HIERRO Y ACERO

De acuerdo a su aplicación al hierro y el acero se les puede dar las más diversas propiedades, mediante procedimientos variados de fabricación y de trabajo posterior, mediante la adición de otros materiales (aleación) y mediante tratamientos térmicos. Por estos medios se convierten en los materiales más frecuentemente empleados en la construcción de maquinaria agrícola.

1. OBTENCIÓN DEL HIERRO CRUDO.

En la naturaleza el hierro no se presenta en forma pura sino constituyendo minerales; los principales minerales son:

MAGNETITA (Fe3O4) con 60 a 70% de contenido de Fe HEMATITES ROJA (Fe2O3) con 40 a 60% de contenido de Fe.HIERRO ESPÁTICO o SIDERITA (FeCO 3) con 30 a 40% de contenido de Fe.

Alto horno: los materiales se separan en el alto horno de sus gangas o materiales estériles y mediante la reducción con carbono se liberan de su oxígeno y se convierten en hierro bruto o crudo o fundición . Se distingue entre hierro bruto o fundición gris y hierro bruto blanco o fundición blanca.

La fundición gris: tiene una superficie de rotura gris. En este material predomina el efecto del silicio, que es causa de que el carbono, al enfriarse, se separe en forma de grafito. La fundición gris es frágil y se cuela fácilmente. Llega a las fundiciones en forma de lingotes y se sigue trabajando en ellas para hacer la fundición de molde.

La fundición blanca: tiene una superficie de rotura blanca de forma radicada. En este material predomina el efecto del manganeso, que da lugar a una combinación del carbono con el hierro para producir carburo de hierro. La fundición blanca es el material base para la obtención del acero. Llega en estado líquido al mezclador de hierro crudo o de fundición y de este va a la acería donde es transformado en acero.

Hierro colable (moldeable) y acero colado: partiendo de hierro bruto gris, de chatarra de hierro y/o acero se obtiene fundición de hierro en los hornos de fusión (cubilotes u hornos eléctricos). Mediante esta fusión la estructura se hace más densa y la granulación más fina y uniforme. Al enfriarse lentamente se separa el carbono en forma de grafito y generalmente en laminillas depositándose entre los cristales y el material básico. Este material básico puede estar constituido por: Hierro (ferrita), por una mezcla de hierro y carburo de hierro (perlita) y en el estado intermedio ferrita-perlita.

Fundición de hierro con grafito en laminillas : el contenido de grafito da origen a las buenas propiedades de deslizamiento, a la fácil maquinabilidad y al amortiguamiento de vibraciones de la fundición de hierro (Figura 3). El elevado contenido de carbono, que varía entre 2.6 y 3.6%, es la causa de su relativamente bajo puntos de fusión y de su buena colabilidad y por ello es usada como material para hacer piezas que por su forma serían difíciles de obtener de otro modo: soportes, carcasas, bastidores de máquinas, tubos, etc.

Fundición de hierro con grafito en bolas (hierro nodular) : Si a la fundición de hierro se le añade magnesio en forma de aleación de níquel y magnesio o de hierro-silicio-magnesio, el grafito no se agregará en forma de laminillas sino en forma de bolas, dando lugar a un aumento notable en el alargamiento y las resistencias a la flexión y a la tracción. Otra propiedad de la fundición de hierro con grafito esferoidal es su gran resiliencia y su especialmente buena maquinabilidad.

Esta fundición es resistente a la acciones químicas y al calor. Se emplea para ejes de cigüeñal, carcasas de mecanismos, ruedas dentadas; tuberías y hornos para la industria química; en la construcción de tractores y automóviles, para piezas de la dirección, ejes traseros y acoplamientos, así como en la construcción de bombas y turbinas.

Fundición dura: se produce cuando al solidificarse la fundición de hierro no puede segregarse al carbono en forma de grafito, sino que se combina con el hierro para constituir el componente duro de la estructura: el carburo de hierro.

La fundición dura es especialmente resistente al desgaste y se emplea en la construcción de émbolos hidráulicos, ruedas de ferrocarril, molinería, rodillos para máquinas de artes plásticas, etc.

Fundición maleable: Se obtiene partiendo de hierro bruto especial, de chatarra y otras adiciones en los hornos eléctricos o en cubilotes.

Se distinguen dos tipos: la fundición maleable blanca y negra. ambos grupos de fundición maleable son fácilmente trabajables con arranque de viruta. Soportan bien la soldadura a estaño.

