada con matriz con exceso de material Forja por impresión cerrada con matriz sin exceso de material Electro-upsetting Extrusión hacia delante Extrusión hacia atrás Forja Radial Hobbing Forja Isotérmica Forja con matriz abierta Forja orbital Powder metal forging (P/M) Upsseting Noising

Forja por impresión cerrada con matriz con exceso de material(Fig.6)

Definición. En este proceso, un tocho (palanquilla) es formado (encaliente) en una matriz (por lo general con dos mitades) tal que el flujode metal de la cavidad de la matriz es restringido.

El material de exceso es sacado por un hueco restrictivo estrecho yaparece exceso de material alrededor de la forja en la línea de particiónde la matriz.

Equipo. Yunque y martillos de contragolpe, hidráulicos, mecánicos, yprensas de tornillo.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aleaciones de aluminio,aleaciones de cobre, aleaciones de magnesio, berilio, acerosinoxidables, aleaciones de níquel, titanio y aleaciones de titanio,superaleaciones de hierro, níquel y cobalto, niobio y aleaciones deniobio, tántalo y aleaciones de tántalo, molibdeno y aleaciones demolibdeno, aleaciones de tungsteno.

Variaciones de Proceso. Forja por impresión cerrada con matriz conexceso de material lateral, longitudinal y sin flash.

Uso. Producción de forjas para coches, camiones, tractores, equipos decarretera, avión, ferrocarril y equipo de minería, industria generalmecánica, y producciones ingenieriles relacionadas con la energía.

Forja por impresión cerrada con molde sin exceso de material (Fig.7)

Definición. En este proceso, un tocho con volumen controladocuidadosamente es deformado (caliente o frío) por una apisonadorapara llenar la cavidad de la matriz sin pérdida de material. Laapisonadora y la matriz pueden ser hechos de una o varias piezas.

Equipo. Prensas hidráulicas, prensas mecánicas con multichoque.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aleaciones de aluminio,aleaciones de cobre.

Variaciones de Proceso. Forja de corazón, forja de precisión, forja enfrío y caliente, forja P/M.

Uso. Forjas de precisión, forjas huecas, accesorios, codos, tes, etc.

Fig.8 Forja por impresión

Electro-upsetting (Fig. 9)

Definición. Proceso de forja en calienteque junta una cantidad grande dematerial hacia uno de los extremos deuna barra redonda calentadaeléctricamente y empujándolo contrauna quijada fija plana o la cavidad de lamatriz.

Equipo. Prensas eléctricas.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, titanio.

Uso. Preformas para forjas terminadas.

Extrusión hacia delante

Definición. En este proceso, una apisonadora comprime un tocho(caliente o frío) limitado en un contenedor de modo que el material deltocho fluya por una matriz en la misma dirección que la apisonadora.

Equipo. Prensas hidráulicas y mecánicas.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aleaciones de aluminio,aleaciones de cobre, aleaciones de magnesio, aleaciones de titanio.

Variaciones de Proceso. Forja cerrada con matriz sin exceso dematerial, forja P/M.

Uso. Dado un diámetro para ejes sólidos, partes tubulares con múltiplediámetro

Extrusión hacia atrás

Definición. En este proceso, una apisonadora móvil aplica una presiónestable a una pieza en bruto (caliente o frío) limitado en una matriz, sefuerza al metal a fluir alrededor de la apisonadora en una direcciónopuesta a la dirección de viaje de la perforadora.

Equipo. Prensas hidráulicas y mecánicas.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aleaciones de aluminio,aleaciones de cobre, aleaciones de magnesio, aleaciones de titanio.

Variaciones de Proceso. Forja cerrada con matriz sin exceso dematerial, forja P/M.

Uso. Partes huecas que tienen un fondo cerrado, partes ahuecadas conagujeros cilíndricos, cónicas, o de otras formas.

1. La extrusiónavanzadareduce eldiámetro yaumenta sulongitud paraproducir partescomo ejes ycilindros

2. En este tipo,el acero fluyealrededor de laperforadora quedesciende paraformar piezas enforma de taza.

Fig. 11 Extrusión

Forja Radial (Fig.12)

Definición. Este proceso de forja en caliente o frío utiliza dos o másquijadas radialmente móviles o matrices para producir componentessólidos o tubulares con secciones transversales constantes o variablesa lo largo de su longitud.

Equipo. Máquinas de forja radiales.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aleaciones de titanio,tungsteno, berilio, y superaleaciones de alta temperatura.

Variaciones de Proceso. circular swaging..

Uso. Esta es una técnica que es usada para fabricar partes simétricas.Reducir los diámetros de lingotes y barras, forja de ejes, forja decañones de arma y de fusil, producción de componentes tubulares cony sin perfiles internos.

Hobbing (Fig.13)

Definición. Hobbing es el proceso acuñar una impresión en un bloquepara matrices en frío o caliente apretando con una perforadora.

