Estructura y Propiedades de las Aleaciones-Facultad de Ingeniera-UNLPCaptulo 12: Tratamientos trmicos especiales

Captulo 12: Tratamientos trmicos especialesUna consideracin importante en muchos de los tratamientos trmicos descriptoshasta ahora es la variacin de la velocidad de enfriamiento entre la superficie y el centro de lapieza trmicamente tratada. El enfriamiento diferencial produce tensiones que pueden causardistorsin y/o fisuracin. Para reducir las tensiones residuales deben tomarse numerosasprecauciones pero se desarrollaron especficamente dos tratamientos trmicos especiales,martempering y austempering, para minimizar la formacin de las tensiones residuales y/oincrementar la tenacidad de las piezas tratadas trmicamente. Este captulo describe el origende las tensiones residuales y varias aproximaciones para minimizarlas y los tratamientos demartempering y austempering. Tambin, se describirn brevemente los tratamientostermomecnicos que usan procesados trmicos y mecnicos para producir combinaciones depropiedades requeridas y un nuevo enfoque de los tratamientos trmicos de aceros de bajocarbono basado en recocido intercrtico.

Tensiones residuales, distorsin y fisuracin por templeDos procesos que ocurren durante el enfriamiento de una pieza de acero trmicamentetratada son los responsables de los cambios dimensionales que dan como resultado tensionesresiduales y distorsiones. Uno es la expansin volumtrica que ocurre cuando la estructuracompacta fcc de la austenita transforma a una estructura menos compacta como la ferrita,cementita y martensita. El otro es la contraccintrmica normal que ocurre durante elenfriamiento de una fase o una combinacin de fases en ausencia de transformacin de fases.La expansin volumtrica debida a la transformacin de la austenita es el factor dominante encualquier tratamiento trmico que involucra el enfriamiento desde el campo austenticomientras que la contraccin trmica es el factor dominante para los tratamientos trmicossubcrticos. Las tensiones residuales y las distorsiones surgen porque la velocidad deenfriamiento es funcin del tamao de la seccin de la pieza y, por lo tanto, el cambio devolumen ocurre a tiempos diferentes en distintas posiciones durante el proceso deenfriamiento. Los tratamientos trmicos que involucran austenizado producen modelos detensiones residuales completamente diferentes a aquellos producidos por recocidossubcrticos.Cuando una pieza de acero se enfra desde el campo de fase de la austenita, lasuperficie se enfra mucho ms rpido y la austenita de la superficie transforma primero con laexpansin de volumen asociada. Generalmente, la austenita del interior an caliente y dctil notransformada se acomoda fcilmente al cambio de dimensiones de la superficie. Sin embargo,cuando un tiempo despus el interior transforma en el proceso de enfriamiento, su expansines restringida por la capa superficial transformada endurecida. Esta restriccin genera en elinterior de la pieza una compresin, mientras que la expansin interior genera traccin en lasuperficie. Justo lo inverso es lo que ocurre en una pieza con un tratamiento trmicosubcrtico. La superficie se enfra y se contrae primero, y nuevamente el interior ancaliente ydctil se acomoda fcilmente. Sin embargo, cuando el interior se enfra la resistencia mecnicamayor de la superficie se opone a su contraccin. La restriccin sobre la contraccin genera enel interior traccin, mientras que en la superficie provoca compresin por la contraccininterior.Las tensiones producidas por las diferentes velocidades de enfriamiento a travs deuna pieza producen distorsin si las tensiones generadas son los suficientemente altas paragenerar una fluencia o deformacin plstica no uniforme durante el enfriamiento. An sin1

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fluencia, pueden estar presentes tensiones cercanas a las del punto de fluencia cuando sealcance la temperatura ambiente, y tales tensiones residuales se superpondrn sobre lastensiones aplicadas en servicio a menos que se realice un revenido o tratamiento de alivio detensiones. Las tensiones de compresin en la superficie son deseables y se oponen a lastensiones de traccin aplicadas en servicio. Las tensiones residuales de traccin en lasuperficie, sin embargo, se suman a las tensiones de traccin aplicadas y disminuyen en granmedida la resistencia mecnica y a la fatiga en servicio.La situacin ms crtica con respecto a las tensiones de enfriamiento es en acerosaustenizados y templados para formar martensita. En este caso las tensiones de traccin en lasuperficie, especialmente en temples severos, pueden ser lo suficientemente altas para causar lafisuracin por temple antes que fluencia. Los aceros de alto carbono y para herramientas queson inherentemente duros y frgiles son especialmente susceptibles a la fisuracin por temple