La fundición maleable se presta para la fabricación de piezas de fundición que haya de ser tenaces. Encuentra aplicación, por ejemplo, para tornillos y tuercas de aletas, volantes de mano, tornillos de banco, cadenas articuladas, piezas de forma para tubería , grifos, válvulas, cerraduras para puertas, casquetes de prensaestopas, grapas de apriete de cables, piezas para trípodes, acoplamientos palancas y rueda volantes que se ha hecho tenaz mediante un tratamiento de recocido.

Fundición especial. Todas las clases de fundición de hierro pueden alearse con metales, por ejemplo, níquel, cromo, molibdeno, vanadio, etc., con el objeto de lograr propiedades especiales.

Fundición de acero: La fundición de acero es un acero colado en moldes. Después de la colada, y con objeto de suprimir las tensiones producidas en la fundición a consecuencia de la rápida contracción, se someten las piezas, según sea su contenido de carbono, a un recocido a temperaturas que oscilan entre los 800º. y los 900º.C.

La fundición de acero se emplea para piezas de máquinas, como carcasas de turbinas, ruedas de álabes.

Tratamiento del hierro bruto para convertirlo en acero

Con la transformación del hierro crudo en acero baja fuertemente el contenido de carbono; los componentes secundarios no deseables son casi totalmente eliminados. Esta transformación del hierro crudo en acero se llama “afino”. Existen varios procedimientos:

Procedimientos Bessemer y Thomas: En ambos procedimientos se reduce el contenido de carbono en el hierro bruto, mediante combustión. Con esto se convierte el hierro bruto en acero. Como producto secundario se obtiene la escoria Thomas (fosfato cálcico). Se muele esta escoria para formar la harina Thomas empleada como abono.

El Acero Thomas tiene un contenido de carbono de 0,005 a 0,5%; es forjable y soldable y se trabaja para obtener productos laminados tales como varillas, barras, perfiles, chapas y lingotes de acero.

Procedimientos de insuflación de oxígeno

Para la obtención del acero han sido desarrollados una serie de nuevos procedimientos de afino en los cuales en vez del aire se emplea oxígeno puro. Por esta razón se llama a estos procedimientos procedimientos de oxigenación.

Procedimientos Siemens-Martín

El procedimiento Siemens Martín es un “afino en hogar bajo” La especial importancia económica del procedimiento Siemens Martín estriba en que se puede emplear chatarra en forma de paquetes para su nuevo aprovechamiento.

El acero obtenido por el procedimiento Siemens-Martín se llama acero Siemens Martín.

Obtención de acero.

2. INFLUENCIA DE LOS MATERIALES DE ADICIÓN Y LOS COMPONENTES DE LAS ALEACIONES SOBRE EL ACERO Y EL HIERRO

Las propiedades del acero y del hierro dependen mucho de los materiales de adición no metálicos y de los componentes de sus aleaciones. En esto no es sólo decisivo el porcentaje de las aleaciones sino también su composición, ya que sus aleaciones se influyen mutuamente. Se distinguen los siguientes grandes grupos: aceros corrientes de construcción (aceros producidos en gran escala), aceros de calidad y aceros refinados.

Los aceros corrientes de construcción: son aceros sin alear en los cuales la resistencia a la tracción es característica determinante para su aplicación.

Los aceros de calidad: son aceros de cementación o mejorados no aleados. En cuanto a su composición son más puros y uniformes que los aceros corrientes de construcción. Sus propiedades vienen determinadas ampliamente por su contenido de carbono.

Los aceros refinados: son aceros aleados o sin alear, con muy poco contenido de azufre y de fósforo y una especial pureza y uniformidad.

3. TRABAJO DEL ACERO PARA PRODUCIR SEMIPRODUCTOS (O SEA PRODUCTOS SEMIMANUFACTURADOS)

Aproximadamente un 5% del acero producido en las acerías se cuela en molde (acero colado, fundición de acero); un 25% se trabaja en talleres de estampación y de forja con prensas y con martillos, respectivamente, y un 70% se trabaja en talleres de laminación y de extrusión.

El acero que va a convertirse en semiproducto mediante laminación después de su obtención, se cuela para dar lingotes o barras. La clase de colada y el estado del acero al solidificarse influyen sobre las propiedades del material.

Cilindrado.

La obtención de barra y aceros perfilados, alambres, planchas y tubos tiene lugar casi siempre mediante cilindros de laminación. Durante el proceso de laminado el material se estira y se compacta; su sección transversal disminuye.