Equipo. Prensas hidráulicas, martillos.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación.

Uso. La fabricación de moldes o matrices con impresionesrelativamente bajas.

Forja Isotérmica (Fig.14)

Definición. La forja isotérmica es un proceso donde la matriz y el tochoestán aproximadamente a la misma alta temperatura.

Equipo. Prensas hidráulicas.

Materiales. Aleaciones de titanio, aleaciones de aluminio.

Variaciones de Proceso. Forja cerrada con matriz con o sin exceso dematerial, forja P/M.

Uso. Industria aeronáutica.

Forja con matriz abierta (Fig.15-16)

Definición. Es un proceso de forja en caliente en el cual el metal esformado por martillado o apretado entre la cavidad o contorno del moldeo matriz.

Equipo. Prensas hidráulicas, martillos.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aleaciones de aluminio,aleaciones de cobre, aleaciones de titanio, todos los materialesforjables.

.

Variaciones de Proceso. La forja de losa, la forja de eje, la forja deanillo.

Uso. Forjado de lingotes, forjas grandes y voluminosas, seterminaciones para pre- formas.

SHAFTS

1. Startingstock, held bymanipulator.

2. Open-dieforging.

3. Progressiveforging.

4. Lathe turningto near net-shape.

DISCS

1. Startingstock.

2. Preliminaryupsetting.

3. Progressiveupsetting/forging to discdimensions.

4. Pierced forsaddle/mandrelring hollow"sleeve type"preform.

SADDLE/MANDREL RINGS

1. Preformmounted onsaddle/mandrel.

2. Metaldisplacement-reducepreform wallthickness toincreasediameter.

3. Progressivereduction ofwall thicknessto produce ringdimensions.

4. Matching tonear net shape.

HOLLOW "SLEEVE TYPE" FORGING

1. Punched or trepanned discon tapered draw bar.

2. Progressive reduction ofoutside diameter (insidediameter remains constant)increases overall length ofsleeve.

Fig.15

Forja orbital (Fig. 17)

Definición. La forja orbital es el proceso de forjar incrementalmente (encaliente o frío) una pieza en bruto entre una matriz orbital superior y unano rotativa inferior. Esta última es levantada axialmente hacia lasuperior, que es fijada axialmente, pero cuyo eje hace movimientosorbitales, espirales, planetarios, o constantes.

Equipo. Prensas de forja orbitales.

Materiales. Aceros al carbono y aceros de baja aleación, aleaciones dealuminio y cobre, aceros inoxidables, todos los materiales forjables.

Variaciones de Proceso. También se le llama a este proceso forja deplaza circular, forja de oscilación. En algunos casos, el más moldeinferior también puede girar.

Uso. Engranajes, partes de embrague de garra, tapas de ruedas,rodamientos de anillos.

}

Powder metal forging (P/M) (Fig. 18)

Definición. Proceso de forja cerrado que funciona con polvos metálicos

Equipo. Prensas hidráulicas y mecánicas.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aceros inoxidables,aleaciones bajas de cobalto, aleaciones de aluminio, aleaciones detitanio, aleaciones bajas de níquel.

Variaciones de Proceso. Forja cerrada con matriz con o sin exceso dematerial

Uso. Forjas y partes terminadas para coches, camiones, y equipos off-highway.

Upsseting

Definición. Proceso realizado en caliente o en frío de modo que el áreatransversal de una pieza, es aumentada.

Equipo. Prensas hidráulicas, mecánicas, atornille prensas; martillos.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aceros inoxidables, todoslos materiales forjables.

Variaciones de Proceso. Electro-upsetting, forja con molde abierto.

Uso. Pernos, tuercas, bridas, etc.

Nosing

Definición. Proceso de forja en caliente o en frío en el cual el extremode un casquete o componente tubular es cerrado mediante presión.

Equipo. Prensas mecánicas e hidráulicas, martillos.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aleaciones de aluminio,aleaciones de titanio.

Variaciones de Proceso. Hundimiento de tubo, ampliación de tubo.

Usos. Forja para extremos abiertos de casquetes de municiones; forjade contenedores de gas a presión.

Coining

Definición. Durante el proceso, el metal intencionadamente esadelgazado o reducido para alcanzar espesores requeridos o seccioneslevantadas. Extensamente es usado para el deletreado sobre el metalde hoja o componentes como monedas. El profundizado es un tipo deproceso de coining donde la presión que profundiza causa la reduccióndel grosor en el área que se dobla.

Equipo. Prensas y martillos.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aceros inoxidables,aleaciones resistentes al calor, aleaciones de aluminio, aleaciones decobre, aleaciones de plata y de oro.

Variaciones de Proceso. Coining con y sin exceso de material, coiningen molde cerrado.

