¡Descarga Tratamientos térmicos en aceros: mecanismos de difusión y tipos de tratamientos y más Apuntes en PDF de Cálculo Avanzado solo en Docsity!
DIFUSIÓN
¿Por qué conocer la difusión?
Con frecuencia, materiales de todos los tipos son tratados térmicamente para mejorar sus
propiedades. Los fenómenos que ocurren durante un tratamiento térmico envuelven casi
siempre difusión atómica. En general, se desea obtener un aumento en la tasa de difusión;
ocasionalmente son tomadas medidas para reducirlas.
DIFUSIÓN.-
Muchas reacciones y procesos que son importantes en el tratamiento térmico de materiales
dependen de la transferencia de masa tanto en el interior de un sólido específico
(ordinariamente en un nivel microscópico), como de un líquido, un gas un otra fase sólida.
Esto ocurre necesariamente por difusión , que es el fenómeno de transporte de material por
el movimiento de átomos.
Mecanismos de Difusión.-
De una perspectiva atómica, la difusión es simplemente la migración paso a paso de los
átomos de un sitio para otro sitio en le red. De hecho, los átomos en los materiales sólidos
están en constante movimiento, mudando rápidamente de posición. Para que el átomo pueda
hacer esos movimientos, dos condiciones deben estar presentes:
a) Debe existir un sitio adyacente vacío.
b) El átomo debe tener energía suficiente para quebrar las ligaciones atómicas con sus
átomos vecinos y, entonces, causar alguna distorsión en la red durante su
desplazamiento.
Difusión por vacante (o lagunas).-
El mecanismo envuelve el cambio de un átomo de una posición normal en la red para un
sitio adyacente vacío o laguna.
Difusión Intersticial.-
Los átomos migran de una posición intersticial para una posición intersticial vecina que se
encuentra vacía.
El principal factor, que tiene influencia en la difusión es la temperatura.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS MÁS USADOS:
Analizaremos los tratamientos de recocido, normalizado, temple y revenido,
tratamientos termoquímicos.
RECOCIDO.- Con este nombre se conocen varios tratamientos cuyo objetivo principal
es ablandar el acero, regenerar su estructura o eliminar tensiones internas.
Consiste en calentamientos a temperaturas adecuadas seguidos de enfriamientos
generalmente lentos. Se puede clasificar en:
a) Recocido de Autenización completa o de Regeración.- Se calienta a una temperatura
ligeramente más alta que la crítica superior y se enfría muy lentamente. Ablanda al acero y
regenera su estructura.
b) Recocido Subcritico.- Se calienta por debajo de la temperatura crítica inferior y la
velocidad de enfriamiento no es tan importante.
Este tratamiento elimina tensiones y aumenta la ductilidad. Se puede distinguir:
i) Recocido Suscritico de Ablandamiento.- Se calienta el acero hasta una temperatura
inferior a la crítica, pero lo más elevada posible, se enfría en aire. Sin obtenerse las
durezas más bajas, son en general suficientes para mecanizar sin dificultad. Solo en
aceros de alto Carbono o aleados la dureza puede permanecer elevada como para
impedir la mecanización.
ii) Recocido Suscritico contra Acritud.- Se realiza entre 550º C y 650º C en aceros de
menos de 0.4% de Carbono para reestablecerse la ductilidad cuando han sido
deformados en frío. Generalmente se enfría en el aire.
iii) Recocido Suscritico Globular.- A temperatura inferior pero muy próxima a la crítica
durante tiempos más o menos prolongados y seguidos de enfriamiento al aire, se
obtienen estructuras globulares de baja dureza. Se aplica en aceros de baja aleación.
c) Recocidos de Autenización Incompleta.- Se aplican a aceros de alto Carbono para
ablandarlos y mejorar su maquinabilidad. Son calentamientos largos a temperaturas
comprendidas entre las críticas superior e inferior, y se enfrían lentamente. La cementita y
otros carburos se globalizan y resulta una estructura muy blanda. Si se hace oscilar la
temperatura alrededor de la crítica inferior, el recocido se llama globular oscilante. Si se
mantiene por encima, recocido globular de austenización incompleta.