Se distingue entre laminado en caliente y laminado en frío. Con el laminado en caliente aumentan la resistencia y el alargamiento. Si a continuación se lamina en frío, la resistencia aumenta todavía más, pero el alargamiento disminuye. Esta mejora o aumento de resistencia en frío puede hacerse desaparecer nuevamente mediante recocido.

Mediante laminado en caliente se aumentan la resistencia y el alargamiento del acero. El laminado en frío da origen a la mejora o reforzamiento en frío.

Laminado de barras, perfiles y alambres de acero

Para la fabricación de barras y de perfiles laminados, así como para la obtención de alambre de acero se laminan primeramente para construir semiproductos en forma de tochos cuadrados los lingotes provenientes ya sea del tren laminador para lingotes o bien de la instalación de colada en cuerda.

Laminación de chapas (palastros)

Se distingue entre laminadoras para chapas basta, para chapa media y para chapa fina. Las chapas bastas y las chapas medias se fabrican generalmente en espesores desde 3 hasta 50 mm con anchuras de 2 a 4 m y hasta longitudes de 40 m.

Laminado de tubos

Hay tubos sin costura y tubos con costura longitudinal soldada. Los tubos sin costura soportan presiones más elevadas. Los tubos soldados son más baratos y se emplean más frecuentemente que los tubos sin costura.

Tubos soldados: También los tubos soldados se obtiene hoy mediante diversos procedimientos que les confieren un alto grado de calidad. En el tren de laminación enrollador se da, mediante varias pasadas, forma de tubo ranurado a una banda de acero o fleje; este tubo con ranura longitudinal se hace pasar a continuación por entre electrodos de cobre en rotación que lo sueldan a tope eléctricamente.

Prensado por extrusión : en el prensado por extrusión del acero se comprime un lingote de acero calentado a la temperatura de prensado (unos 1250º.C) contra una matrix dotada de una boquilla cuya sección corresponde a la de la pieza que deseamos obtener.

Estirado: el estirado hace posible dar una forma exacta y regula en frío a semiproductos que han recibido una laminación previa (barras de acero, alambres, tubos).

La fundición (hierro colado) es designado por su resistencia a la tracción. Por ejemplo, una fundición No. 40 se espera que tenga una resistencia a la tracción mayor de 275 Mpa (40000psi). Nuevamente refiriéndose a los estándares de la ASTM y SAE para los varios tipos.

La resistencia a la tensión o tracción (St), es algunas veces llamada resistencia última (Su). Los valores son dados por pruebas uniaxiales. La resistencia a la fluencia es usualmente designada a 0.2% de la elongación permanente.

4. SISTEMAS DE DESIGNACIÓN NUMÉRICA

El sistema de numeración dispuesto por la Sociedad Americana de Ingenieros de automóviles (SAE) y por el Instituto Americano para el Hierro y el Acero (AISI), ayuda a los ingenieros a especificar un acero particular.

El sistema basado en la composición química del material, incluye cuatro dígitos. Los dos primeros dígitos representan el tipo de aleación, y los dos últimos el contenido de carbón (0.XX%). En algunos casos cuando el contenido de carbón excede el 1%, se usan tres dígitos. Por ejemplo un acero AISI SAE 1010 es un acero al carbón

simple con 0.10% de contenido de carbón (más o menos un pequeño porcentaje de tolerancia). En la tabla 3 se presenta la nomenclatura para varios tipos de acero.

Tabla 3. Designación numérica para aceros AISI y SAE.

Número AISI o SAE Composición (%)10XX Acero al carbón simple11XX Carbón simple (resulfurado para maquinabilidad)13XX Manganeso (1.5 – 2.0%)23XX Níquel (3.25 – 3.75%)25XX Níquel (4.75 – 5.25%)31XX Níquel (1.10 – 1.40%), cromo (0.55 – 0.90%)33XX Níquel (3.25 – 3.75%), cromo (1.40 – 1.75%)40XX Molibdeno (0.20 – 0.30%)41XX Cromo (0.40 – 1.20%), molibdeno (o.08 – 0.25%)43XX Níquel (1.65 – 2.0%), cromo (0.40 – 0.90%), molibdeno (0.20 – 0.30%)46XX Níquel (1.40 – 2000%), molibdeno (0.15 – 0.30%)48XX Níquel (3.25 – 375%), molibdeno (0.20 – 0.30%)51XX Cromo (0.70 – 1.20%)61XX Cromo (0.70 – 1.10%), vanadio (0.10%)81XX Níquel (0.20 – 0.40%), cromo (0.30 – 0.55%), molibdeno (0.08 – 0.15%)86XX Níquel (0.30 – 0.70%), cromo (0.40 – 0 85%), molibdeno (0.08 – 0.25%)87XX Níquel (0.40 – 0.70%), cromo (0.40 – 0.60%), molibdeno (0.20 – 0.30%)92XX Silicio (1.80 – 2.20%)XX. Contenido en carbono, 0.XX%

TRATAMIENTO TÉRMICO.