Usos. Monedas metálicas; artículos decorativos, como vajilla decorada,medallones y botones metálicos; apresto de coche y componentes demotor de avión.

ACERO:

El término acero sirve comúnmente para denominar, en ingenieríametalúrgica, a una aleación de hierro con una cantidadde carbono variable entre el 0,03% y el 1,075% en peso de sucomposición, dependiendo del grado. Si la aleación posee unaconcentración de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que,en oposición al acero, son mucho más frágiles y no esposible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

Clasificación y definición de aceros y fundiciones.Nomenclatura AISI-SAE

La norma AISI/SAE (también conocida por SAE-AISI) es unaclasificación de aceros y aleaciones de materiales no ferrosos. Es lamás común en los países de Latinoamérica entre los que se encuentraColombia. La norma surge por la necesidad de manejar una solanomenclatura unificada debido a que se manejaba en todos los paísesnomenclaturas distintas para diferentes aceros. Lo que conllevaba a laconfusión e inclusive a la utilización de los aceros en maquinas,vehículos o en otro tipo de estructuras con diferentes característicasya que no era el necesario para el dispositivo.

De igual manera, cada nomenclatura tiene sus iniciales, la AISI esdesignado en ingles como American Iron and Steel Institute (Institutoamericano del hierro y el acero), mientras que SAE es designado eningles como Society of Automotive Engineers (SociedadNorteamericana de Ingenieros Automotores).

Entre otras designaciones se encuentran:

ASME(American Society of Mechanical Engineers),

ANSI(American National Standards Institute),

ACI(Alloy Casting Institute) ,

AWS(American Welding Society)

Igualmente, en este sistema los aceros se clasifican con cuatro dígitos.El primero especifica la aleación principal, el segundo indica elporcentaje aproximado del elemento principal y con los dos últimosdígitos se conoce la cantidad de carbono presente en la aleación.Ejemplo: 1045 AISI SAE tiene 0,45 porcentaje de Carbono.

La aleación principal que indica el primer dígito es la siguiente:

1. Carbono es un elemento principal su ubicación en la tablaperiódica es de grupo A

2. Níquel3. Níquel-Cromo, principal aleante el cromo4. Molibdeno5. Cromo6. Cromo-Vanadio, principal aleante el cromo7. Esta numeración indica que son aceros resistentes al calor, pero

estos no se fabrican habitualmente.8. Níquel-Cromo-Molibdeno, principal aleante el molibdeno9. Silicio

Por otra parte, en las normas ASTM, para referirse a los distintosaceros, se puede hablar de “Grado”, “Clase” o “Tipo”. Por ejemploA106 Grado A, A48 Clase 20A, A276 Tipo 304.

Por otra parte, los códigos numéricos o alfanuméricos usados parareferirse a un acero, a veces tienen algo de significado. En los gradosdesignados por letras del alfabeto A, B, C,.. el contenido de carbono ysu resistencia mecánica aumentan en el mismo orden. En las clases,del código numérico indica su tensión de ruptura en PSI. Ladesignación de un mismo acero también cambia según se trate de unproducto laminado, forjado (se usa nomenclatura AISI, Ejemplo TP304para tubos y cañerías, F304 para piezas forjadas, WP304 y CR304para fittings) o un producto fundido (se usa nomenclatura ACl, PorEjemplo CF8 para el cuerpo fundido de una válvula, no se dice“304fundido”).

De igual manera, esta gran diversidad y falla de sistematización setrata de resolver, mediante un sistema de numeración unificado UNS(Unifred Numbering System) acordado entre ASTM y SAE, que poco apoco se ha ido divulgando. Actualmente se considera acero a unaaleación cuyo contenido porcentual de hierro, en peso, es superior alde cualquier otro componente de la aleación y con un contenido decarbono que no supere el 1,76%, sin embargo, si se supera estacantidad de carbono entraríamos en la zona de las fundiciones.

Cabe mencionar, que en el diagrama de hierro carbono si hablamosde un material que tenga un porcentaje de carbono menor al 1,76%estaremos hablando de la zona de los aceros, si se supera dicho valorhablaremos de la zona de las fundiciones.

En los aceros aleados los dos primeros dígitos indican los principaleselementos de aleación y sus rangos. A veces se intercalan letrasdespués de los dos primeros dígitos para indicar otra característica (Bindica Boro, L indica Plomo). También pueden usarse prefijos( Mindica calidad corriente, E indica horno eléctrico, H indica endurecible).En la siguiente

Tabla se muestra muchos de los ejemplos de la nomenclatura delacero.

