1. INTRODUCCIÓN
2. ACABADO DE LOS METALES.
2.1. OPERACIONES PARA ELIMINAR IMPERFECCIONES.
2.1.1. Esmerilado
2.1.2. Golpeo con chorro de arena.
2.1.3. Desbarbado vibratorio.
2.1.4. Lijado.
2.1.5. Limado.
2.1.6. Rasqueteado.
2.1.7. Abrillantado.
2.1.8. Superacabado.
2.1.9. Escariado.
2.1.10. Operaciones no tradicionales.
2.2. OPERACIONES PARA PROTEGER A LOS METALES DE LA CORROSIÓN.
2.2.1. Pasivado.
2.2.2. Recubrimientos.
3. TRATAMIENTO DE LOS METALES.
3.1. TRATAMIENTOS MECÁNICOS.
3.2. TRATAMIENTOS TÉRMICOS.
3.2.1. Temple.
3.2.2. Recocido.
3.2.3. Maleabilización.
3.2.4. Normalizado.
3.3. TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS.
3.3.1. Cementación.
3.3.2. Nitruración.
3.3.3. Sulfinización.
3.3.4. Cianuración.
3.3.5. Silinización.
3.3.6. Boruración.
4. TRATAMIENTO EN METALES NO FERROSOS Y SUS ALEACIONES.
4.1. TRATAMIENTO DEL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES.
4.1.1. Tratamientos mecánicos.
4.1.2. Tratamientos anticorrosivos.
4.1.3. Tratamientos térmicos.
4.2. TRATAMIENTO DEL COBRE Y SUS ALEACIONES.
4.2.1. Tratamientos de los latones.
4.2.2. Tratamiento de los bronces.
5. CONCLUSIÓN
BIBLIOGRAFIA
− Tratamientos térmicos de los aceros. Ed. Dossat.
− Tecnología de los metales. Ed.Reverte,
− Tecnología 2. Ed. Donostiarra
− Instrumentos industriales. Marcombo.
1. INTRODUCCIÓN
Todos los elementos metálicos utilizados en aplicaciones domésticas e industriales se obtienen a partir de metales en estado líquido, bien por fusión directa en un molde con la forma definitiva del utensilio o bien porque para su purificación a partir de los minerales existentes en la corteza terrestre resulta necesario tratarlos en estado líquido para solidificarlos en forma de lingotes que mas tarde se conformarán mecánicamente.
En este tema se verán los acabados que se hacen en los metates y posteriormente los tratamientos para mejorar u obtener unas propiedades determinadas. Este tema es importante en el currículo de tecnología debido a que se estudia ampliamente en bachillerato y se empiezan a ver los metales en 2º de la ESO.
2. ACABADO DE LOS METALES.
Los acabados en los metales son operaciones en la superficie de las piezas para, eliminar las imperfecciones del mecanizado, protegerlos ante la corrosión y mejorar su aspecto o tacto.
Veremos las operaciones para eliminar imperfecciones y para protegerlos de la corrosión.
2.1. OPERACIONES PARA ELIMINAR IMPERFECCIONES.
2.1.1. Esmerilado
Mecanizando por abrasión las superficies de las piezas metálicas, se eliminan las imperfecciones.
Se hace cuando la pieza es pequeña y se puede hacer de dos maneras, frotando entre sí las superficies a perfeccionar o introduciendo la pieza en la máquina esmeriladora.
La esmeriladora lleva una muela circular con unos abrasivos, como diamante, cuarzo, corindón, etc. y para unir los abrasivos a la muela se usan aglomerantes.
2.1.2. Golpeo con chorro de arena.
Este método es muy abrasivo, ya que el chorro de arena con aire a presión incide a presión sobre el material y se usa polvo de vidrio o arena como abrasivo.
2.1.3. Desbarbado vibratorio.
Se usa para limpiar y eliminar las rebabas de las piezas. Se colocan en un elemento vibratorio con material abrasivo que al vibrar se van desbarbando por contacto entre ellas.
2.1.4. Lijado.
Con el lijado se pulen todo tipo de superficies para dar un acabado liso. El papel de lija se usa de soporte con unas partículas abrasivas unidas con un aglomerante. Los abrasivos pueden ser corindón, carburo de
silicio y los aglomerantes poliuretano. Las lijas tienen un número que relaciona los granos por unidad de superficie, así a mayor número, mejor acabado. El lijado puede hacerse a mano o a máquina.
2.1.5. Limado.
Con el limado se consigue pulir o rebajar las piezas arrancando material en forma de virutas o limaduras. Se usa poco y se puede hacer a mano o a máquina. Usando limas bastas se hacen trabajos groseros llamado desbastado, y usando limas finas se produce el pulido con mas precisión. Las limas son barras de acero templado duras y frágiles con un cuerpo, punta y espiga. La forma de las limas pueden ser planas, circulares, etc.