Procedimiento que propone modificar la estructura de los materiales metálicos mediante calentamiento y dar con ello otras propiedades.

1. TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS ACEROS.

las herramientas y las piezas de las máquinas tienen que tener una dureza, una permanencia de poder cortante y una resistencia adecuadas a la utilización que han de tener. Por ejemplo, el filo de un cincel ha de estar enteramente templado. Los dientes de una rueda dentada, deben tener capas exteriores duras (resistentes al desgaste), y sus núcleos deben permanecer tenaces (responder elásticamente a choques y a la flexión). Estas propiedades sólo se obtienen mediante una buena elección del material apropiado y de un tratamiento térmico.

1.1 Componentes de la estructura y transformación de un acero no aleado. El contenido de carbono es decisivo para las variaciones de las propiedades en el acero no aleado. Según sea el contenido de carbono se distinguen tres grupos principales de los aceros no aleados:

Acero con un 0.86% de contenido de carbono: tiene una cantidad equilibrada de ferrita y carburo de hierro y forma por esta causa cristales homogéneos. Estos cristales se llaman perlita, a causa de su aspecto perlado cuando se obtiene una micrografía metalográfica.

Acero con menos de 0.86% de carbono: su bajo contenido de carbono hace que su estructura, además de perlita, tenga ferrita sobrante. Son estructuras no equilibradas que se designan como ferrita-perlita. Los cristales de hierro puro (Fe) se llaman ferrita.

Aceros con más de 0.86% de carbono: contiene tanto carbono que después de la formación de perlita queda todavía un sobrante de carburo de hierro (Fe3C, cementita). Es una estructura no equilibrada y se designa con el nombre de perlita-cementita. La cementita es el componente más duro de la estructura del acero.

En la figura 5, aparecen representados los diferentes estados de la estructura que son dependientes del contenido de carbono y de la temperatura, conocido como diagrama hierro-carbono. En el caso del acero con un 0.86% de carbono, se realiza la transformación de la estructura repentinamente al llegar el calentamiento a 723C (punto de transformación). A esta temperatura se descompone la perlita y el carbono se disuelve completamente en el hierro. Este proceso se consuma en estado sólido y se forma una disolución sólida, con una estructura conocida como austenita.

Figura 5. Diagrama hierro-carbono. (Leyensetter,1979)

En los aceros con menos de 0.86% de carbono al llegar con el calentamiento a los 723ºC (línea P-S) pasa toda la perlita a solución sólida, mientras que la ferrita restante se transforma en austenita en el campo de temperaturas comprendido entre las líneas P-S y G-S (Figura 5). Por encima de la línea G-S ha pasado a austenita toda la ferrita restante.Los aceros con más de 0.86% de carbono, cambian su estructura al sobrepasar la línea de los 723 C. La perlita pasa a austenita, la cementita no se transforma.

Si el acero se hace enfriar bruscamente, no hay tiempo para la evolución regresiva de la estructura, sino solamente para la transformación. De la austenita se forma una estructura que va desde estructura de agujas finas hasta una estructura finamente granulada que es de dureza varias veces mayor que la de la ferrita. Esta nueva estructura se llama martensita.

Para los aceros aleados no es aplicable el diagrama hierro-carbono, debido a la influencia de los componentes de la aleación y la del carbono que se sobreponen frecuentemente.

1.2 Red cristalina: la variación de las propiedades del acero sin alear con el templado, es explicable por la transformación llevada a cabo durante el tratamiento térmico. Ese modo de templar, se llama por esa razón templado de transformación.Todos los cuerpos sólidos son amorfos o cristalinos. En el caso de cuerpos amorfos (goma, escoria, vidrio, etc.), los átomos están irregularmente dispuestos unos respecto a otros. En los cuerpos cristalinos, como es el caso de los metales en estado sólido, los átomos están siempre guardando una disposición bien definida, siempre la misma y característica de cada metal. Así por ejemplo, los átomos del hierro al solidificarse forman una red de cristales de forma cúbica. Es importante para el temple la red cristalina férrea de la ferrita y la de la austenita. A temperatura ambiente en la red cristalina de la ferrita (Figura 6) hay un átomo de hierro en cada uno de los ocho vértices de cada cristal cúbico y otro átomo de hierro en el centro del cubo. Esta forma de cristalización se llama cúbica estéreamente centrada.