NORMALIZADO.- Es un tratamiento convencional que consiste en calentar el acero
un poco por arriba de la temperatura crítica superior y enfriar en aire calmo. Las estructuras
y propiedades resultantes se consideran como normales y características de su composición.
Se suele usar para aceros que han sufrido trabajos en caliente, en frío, enfriamientos
irregulares o sobrecalentamientos, o tratamientos térmicos defectuosos. Elimina las
tensiones internas y uniformiza el tamaño de grano. Se emplea fundamentalmente en aceros
al carbono o de baja aleación.
TEMPLE Y REVENIDO.- Calentando algo por encima de la temperatura crítica
superior, y enfriando más o menos rápidamente se templan los aceros, con el objeto de
endurecerlos y darles más resistencia. A continuación del temple se aplica el revenido, que
consiste en calentar a temperatura inferior a la crítica, con el objeto de eliminar las
tensiones creadas en el temple, también disminuye la dureza y resistencia, pero se mejora la
tenacidad. Con el revenido se controlan la dureza y resistencia deseada.
TRATAMIENTO ISOTERMICOS.- Son aquellos en que el enfriamiento no se
hace en forma regular y progresiva, sino que se interrumpe a diversas temperaturas y
durante ciertos intervalos en los que el material permanece a temperatura constante. La
temperatura y el tiempo dependen del acero, del tamaño de las piezas y del resultado que se
quiere obtener. En los temples se obtiene de esta forma gran tenacidad, pocas
deformaciones y se eliminan grietas y roturas.
TEMPLE SUPERFICIAL.- Como su nombre lo indica consiste en endurecer sólo la
superficie de la pieza; se logra con calentamientos por inducción de alta frecuencia, o por
llama, generalmente se enfría en agua y se puede regular perfectamente la profundidad de
la capa templada.
El tramo horizontal en la curva
de enfriamiento a 770ºC no está
ligado con el cambio de la
estructura de la red, sino con el
surgimiento de propiedades
magnéticas en el Fierro: a
temperaturas superiores a
770ºC, él
Fe ( Fierro beta ) es
no magnético y a temperaturas
menores de 770ºC él
Fe
( Fierro alfa ) es magnético.
El cambio estructural de la red
cristalina del Fierro trae
consigo la modificación de
algunas de sus propiedades: así
pues el
Fe casi no disuelve al
Carbono; el Fierro gamma
Fe
lo disuelve hasta un 2% y el
Fe lo disuelve hasta 0,1 %
Figura XX.- Curva de enfriamiento del Fierro.
EJERCICIO DE REPASO
1.- Calcular la longitud de onda de los rayos-X, sabiendo que la difracción de primer orden
con el cristal de NaCl tiene lugar para un ángulo de 5,9º en las caras (200).
Datos:- Masa molecular de NaCl es 58,5 gramos. La densidad es 2,16 gramos/cm
3
Solución
El NaCl, tiene una estructura FCC, con dos átomos
de base.
Como:
ℎ𝑘𝑙
2
2
2
1 ⁄ 2
Entonces:
200
2
2
2
1 ⁄ 2
Como no se conoce el valor de “a”, tampoco se
puede saber la distancia del plano (200).
Calculando el “a”:
6 , 023 × 10
23
= 3. 89 × 10
− 22
Como: 𝜌 =
𝑀
𝑉
entonces:
- 89 × 10
− 22
𝑔
2 , 16 𝑔 𝑐𝑚
3
⁄
= 1. 80 × 10
− 22
3
, luego: 𝑉 = 1. 80 × 10
− 22
3
𝐴
̇
10
− 8
𝑐𝑚
3
Luego: V= 1. 80 × 10
2
3
luego: 𝑉 = 180 𝐴
3
3
3
1 3
⁄
Entonces:
200
Por la ley de Bragg: 2 × 𝑑 × 𝑆𝑒𝑛
= 𝑛 × 𝜆
Como la difracción es de primer orden, entonces: n=1,
Luego: 2 × 2 , 83 × 𝑆𝑒𝑛( 5 , 9 ) = 1 × 𝜆
Finalmente: 2 × 2 , 83 × 0 , 1028 = 𝜆 así tenemos que: 𝜆 = 0 , 58184 𝐴
X
Y
Z