Aceros alCarbono

Descripción

1OXX no-resulfurado, 1.00 Mn máx

IlXX resulfurado

12XX resulfurado y refosforizado

15XX no-resulfurado, sobre 1.00 Mn máx

Acerosaleados

13XX 1.75 Mn

40XX 0.20 o 0.25 Mo, o 0.25 Mo + 0.042 S

41XX 0.50, 0.80 o 0.95 Cr + 0.12, 0.20 o0.30 Mo

43XX 1.83 Ni, 0.50-0.80 Cr, 0.25 Mo

46XX 0.85 o 1.83 Ni + 0.20 o 0.25 Mo

47XX 1.05 Ni, 0.45 Cr, 0.20 o 0.35 Mo

48XX 3.50 Ni + 0.25 Mo

51XX 0.80, 0.88, 0.93, 0.95 o 1.00 Cr

51XXX 1.03 Cr

52XXX 1.45 Cr

61XX 0.60 o 0.95 Cr + 0.13 o 0.15 V min

86XX 0.55 Ni, 0.50 Cr, 0.20 Mo

87XX 0.55 Ni, 0.50 Cr, 0.25 Mo

88XX 0.55 Ni, 0.50 Cr, 0.35 Mo

92XX 2.00 Si o 1.40 Si + 0.70 Cr

50BXX 0.28 o 0.50 Cr, 0.0005 – 0.003 B

51BXX 0.80 Cr, 0.0005-0.003 B

81BXX 0.30 Ni, 0.45 Cr, 0.12 Mo, 0.0005 –0.003 B

94BXX 0.45 Ni, 0.40 Cr, 0.12 Mo, 0.0005 –0.003 B

Tabla 1. Ejemplos de Nomenclatura con aceros aleados y no aleados.

Identificación aceros y forma de nombrar la nomenclatura:

Existen dos formas de identificar los aceros: la primera es a través desu composición química, por ejemplo utilizando la norma AISI:

Nº AISI: Descripción Ejemplo10XX Son aceros sin aleación con 0,XX

% de C(1010; 1020; 1045)

41XX Son aceros aleados con Mn, Si,Mo y Cr

(4140)

51XX Son aceros aleados con Mn, Si yC

(5160)

La Tabla 2 relaciona la nomenclatura AISI-SAE con los valores deresistencia, ductilidad y dureza, conceptos que se explicarán másadelante. Sirve para relacionar la composición química y laspropiedades mecánicas de los aceros. En las Tablas 3 y 4 se entregainformación detallada de la composición química de diversasaleaciones listadas en base su número AISI-SAE.

Nº SAE oAISI

Resistenciaa la tracción

Rm

Límite defluencia

ReAlargamiento

en 50 mmDurezaBrinell

Kgf / mm2 Mpa Kgf/mm2 Mpa %

1010 40,0 392,3 30,2 292,2 39 109

1015 42,9 420,7 32,0 313,8 39 126

1020 45,8 449,1 33,8 331,5 36 143

1025 50,1 491,3 34,5 338,3 34 161

1030 56,3 552,1 35,2 345,2 32 179

1035 59,8 586,4 38,7 377,5 29 190

1040 63,4 621,7 42,2 413,8 25 201

1045 68,7 673,7 42,2 413,8 23 215

1050 73,9 724,7 42,2 413,8 20 229

1055 78,5 769,8 45,8 449,1 19 235

1060 83,1 814,9 49,3 483,5 17 241

1065 87,0 853,2 51,9 509,0 16 254

1070 90,9 891,4 54,6 535,4 15 267

1075 94,7 928,7 57,3 560,9 13 280

1080 98,6 966,9 59,8 586,4 12 293

TRATAMIENTOS TERMICOS:

Se conoce como tratamiento térmico al conjunto de operaciones decalentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas detemperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, etc., delos metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de mejorar suspropiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia yla elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmicoson, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono.También se aplican tratamientos térmicos diversos a los cerámicos.

RECOCIDO:

Todo metal que haya sido previamente trabajado en frío, sean pormedio de los mecanismos de deformación plástica por deslizamiento ypor maclaje logra alterar las propiedades mecánicas de este metal. Elresultado del trabajo en frío es deformar los granos dentro del metaladicionando imperfecciones a los cristales que servirán de anclajeevitando el movimiento interplanar con el consiguiente aumento de laspropiedades de Dureza, la resistencia a la Tensión y la resistenciaeléctrica; y, por el contrario, disminuyo la ductilidad.

Consiste básicamente en un calentamiento hasta la temperaturade austenización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Coneste tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras quedisminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas alhomogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material,eliminando la acritud que produce el trabajo en frío ylas tensiones internas.Dependiendo del porcentaje de carbono; luego del recocido se puedenobtener diversas estructuras tales como Ferrita+Cementita en losaceros Hipoeutectoides; Perlita en los aceros Eutectoide; yPerlita+Cementita en los aceros Hipereutectoides. El fin ultimo delrecocido del acero tiene baja dureza y resistencia.El recocido total es el proceso mediante el cual la estructuradistorsionada en frío retorna a una red cuyo estado se halla libre detensiones por medio de la aplicación de calor. Este proceso se efectúatotalmente en estado solido y puede dividirse en las tres etapassiguientes: Recuperación,Recristalización y Crecimiento del Grano.