Figura 6. Representación simplificada de la ordenación de los átomos de la red cristalina del hierro. (Tomada de Leyensetter, 1979)

En el caso de la austenita, la cristalización es igualmente cúbica con los ocho vértices ocupados por átomos de hierro pero con el interior del cubo hueco; en el centro de cada cara se encuentra un átomo de hierro. Esta forma de red se designa como cristalización cúbica centrada en las caras (Figura 6).La transformación de la red cristalina férrea del tipo de centrado estéreo al tipo de centrado en las caras, se realiza mediante calentamiento; inversamente la red cristalina de centrado en las caras pasa mediante un lento enfriamiento nuevamente a una red de centrado estéreo.Una red cristalina de hierro centrada en las caras puede admitir (disolver) carbono, puesto que el interior del cubo esta vacío. En la red centrada estéreamente, por el contrario, el carbono no encuentra sitio disponible en su interior, debido a que ese interior está ocupado por un átomo de hierro.La coexistencia de un átomo de hierro y otro de carbono en el interior del cubo refuerza la red cristalina. Este reforzamiento es la causa de la dureza del acero después del temple (martensita). Mediante renovado calentamiento (revenido) van saliendo átomos de carbono del interior de la red reforzada; con esto se suaviza la fuerza, la tensión de la red cristalina, y la dureza del acero disminuye.

1.3 Recocido: acción de calentar lentamente a una determinada temperatura, la detención a esa temperatura y el lento enfriamiento subsiguiente. Se distingue entre recocido para eliminar tensiones, recocido para ablandar y recocido de normalización.

En el recocido para eliminar tensiones se disminuyen las tensiones aparecidas por la colada, el cilindrado, la forja, la soldadura o por una conformación con fuerte arranque de viruta. Para ello se calientan las piezas de una a dos horas y a continuación se enfrían muy lentamente. Las temperaturas para aceros sin alear están comprendidas entre los 550 y los 600C; para aceros de baja aleación la temperatura se encuentra entre los 650 y 700 C.

Con el recocido de ablandamiento se vuelven a ablandar para poderlos trabajar bien, los aceros templados o los endurecidos en frío. Se calienta el acero durante el número de horas que indique el fabricante y después se deja enfriar lentamente. Los aceros sin alear se calientan a temperaturas entre 680 y 730Cº.

El recocido de normalización se emplea cuando la estructura ha obtenido en el cilindrado, en la forja, en la colada o por tratamiento de calentamiento, por ejemplo en el cementado, una granulación desigual o gruesa. Las piezas obtienen con ello nuevamente una estructura fina y regular. Generalmente basta con un calentamiento de corta duración a temperatura que para los aceros no aleados es de 820 a 910ºC.

1.4 Temple: el templado del acero se realiza en tres escalones; calentamiento a temperatura de temple, detención a esta temperatura y enfriamiento rápido.El acero hay que calentarlo primeramente con lentitud y después llevarlo rápidamente a la temperatura de temple. Para impedir un calentamiento demasiado rápido e irregular de las partes salientes y delgadas, y por lo tanto delicadas, de las piezas, lo que se hace es emplear cubrimiento protectores, como las tiras de amianto, pinturas y pastas protectoras.En el enfriamiento rápido, la substracción de calor evita la regresión de la estructura. La dureza conseguida depende no solamente de la composición de los aceros, sino también de la rapidez del enfriamiento.

1.5 Revenido: Es volver a calentar después del temple. Tiene por objeto suprimir las tensiones y la gran fragilidad de las piezas. Según sea la temperatura de revenido, se elevan con ella la tenacidad del acero, pero disminuye correlativamente la dureza. Al recocer aparecen sobre una superficie brillante de acero los llamados colores de revenido, de los cuales cada uno corresponde a una temperatura determinada. Mediante envejecimiento (almacenaje) las piezas pierden las tensiones internas formadas en el tratamiento térmico, sin que ello disminuya su dureza.