2.1.6. Rasqueteado.
Es para terminar las superficies planas o curvas y para darles mayor precisión. Se usa un útil cortante con uno o varios filos, llamado rasqueta con las aristas en forma de bisel para arrancar delgadas virutas de metal. Se puede hacer a mano o mecánicamente. Y la rasqueta puede ser doblada, de cuchara, triangular, etc.
2.1.7. Abrillantado.
Sirve para dar mejor presencia. Y las máquinas que abrillantan usan unos abrasivos que según tengan o no de estos abrasivos, generando el pulido si tiene abrasivo o el bruñido sino lo tienen.
El pulido puede ser a lima, con discos, por vía electrolítica, etc. y casi no se desprende material. Con el bruñido se eliminan las asperezas, se quitan los poros y se queda con brillo.
2.1.8. Superacabado.
Se hace para el acabado de ejes. El útil es una piedra abrasiva que apoya sobre la superficie cilíndrica de la pieza con una ligera presión. El espesor de material que se elimina es de 1 a 10 micras.
2.1.9. Escariado.
Sirve para repasar agujeros para dejarlos a las medidas requeridas. La herramienta usada es el escariador con unas ranuras, rectas o helicoidales cortantes.
2.1.10. Operaciones no tradicionales.
Existen otras operaciones como la electrodeposición, el desbarbado electroquímico, el esmerilado electrolítico y por ultrasonidos
2.2. OPERACIONES PARA PROTEGER A LOS METALES DE LA CORROSIÓN.
Veamos el pasivazo y los recubrimientos.
2.2.1. Pasivado.
Algunos metales aunque sean muy electronegativos apenas se corroen porque la capa de óxido es muy compacta y si se hace sólo en la capa externa se quedaría protegido.
La oxidación más común es de 2 tipos:
– la Oxidación al negro, donde las partes se calientan en un ambiente oxidante de carbono y luego se templa y
– la Anodización, que es la protección superficial usada para el aluminio, donde eléctricamente se produce una capa delgada de óxido en la parte positiva.
2.2.2. Recubrimientos.
Se distinguen entre recubrimientos metálicos y no metálicos.
En los Recubrimientos metálicos se aísla cubriéndolo de una película metálica y su modo de aplicación depende del espesor y del tipo de pieza a proteger. Los métodos más usados son por deposición electrolítica, por inmersión en baño de metal, por plaquetado, etc.
Los materiales más usados para recubrir son el Zinc, níquel, oro, plata, cobre etc. En los recubrimientos de pinturas metalizadas se usa con una pistola eléctrica un metal pulverizado como aluminio y se proyecta al cuerpo a proteger.
En los Recubrimientos no metálicos, se usan aceites, pinturas, plásticos, etc.
– Los de aceite se aplica a los metales para darles protección superficial y para lubricación, así se alarga la vida de las piezas evitando el rozamiento.
– Los de pinturas, barnices y lacas, los protege del agente agresivo y para decorarlos. Para este recubrimiento se usa la aspersión, ya sea por aire con el efecto venturi, por aspersión electrostática o con bombeo de pintura a alta presión.
– Los recubrimientos plásticos, cerámicos y vítreos, se usan sobre todo el elementos electrónicos, como transistores, las latas de conserva con resina epoxi, etc.
Otros métodos de proteger de la corrosión es por ánodos de sacrificio donde un ánodo galvánico, también llamado ánodo de sacrificio, si se conecta eléctricamente a una estructura sumergida descargará una corriente que fluirá a través del electrolito hasta la estructura que se pretende proteger.
3. TRATAMIENTO DE LOS METALES.
En este apartado veremos los tratamientos mecánicos, térmicos y termoquímicos.
3.1. Tratamientos mecánicos.
En los tratamientos mecánicos con acción conjunta de la energía mecánica y térmica se producen deformaciones en el metal por encima del límite de fluencia.
A diferencia de los térmicos estos tratamientos no afectan a la microestructura, sino a la macroestructura y por tanto a la elasticidad, tenacidad, plasticidad y dureza. Así las deformaciones producidas en el materia por estos esfuerzos mejoran sus características. La deformación mecánica se hace en frío o en caliente, y permite modificar la estructura interna eliminando tensiones internas y cavidades.
Los tratamientos en frío son, laminación, estampación en frío, trefilado y estirado. En caliente, la forja, extrusión y estampación en caliente consiguiendo aumentar su dureza y resistencia, disminuyendo la ductilidad y plasticidad.
El tratamiento en caliente, deforma el material por golpes una vez calentados y enfriados a una temperatura, eliminando sopladuras y cavidades internas.
El tratamiento por forja, se hace con martillo, prensa o laminador y se hace a unas determinadas temperaturas, que si se hacen por debajo de esas se produce acritud y si es por encima de la máxima las impurezas forman láminas frágiles en el grano.