TEMPLADO:

Temple, en metalurgia e ingeniería, proceso de baja temperatura en eltratamiento térmico del acero con el que se obtiene el equilibrio deseadoentre la dureza y la tenacidad del producto terminado. Los artículos deacero endurecidos calentándolos a unos 900 °C y enfriándolosrápidamente en aceite o agua se vuelven duros y quebradizos.

Si se vuelven a calentar a una temperatura menor se reduce su durezapero se mejora su tenacidad. El equilibrio adecuado entre dureza ytenacidad se logra controlando la temperatura a la que se recalienta elacero y la duración del calentamiento. La temperatura se determina conun instrumento conocido como pirómetro; en el pasado se hacíaobservando el color de la capa de óxido que se formaba sobre el metaldurante el calentamiento.

Existen varios tipos de temple,clasificados en función del resultado quese quiera obtener y en función de la propiedad que presentan casi todoslos aceros llamada templabilidad (capacidad a la penetración deltemple), que a su vez depende, fundamentalmente, del diámetro oespesor de la pieza y de la calidad del acero.

El término temple también se utiliza para describir un proceso de trabajoen frío que aumenta la dureza del metal, sobre todo en el caso de aceroscon bajo contenido en carbono y de metales no ferrosos.

El templado del acero se realiza en tres escalones: calentamientoa temperatura de temple, detención a esta temperatura y enfriamientorápido. El temple se consigue al alcanzar la temperatura deaustenización y además que todos los cristales que componen la masadel acero se transformen en cristales de austenita, ya que es la únicaestructura constituyente del material que al ser enfriado rápidamente setransforma en Martensita, estructura que da la máxima dureza a unacero hipoeutectoide.

Los aceros inferiores a 0,3% de carbono no toman temple debido a queal ser enfriados rápidamente de la temperatura de austenización fijanestructuras no martensíticas como por ejemplo: Perlita yFerrita.

La temperatura de austenización es variable, dependiendo delporcentaje de carbono que contenga el acero. De acuerdo con undiagrama de nombre Hierro Carbono se distingue una zona

llamadahipoeutectoide a la cual pertenecen los aceros de porcentajesde carbono inferiores al 0,83% hasta 0,008% y otra superior a estas denombre hipereutectoide.

Es deseable que el medio de enfriamiento para el temple enfríe conrapidez en la zona de temperaturas donde la austenita tiene pocaestabilidad(600-5500C, y con lentitud en la zona de temperaturas de latransformación martensítica(300-200o)C. Para templar piezas hechasde acero al carbono, con alta velocidada crítica de temple, se utilizacorrientemente el agua La peculiaridad positiva del aceite como mediode enfriamiento, consiste en que es casi insensible al cambio detemperatura: el aceite templa lo mismo a los 20oC, que a los 150-2000C.

REVENIDO:

El tratamiento de revenido consiste en calentar al acero despuésde normalizado o templado, a una temperatura inferior al punto crítico,seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rápido cuando sepretenden resultados altos en tenacidad, o lento, para reducir al máximolas tensiones térmicas que pueden generar deformaciones.

El ciclo térmico se compone de las siguientes etapas:

Calentamiento hasta una temperatura determinada pero inferior aAc1.

Uno o varios mantenimientos a una o varias temperaturasdeterminadas.

Uno o varios enfriamientos hasta la temperatura ambiente(generalmente al aire, agua o aceite).

Los factores que influyen en el revenido son los siguientes:

1. La temperatura de revenido sobre las características mecánicas2. El tiempo de revenido (a partir de un cierto tiempo límite la

variación es tan lenta que se hace antieconómica suprolongación, siendo preferible un ligero aumento de temperaturade revenido).

3. La velocidad de enfriamiento (es prudente que el enfriamiento nose haga rápido).

4. Las dimensiones de la pieza (la duración de un revenido esfunción fundamental del tamaño de la pieza recomendándose de1 a 2 horas por cada 25mm de espesor o diámetro).

El acero templado se vuelve frágil, siendo inútil en estas condiciones,por eso esta operación viene es para que las tiranteces y tensionesgeneradas en el acero no tengan tiempo de actuar provocandodeformaciones o grietas. Este proceso hace más tenaz y menosquebradizo el acero aunque pierde algo de dureza.

NORMALIZADO:

El propósito de la normalización es producir un acero más duro y másfuerte que con el recocido total, de manera que para algunasaplicaciones éste sea el tratamiento térmico final. Sin embargo, lanormalización puede utilizarse para mejorar la maquinabilidad,modificar y refinar las estructuras dendríticas de piezas de fundición,refinar el grano y homogeneizar la microestructura para mejorar larespuesta en las operaciones de endurecimiento.