1.6 Tratamiento térmico de los aceros de herramienta: los aceros de herramienta no aleados, los de aleación baja y los fuertemente aleados, exigen a causa de su diferente composición también un diferente tratamiento térmico. Por esta razón es necesario conocer exactamente la clase de acero antes de proceder al tratamiento térmico.

Los aceros de herramienta sin alear son aceros al carbono puros con 0.6 a 1.5% de carbono. Se calientan a temperaturas de 760 a 850 C y se enfrían bruscamente en agua de 20 C (temple al agua). En el enfriamiento tiene decisiva importancia la forma y la clase, así como la manera de sujetar la pieza al sumergirla y el movimiento dentro del líquido empleado para el enfriamiento. Al sumergir la pieza en el líquido de templar hay que hacerlo con la masa por delante, para facilitar la salida de burbujas y de vapor. La pieza hay que moverla constantemente cuando se está templando. El revenido debe seguir, lo más inmediatamente posible al temple y se reviene a temperaturas de 220 a 320C, con refrigeración subsiguiente en agua. Con esto se aumenta la tenacidad, transformando la dureza vítrea en dureza corriente para el uso.

Los aceros de herramienta de baja aleación contienen de 0.8 hasta 1.7% de carbono, en total menos de 5% de cromo, tungsteno, níquel, molibdeno y vanadio. Según sea su composición se llevan a una temperatura de 780 a 850C. Se templan en aceite o en agua. Templan totalmente y tienen una estructura de rotura aterciopelada.

Adquirida la temperatura, se exponen al aire, sin corrientes, para enfriarlas a temperatura ambiente. Las temperaturas de revenido son de 220 a 320 C. Todo el tratamiento térmico es parecido al de los aceros sin alear.

Los aceros de herramienta de fuerte aleación tienen más del 5% en componentes de la aleación. Su contenido de carbono está comprendido entre un 0.3 y un 2.2%; contiene hasta un 18% de tungsteno, hasta un 11% de cobalto, así como adiciones de molibdeno, cromo y vanadio. La temperatura de temple está comprendida entre 950 y 1200 C y se templan en aceite, baño caliente o con un chorro de aire caliente a presión (temple al aire). Se enfría a continuación hasta la temperatura ambiente exponiendo la pieza al aire sin corrientes. Los aceros fuertemente aleados se templan completamente y se deforman poco. El recocido se realiza según sea su composición y el tratamiento de temple se hace entre 100 y 600C. A diferencia de lo que ocurre con los aceros no aleados o los de baja aleación, no presenta reducción de dureza, sino que esta aumenta (revenido con aumento de dureza).

1.7 Tratamiento térmico de los aceros de construcción: se distingue entre el tratamiento superficial (obtención de dureza en la superficie) y mejorado o afino.El templado superficial: se emplea cuando la pieza a tratar haya de tener una superficie dura, resistente al desgaste y un núcleo tenaz, como es el flanco de los dientes de las ruedas dentadas. El endurecimiento superficial se puede dar por aportación de carbono o nitrógeno en las zonas a endurecer en un acero no templable y el endurecimiento de la capa exterior en un acero templable. Al primer procedimiento pertenecen el endurecimiento por cementación o temple de cementación y el endurecimiento por nitruración. El segundo proceso puede realizarse por los sistemas de temple por flameado, temple por inmersión y temple por inducción.

Para el temple por cementación se prestan los aceros pobres en carbono (0.10 a 0.15 % de carbono), así como los aceros de baja aleación. Con objeto de poder endurecer su superficie o capa exterior, hay que aportarles carbono. Esto se realiza mediante medios (pueden ser sólidos, líquidos y gaseosos) llamados de cementación que cedan carbono, ya sea en cajas de cementación, en baños de cementación o por medio de gases.

El templado por nitruración es un endurecimiento superficial en el cual penetra nitrógeno por la superficie de la pieza. En la capa marginal se forman combinaciones de hierro y nitrógeno, los conocidos como nitruros, que forman la dureza de la capa sin que sea necesario proceder al súbito enfriamiento del temple, produciendo una dureza que sobrepasa muy ampliamente a la producida en la cementación con carbono. La profundidad de dureza es solamente de algunas décimas de milímetro.

La carbonitruración es un procedimiento mixto. En el se carbura y se nitrura simultáneamente. Es en realidad un procedimiento de templado o endurecimiento por cementación, en donde la adición de carbono contribuye a que se establezca una buena unión entre la capa nitrurada, y muy dura, con el material de base.