3.2. Tratamientos térmicos.
Se realizan ciclos de calentamiento y enfriamiento permitiendo modificar sus constituyentes y sus características mecánicas, sin cambiar sus propiedades químicas pero sí la estructura interna. Con ellos se obtiene una determinada estructura interna cuyas propiedades permiten, conseguir una estructura más
dura y eliminar las tensiones de cualquier origen.
El calentamiento, en los tratamientos térmicos, se efectúa, en hornos especiales, ya sea horno de atmósfera controlada, horno con baño de sales u horno de mufla.
Para que no haya mucha diferencia de temperatura entre el interior y el exterior en piezas de grandes dimensiones, se hacen tratamientos escalonados.
Los tratamientos térmicos pueden ser térmicos o termoquímicos.
3.2.1. Temple.
Consiste en calentar el material hasta la temperatura de austenización durante un tiempo previsto y después enfriarlo rápidamente para favorecer la conversión de la austenita en Martensita. Es el tratamiento térmico convencional, y se usa para obtener aceros martensíticos. Su característica es enfriamientos rápidos y continuos en un medio como agua, aceite o aire. Las propiedades óptimas del templado se consigue si la muestra adquiere un alto contenido de Martensita. La templabilidad es una medida cualitativa de la velocidad con que la dureza baja en función de la distancia al extremo templado. El procedimiento para calcular el grado de templabilidad se llama ensayo Jominy, que consiste en mantener constante los factores que influyen en la profundidad del endurecimiento excepto la composición.
Un acero de alta templabilidad mantiene valores elevados de dureza durante distancias relativamente largas.
Una pieza templada no puede utilizarse directamente sino que después se le da un tratamiento térmico llamado revenido, para que se suavice las tensiones producidas por la rápida reordenación electrónica. Al proceso de temple mas revenido se le llama bonificado.
Los factores que influyen en el temple son 6:
1. La composición del acero, donde influye el contenido de carbono
2. La temperatura a la que hay que calentar,
3. El tiempo de calentamiento,
4. La velocidad de enfriamiento,
5. Tamaño y geometría de la muestra y
6. Característica del medio donde se hace el temple,
Con este tratamiento los objetivos conseguidos son:
– Aumentar las características mecánicas,
– Modificar ciertas propiedades físicas como el magnetismo remanente y la resistencia eléctrica y
– Modificar algunas propiedades químicas.
Los tipos de temple que hay son 6:
1. Temple continuo de austenización completa aplicado a aceros hipoeutectoides.
2. Temple continuo de austenización incompleta, usado en hipereutectoides.
3. Temple superficial, donde superficialmente se calienta el material y se enfría, así el interior permanece inalterado y con buena tenacidad.
4. Temple martensítico, donde se obtiene Martensita y la austenita no debe sufrir ningún cambio
5. Temple austempering, donde la austenita se transforma en bainita, aquí el calentamiento se puede hacer por soplete oxiacetilénico o por inducción.
6. Temple subcero, empleado en aceros para herramientas fuertemente aleadas, y toda la estructura es Martensita.
Los medios más comunes para templar son el agua, aceite y aire. El agua es el que hace temples más rápidos, seguido del de aceite que es más efectivo que el aire. Para aceros con alto contenido de carbono, el temple en agua es severo y se usa aceite, para evitar deformaciones y grietas.
3.2.2. Recocido.
El recocido es un tratamiento térmico donde la austenita, enfriada lentamente, se transforma en los constituyentes más estables. Se usa para homogeneizar la estructura, afinar el grano, ablandar el acero, facilitar el mecanizado y modificar propiedades físicas y químicas. Su misión es contraria al temple.
Los factores que influyen en el recocido son 2:
− la temperatura de calentamiento a la que hay que elevar la pieza, que dependerá de la composición química del acero y
− la velocidad de enfriamiento, que ha de ser lo suficientemente lenta para que la austenita se transforme.
Los tipos de recocido, son 6:
1. De homogeneización utilizado para homogeneizar la estructura de piezas fundidas con segregaciones, haciendo a altas temperaturas para acelerar la difusión.
2. De regeneración para aceros sobrecalentados donde se quiere corregir un fallo del tratamiento.
3. Isotérmico donde se enfrían las piezas en estado austenítico, para que la austenita pase a perlita, obteniendo una estructura regular y homogénea.
4. De ablandamiento para mecanizar piezas de acero templadas facilitando el maquinado.
5. De recristalización que por medio de un recocido el acero pasa a ser más plástico.
6. Recocido globular dado a aceros hiper eutectoides para que la cementita coja forma globular.
7. De estabilización para eliminar tensiones internas en piezas forjadas.
3.2.3. Maleabilización.
Es una operación de descarburación periférica hecha a alta temperatura en presencia de elementos ricos en oxígeno, donde el oxígeno se combina con el carbono de las piezas dando monóxido de carbono. El objetivo es hacer menos frágil una pieza de fundición blanca para poder ser mecanizada.