El hecho de enfriar rápidamente el acero hace que la transformaciónde la austenita y la microestructura resultante se vean alteradas, yaque como el enfriamiento no se produce en condiciones de equilibrio,el diagrama hierro-carburo del hierro no es aplicable para predecir lasproporciones de ferrita y perlita proeutectoide que existirán atemperatura ambiente. Ahora, se tendrá menos tiempo para laformación de la ferrita proeutectoide, en consecuencia, habrá menoscantidad de esta en comparación con los aceros recocidos. Aparte deinfluir en la cantidad de constituyente proeutectoide que se formará, lamayor rapidez de enfriamiento en la normalización también afectará ala temperatura de transformación de austenita y en la fineza de laperlita. El hecho de que la perlita (que es una mezcla eutectoide deferrita y cementita) se haga más fina implica que las placas decementita están más próximas entre sí, lo que tiende a endurecer la

ferrita, de modo que esta no cederá tan fácilmente, aumentando así ladureza. El enfriamiento fuera del equilibrio también cambia el puntoeutectoide hacia una proporción de carbono más baja en los aceroshipoeutectoides y más alta en los aceros hipereutectoides. El efectoneto de la normalización es que produce una estructura de perlita másfina y más abundante que la obtenida por el recocido, resultando unacero más duro y más fuerte.

NITRURACION:

La nitruración permite obtener una capa superficial de elevada dureza(700-1000HV) con una estructura rica en nitruros y carbonitruros, muybien definida y formada por: Una capa periférica (capa blanca),también llamada de compuestos o de combinación. Es una capa ricaen nitruros que mejora la resistencia al desgaste y a la abrasión; Unacapa subyacente, llamada zona de difusión. Su comportamientoproporciona una alta resistencia a la fatiga.

Las fases sólidas presentes en toda capa nitrurada son la fase α, faseε, y fase gamma γ´. Lo deseable es obtener una capa monofásica defase ε, o bien γ´, en lugar de capas bifásicas o dúplex. Las capas decombinación de una sola fase evitan casi por completo la fragilidadsuperficial de la pieza de acero, debido a la elevada cohesión capa-sustrato.

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS DE NITRURACION:

Nitruración gaseosa: La nitruración gaseosa se realiza en hornosde atmósfera controlada en los que la pieza se lleva a temperaturasentre 500º y 570 ºC en presencia de amoníaco disociado. Esteproceso se basa en la afinidad que tiene los elementos de aleacióndel acero por el nitrógeno procedente de la disociación del amoníaco.

Nitruración en baño de sales: La nitruración en baño de sales serealiza a la misma temperatura que la nitruración gaseosa, entre500ºC y 570ºC. Para ello se introduce la pieza en un baño de salesfundidas compuesto por cianuros (CN-) y cianatos (CON-) en estadofundido. Durante este tratamiento, el material absorbe C y N delbaño. Dadas las bajas temperaturas a las que se opera, lacarburación es muy pequeña, dando paso a la nitruración. Así, seforma una capa cuya composición química es de un 25% de carburosy de un 75% de nitruros de hierro.

Nitruración sólida: En la nitruración sólida las piezas se colocancubiertas por una pasta se sustancia nitrurante que se eleva a unatemperatura entre 520 ºC y 570ºC durante 12 horas.

Nitruración iónica o por plasma: Es un tipo de nitruración gaseosadirigida a aumentar la velocidad de difusión del N y reducir el tiempode tratamiento. Se realiza dentro de un reactor donde se ha hechovacío antes de introducir los gases de nitruración. Estableciéndoseun circuito eléctrico en el que la pieza a nitrurar es el ánodo, porefecto del calor el Nitrógeno molecular se descompone e ioniza.

CEMENTACION:

Cementación (Carburación). La cementación es un tratamientotermoquímico y es el procedimiento más antiguo de saturación de lasuperficie de los aceros con carbono y se aplica para obtener dureza yresistencia altas al desgate de la capa superficial, conservándose almismo tiempo un núcleo blando y tenaz en tales piezas como ruedasdentadas, bulones de pistón, levas de los árboles de levas, etc.

TIPOS DE CEMENTACION:

Cementación en carburante sólido. Cementación en carburante líquido. Cementación en carburante gaseosa.