En el temple por flameado se calienta la superficie de la pieza por poco tiempo a la temperatura de temple, mediante llama de gas de alumbrado o de llama oxiacetilénica. Antes de que el calor haya podido penetrar hasta el interior de la pieza se enfría ésta mediante una ducha o regadera, consiguiendo no solamente endurecer la superficie, sino también tener el núcleo blando y tenaz.

En el temple por inmersión se calienta la capa exterior de la pieza a la temperatura de temple mediante inmersión en un baño neutro de sal. El calentamiento se realiza rápidamente, con regularidad y con cierre hermético al aire. Para este procedimiento se prestan los mismos aceros que para el temple por flameado.

En el temple por inducción el calor no se aporta del exterior, sino que se produce eléctricamente mediante corrientes de alta frecuencia, que recorren la capa exterior de la pieza. El calentamiento de la pieza se basa en la resistencia a la constante inversión del magnetismo en los cristales de material de la capa exterior, producida por una espiral que conduce corriente alterna de alta frecuencia. La profundidad del temple es tanto más pequeña cuanto más grande es la frecuencia. Después del calentamiento de la capa exterior se enfría la pieza, sacada del campo inductivo, en baño de agua o aceite. Puesto que el calor no puede penetrar hasta el núcleo de la pieza, se obtiene una capa exterior dura, mientras el núcleo permanece blando y tenaz.

1.8 Tratamiento térmico de la fundición de hierro .

Con el enfriamiento de la pieza de fundición se originan, no solamente en la colada en arena sino también en el caso de colada en coquilla, tensiones que pueden producir en la pieza ya enfriada, o después de su mecanización con arranque de viruta, una deformación o la aparición de grietas. Mediante un largo almacenaje (envejecimiento natural) de las piezas al aire libre antes de ser mecanizadas (6 a 8 meses) las tensiones se relajan a lo largo del tiempo. Las piezas demasiado grandes o voluminosas para el horno pueden distenderse aplicando vibración entre 8 y 25 horas. Para piezas pequeñas, las tensiones pueden desaparecer mediante envejecimiento artificial en horno a temperaturas de hasta 300 C.Si la fundición de hierro fue colada en molde metálico (coquilla), las piezas obtenidas tienen una superficie más lisa que las que han sido coladas en molde de arena y tienen además una notable mayor exactitud dimensional. Para la

disminución del desgaste, puede templarse la fundición de hierro mediante flameado o por el procedimiento de inducción. No se pueden templar sino aquellos tipos de fundición en los que las laminillas de grafito estén embebidas en una estructura de fondo perlítica, con 0.6 a 0.9% de carbono. Con el templado por flameado se obtienen profundidades de 1 a 3 mm.

2. TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS METALES LIGEROS

Con el tratamiento térmico de los metales ligeros se altera su estructura. Con ello varían también algunas propiedades, sobre todo la resistencia, el límite de elasticidad, el alargamiento y la dureza. El aluminio y las aleaciones de aluminio exigen distinto tratamiento térmico que las aleaciones de magnesio; pueden recibir un recocido de ablandamiento y algunas pueden ser revenidas.Mediante el recocido de ablandamiento se disminuye la dureza y la resistencia, aumentando por ello el alargamiento; se obtiene por lo tanto una elevada deformabilidad.Mediante el revenido (temple de segregación) puede elevarse notablemente la resistencia de algunas aleaciones de aluminio. La dureza aumenta con el revenido y el alargamiento disminuye.Las aleaciones de magnesio no se pueden revenir sino solamente ser sometidas al recocido de ablandamiento y deben decaparse inmediatamente después del tratamiento térmico, ya que son poco resistentes a la corrosión.