CEMENTACION DE CARBURANTE SOLIDO: Las piezas después desu elaboración preliminar se limpian, quitándole la suciedad y la grasa.Los lugares que no se han de carburar, por ejemplo la superficieinterior de bulón de un pistón, cuellos de los árboles de levas, seaíslan con un recubrimiento electrolítico de cobre de 0,005 mm deespesor. Luego la pieza 4 Fig. 1 Caja de cementación, se colocan envarias filas dentro de la caja de cementación 6, hecha con hierrosoldado de 6 a 8 mm de espesor, se echa por capas de mezclacarburante 5, compuesta de 75 al 80% de carbón vegetal de abedul oroble en granos pequeños (2-4 mm), y el 20-25% de BaCO3 oNa2CO3 El fondo de la caja se echa el carburante en una capa de 25-30mm; sobre ésta se coloca la primera fila de piezas distanciadasentre sí unos 15-20 mm y de paredes de la caja unos 25-30 mm; sobrela primera fila de piezas se echa otra capa de carburante que seapisona ligeramente, sobre esta se coloca la fila siguiente de piezas,de nuevo se echa una capa de carburante y así sucesivamente sellena la caja hasta arriba. Para comprobar los resultados de lacementación, en la caja junto con la pieza se pone la muestra decontrol 3(comprobante)y se colocan las muestras de prueba 7 a travésde un agujero en la tapa de la caja, para que se pueda controlar elcurso del proceso, el espesor de la capa carburada según la fractura.

Las muestras de control se hacen del mismo acero que las piezas acarburar. Después de empaquetar las piezas, las cajas se cierran conla tapa 2 y se enmasillan con arcilla refractaria 1 para que no circule elaire. Las cajas empaquetadas se cargan en el horno, el cual secalienta hasta una temperatura superior a Ac3 (corrientemente 920C) ypermanecen a esta temperatura durante un tiempo suficiente paraconseguir una capa cementada de 1,2-1,7 mm, aproximadamente.

CEMENTACION GASEOSA: Empleada por P. Anosov en 1830 en lafábrica de Zlatoúst, para la construcción de maquinaria de producciónen serie y en masa, ya que este tipo de carburación tiene variasventajas en comparación con la cementación sólida.

CEMENTACION LIQUIDA: Se aplica para piezas pequeñas cuando serequiere una profundidad insignificante de la capa carburada (0,3-0,5)mm y se efectúa en los baños de sales con la siguiente composición:75-80% de Na2CO3, 10-15% de NaCl, 6-10% de SiC, concalentamiento hasta 8200C y permanencia de hasta de 1 hora.Después de la cementación las piezas se someten al temple,trasladándolas directamente desde el baño al agua o al aceite segúnla marca del acero, y después, al revenido para eliminar tensionesinternas.

CIANURACION:

Este procedimiento se emplea para endurecer superficialmentepequeñas piezas de acero. El proceso de cianuración efectuado ensales fundidas (baños líquidos) asegura un gran rendimiento.

Las propiedades particulares que adquiere el acero cuya capasuperficial está saturada a la vez de nitrógeno y de carbono, handeterminado la introducción de este proceso en la industria. Lacianuración puede realizarse en medios sólidos, líquidos y gaseosos,esta última se denomina nitro-cementación.

Los baños de cianurar contienen cianuro, carbonato y cianato sódicocon o sin cloruro sódico como diluyente. El contenido de cianuro en elbaño suele variar de 20 a 50%.

El cianato sódico no se añade intencionadamente al baño, sino que seforma por oxidación del cianuro durante el trabajo.

Operando a temperaturas de 760° a 950° y empleando baños cubiertoscon escamas de grafito, el porcentaje cianato sódico no suele excederde 3%. El carbonato sódico es el último producto que se forma en losbaños por descomposición u oxidación del cianuro por la acciónoxidante del aire.

CIANURACION SOLIDA:

Se efectúa de una modo análogo a la cementación sólida, con ladiferencia que el carburante contiene cianuros. Este proceso, por surendimiento, es mucho menos eficaz que los de cianuración líquida ygaseosa, por lo que su implementación a gran escala no se recomienda.

CIANURACION LIQUIDA:

Esta es la forma más difundida de cianuración del acero y se efectúa encianuros fundidos. El mecanismo químico de formación de átomosactivos de nitrógeno y de carbono comprende las reacciones siguientes:

Descomposición de los cianuros, con la formación de átomos libres decarbono y de nitrógeno, y su difusión en el metal.

CIANURACION GASEOSA:

Se realiza en una mezcla de gases carburantes y nitrurantes (porejemplo, una mezcla de gas del alumbrado y amoníaco).

Los resultados de la cianuración se determinan por la profundidad de lacapa superficial y por la concentración de carbono y de nitrógeno quehay en ella. En la composición y propiedades de la capa cianuradaejerce especial influencia la temperatura de cianurización. Su elevaciónhace que aumente el contenido de carbono en dicha capa y sudescenso, que aumenta al nitrógeno

1. TINA DE ENFRIAMIENTO PARATRATAMIENTOS TERMICOS

Tina empleada para sumergir piezascalientes y enfriarlas con agua, aceite osalmuera, dependiendo del tratamientotérmico que se lleve a cabo y del materialque se esté trabajando

2-TINA DE ENFRIAMIENTO PARATRATAMIENTOS TERMICOS (2):

Esta tina es utilizada para elenfriamiento de piezas calientes consales de cianuro, es empleada pararealizar procesos de cianurado, ademásde que su temperatura se puede regulargracias a que posee resistenciaseléctricas.

3. TINA DE ENFRIAMIENTO PARATRATAMIENTOS TERMICOS (3):

Al igual que las anteriores, esta sirvepara enfriar piezas, sin embargo estatina es usada con nitratos para larealización de nitrurados, la temperaturade la tina se regula con el agitador ylos serpentines que posee.

EQUIPO DE LABORATORIO DE FORJA Y T.T

4. HORNO ELECTRICO DE PISO

Su función radica en calentar material, sutemperatura máxima es de 300°C, estárecubierto con ladrillo refractario paramantener el calor y evitar las fugas detemperatura.

5. HORNOELECTRICO DELECHO FLUIDIZADO:

Se emplea para calentar material y sutemperatura máxima es de 1000 °C,cuenta con resistencias eléctricas quesirven para aumentar su temperatura.

6. HORNO:

Su función es calentar material y sutemperatura máxima de trabajo es de600°C

7. HORNO (2):

Del mismo modo que el horno antesmencionado ese trabaja a unatemperatura máxima de 600°C

8. HORNO (3):

A diferencia de los dos anteriores, estehorno trabaja a una temperatura máximade 1600°C, cuenta con un pirómetropara medir su temperatura

9. HORNO TIPO CRISOL PARATRATAMIENTOS TERMICOS:

Este horno cuenta con un tiro forzado, un“ventilador” que inyecta aire al hornopara que la llama calientehomogéneamente, alcanza unatemperatura máxima de 1300°C

10. HORNO TIPO CAMARA DE GAS

Cuenta con perillas para regular el gas. Uncarro para trasladar el material, estárecubierto con ladrillo refractario ycuenta con un tiro forzado. Sutemperatura máxima es de 1500 °C

11.ESTAMPADORA:

Forja por impacto, en esta máquina seregula la carrera del ariete, e impacta conuna fuerza de 3000Kn (305914.8 kgf),para trabajarla se requiere de moldes,troqueles y dados de impresión.

12.PRENSA:

En esta máquina se regula la presiónque se ejerce sobre el material, la fuerzacon la que impacta es de 45 toneladas

13. MARTILLO DE CAIDA LIBRE:

Esta máquina también realiza un trabajode forja por impacto, se regula de igualforma la carrera del ariete y desarrolla unafuerza total de 15 toneladas.

14. MARTINETE HIDRAULICO

Este martinete golpea con unavelocidad de 180 impactos por minutoy una fuerza de media tonelada.

15. FRAGUA:

Se utiliza para calentar carbónmineral, carbón de piedra o coque,alcanza temperaturas de entre 1400a1500°C, el carbón mineral presenta laventaja de quese consume lentamente.

16. YUNQUE:

Es el soporte para trabajar el material paraforjar

17. MUFLA:

Su función es calentar piezas omaterial requerido, alcanza unatemperatura de 1500°C

17. MUFLA:

Este horno alcanza una temperatura de1200°C

18. RACKS:

ACCESORIOS Y HERRAMIENTAS

19. ROLADORA:

Máquina empleada para transformar elmaterial y hacer láminas de determinadoespesor.

20. TROQUELADORA:

Máquina que sirve para realizar agujeroso cortar en formas determinadas sobreuna placa de metal.

CROQUIS

CONCLUSIONES:

Como práctica introductoria es importante conocer las instalacionesdel laboratorio y saber cuál es el equipo con el que se cuenta, asímismo también es necesario saber dónde se ubican cada una de lasmáquinas y las herramientas y saber cuáles son las funcionesde cada una de ellas. Del mismo modo es oportuno conocercuáles son los tratamientos térmicos fundamentales, en quéconsisten y cómo se llevan a cabo.

Como el acero es el material de trabajo más común en la forjay los tratamientos térmicos es también indispensable conocer laspropiedades de este material y saber cuál es su composición, y sucomportamiento posterior a ser modificado con algún tratamientotérmico.

La forja es indispensable para muchos procesos de manufacturaen la actualidad y esta importancia la ha ido adquiriendo a lo largode los años, y desde la antigüedad ya que el hombre ha hecho uso deherramientas para poder sobrevivir y las ha empleado también en todotipo de actividades en su vida, como lo es en el la agricultura, en lacaza, la construcción de viviendas, de edificaciones, la fabricación decomponentes para máquinas, en fin la utilidad es y ha sido de sumaimportancia a lo largo de la historia del hombre.

Como parte final del reporte es importante destacar la importancia deconocer el funcionamiento de las máquinas del taller de forja ytratamientos térmicos, y por lo tanto esperara que los profesoresa cargo del laboratorio nos permitan aprender, seguidos de susasesoramientos, el uso y la aplicación de las máquinas dellaboratorio así como las técnicas de trabajar con las herramientascon las que se cuenta.