ENSAYO DE MATERIALES

Mediante el ensayo de materiales, o bien se verifican determinadas propiedades de estos o bien se determina su composición química para deducir de ella puntos de referencia respecto a su pureza, resistencia a la corrosión y trabajabilidad. De todo ello pueden deducirse orientaciones para el mejor empleo de los materiales. Mediante procedimientos especiales puede determinarse si existen defectos (grietas, inclusiones de escoria, cavidades, etc.) y en qué sitio están. Una misión importante del ensayo de materiales consiste en determinar la causa de una rotura o una deformación no deseada de una pieza durante el funcionamiento. Las condiciones de la verificación o ensayo están ampliamente especificadas por las normas ISO o DIN.1.6.1. Pruebas en el taller: mediante sencillos procedimientos de verificación se posibilita conocer la clase de material que se tiene y sus propiedades, así como formar juicio sobre su comportamiento al ser trabajado. Con estos, no se obtienen resultados numéricos exactos, sino únicamente indicaciones sobre determinadas propiedades.1.6.1.1. Reconocimiento del material por el aspecto de la superficie: basado en la experiencia pueden reconocerse por su aspecto algunos materiales:Acero de construcción laminado en caliente : superficie oxidada y áspera, aristas redondeadas, secciones transversales frecuentemente deformadas o no redondas y caras abombadas.Acero de construcción laminado en frío : superficie lisa, aristas vivas, secciones transversales rectangulares o redondas y caras planas.Acero de herramientas laminado en caliente : brillo gris negruzco, poco oxidado y aristas vivas.Acero de herramientas estirado en frío : brillo blanco plateado y pulido.Fundición de hierro: gris negruzco hasta azul grisáceo y superficie áspera y geranujienta.Acero fundido: gris claro y superficie relativamente lisa.Los metales no férreos: se reconocen generalmente por su color.1.6.1.2. Ensayo de chispa : el color y la forma de las chispas producidas por un acero al ser esmerilado, puede indicar la clase y composición de ese material. Aunque no se obtienen datos exactos sobre la composición del acero, si se puede deducir en esta prueba, para evitar errores groseros, su aplicación y sobre todo su tratamiento térmico. Existen tablas de colores para la prueba de chispa.1.6.1.3 Ensayo de rotura: la superficie de rotura da indicaciones sobre su clase, composición y sobre todo su tratamiento previo y térmico. En el caso del acero, el granulado grueso indica, en general, que se trata de un material de poca resistencia y dureza. El grano fino indica alta resistencia y dureza. El juicio que se emite únicamente basado en la superficie de rotura, es poco seguro. En el caso de piezas templadas que se hayan roto, es posible con buena exactitud, determinar si la rotura ha sido sobrecarga (rotura sana), un enfriamiento demasiado brusco (grieta debida al temple) o un calentamiento demasiado alto (grano muy basto).1.6.2. Ensayos mecánico: La mayoría de estos ensayos se realizan en la sala de verificación de un taller y son los ensayos con solicitación progresiva o con solicitación brusca: ensayo de tracción, ensayo de compresión, ensayo de corte o de cortadura (se determina la resistencia al esfuerzo cortante de materiales metálicos), ensayo de plegado (sirve para la verificación de la facilidad de doblado de un material a temperatura ambiente), el ensayo de flexión al choque en pieza entallada (se verifica la tenacidad del acero y de la fundición de acero), ensayo de chapas ( para juzgar si son apropiadas para la embutición y el doblado), ensayos de fatiga y ensayos de dureza.1.6.3. Ensayo químico: La investigación química de un material da una idea exacta sobre su composición, esto es: clase y cantidad de los componentes de la aleación. Debe realizarse en el laboratorio con personal técnico preparado.1.6.4. Análisis espectrográfico: consiste en provocar en el espectroscopio un arco voltaico entre un electrodo y la probeta. Los rayos luminosos radiados con ello se descomponen mediante un prisma de cristal y basándose en el

espectro ( banda luminosa) así producido, puede conocerse la composición del material. El procedimiento no da datos exactos sobre la composición porcentual de la aleación como los que da el análisis químico, pero la exactitud obtenida es suficiente y el tiempo tan corto utilizado en el ensayo le da ventaja comparativa.1.6.5. Ensayo sin destrucción de la pieza . Este ensayo sirve para la determinación de defectos en el material (sopladuras, grietas, etc.). Para este ensayo se emplean campo de fuerza magnéticos, eléctricos, ondulaciones supersónicas, así como rayos X.Los rayos Roentgen o rayos X penetran a través de la mayoría de los materiales. Según sea la resistencia que encuentren en su camino a través de la pieza ennegrecen más o menos intensamente una película dispuesta de aquella o dan sobre una pantalla una imagen sombreada que por, medio de un amplificador y un dispositivo óptico adecuado puede hacerse bien visible. Las cavidades, burbujas gaseosas o grietas se hacen visibles, por la menor densidad del material, mediante un mayor ennegrecimiento de la película o mediante la presencia de sitios claros sobre la pantalla.Diversos elementos como el radio y muchos isótopos como el cobalto 60 o el iridio 192, emiten rayos invisibles. Una parte de estos rayos son los llamados rayos gamma que se emplean para el ensayo de materiales sin destrucción de la pieza. Estos rayos atraviesan, por ejemplo, la fundición de acero hasta de 200 mm de espesor.