3.2.4. Normalizado.
El normalizado es un tratamiento similar al recocido del que se diferencia en que la velocidad de enfriamiento y la temperatura de calentamiento es algo más elevado.
El propósito de este tratamiento es obtener un acero más duro y de mayor resistencia que obtenido por enfriamiento más lento como en el recocido, también se utiliza para mejorar el maquinado y para mejorar la respuesta a otro tratamiento. El normalizado es más económico que el recocido y se logran características superiores al recocido e inferiores al temple.
3.3. Tratamientos termoquímicos.
Consiste en cambiar superficialmente la estructura molecular del metal obteniendo piezas con el núcleo dulce y la periferia dura o viceversa.
Este tratamiento requiere una elevación de la temperatura del metal y de ciertos elementos químicos como carbono, nitrógeno e hidrógeno introduciéndolos mediante el proceso de difusión, con el fin de mejorar algunas propiedades como Aumentar la dureza superficial, favorecer las cualidades de lubricación y rozamiento, aumentar la resistencia a los esfuerzos de fatiga y mejorar la resistencia a la corrosión
3.3.1. Cementación.
Consiste en aumentar el contenido de carbono de la superficie de una pieza de acero, rodeándola con un medio carburante y manteniendo el conjunto, durante un cierto tiempo, a una temperatura elevada. A la cementación siempre le sigue el tratamiento del temple, así se consigue solo endurecimiento superficial, ya que la carburación superficial ha permitido que el temple surta efecto sobre una delgada capa de la periferia. La cantidad de carbono absorbido por la pieza depende de la composición química inicial del acero, la temperatura, de la atmósfera carburante y del tiempo del tratamiento. También se puede dar el proceso inverso de quitar carbono, llamado descarburación.
Las aplicaciones son para piezas resistentes al desgaste y a golpes, es decir que poseen dureza superficial y resiliencia o tenacidad como engranajes, ejes, acoplamientos, etc.
3.3.2. Nitruración.
Es un tratamiento que da a las piezas una alta dureza superficial, cerca de 1200 HB, y después de la Nitruración no es necesario ningún tratamiento.
La Nitruración se hace en hornos especiales, exponiendo las piezas a una corriente de amoniaco en estado gaseoso, con una temperatura de 500 ºC, durante unas 90 horas.
Las características fundamentales que obtienen son que aumenta el límite de fatiga, durezas elevadas, alta resistencia a la corrosión. Se utiliza para, camisas de cilindros, pistones, válvulas, etc.
3.3.3. Sulfinización.
Sirve para introducir una pequeña capa superficial a base de azufre, nitrógeno y carbono en aleaciones de hierro o cobre.
Las piezas a tratar se meten en baños de sales de cianuro sódico e hiposulfito sódico, calentada sobre los 560ºC y en tres horas se consigue una capa de 0,3 mm.
Las características obtenidas son mejorar la resistencia al desgaste, favorecer la lubricación y evitar agarrotamiento. Se usa en herramientas de corte para mecanizado aumentando su vida útil hasta 6 veces.
3.3.4. Cianuración.
Sirve para endurecer la superficie de las piezas introduciendo carbono y nitrógeno. Después hay que templar las piezas para conseguir la máxima dureza. Los baños de sales para la cianuración son una mezcla de cianuro sódico y carbonato sódico calentadas a temperaturas comprendidas entre 850 ºC en presencia del oxígeno del aire. La capa obtenida no suele superar los 0.5 mm.
3.3.5. Silinización.
Se trata de cementar con silicio, un producto siderúrgico y se obtiene una capa muy adherente y dúctil que presenta una alta resistencia al desgaste y a la corrosión por ácidos,
3.3.6. Boruración.
Es cementar con boro un producto siderúrgico obteniendo mas dureza que por carburación.
4. TRATAMIENTO EN METALES NO FERROSOS Y SUS ALEACIONES.
4.1. Tratamiento del aluminio y sus aleaciones.
El aluminio puede ser sometido a tratamientos anticorrosivos, tratamientos mecánicos y tratamientos térmicos.
4.1.1. Tratamientos mecánicos.
El aluminio y algunas aleaciones se pueden someter a forja, laminación y a raíz de la deformación se aumenta la acritud, aumentando así la resistencia mecánica y la dureza de la pieza.
4.1.2. Tratamientos anticorrosivos.
Empleando el método de la corrosión anódica, se aumenta el espesor de la capa de óxido que ya se produce de forma natural, consiguiendo un acabado brillante.
4.1.3. Tratamientos térmicos.
El aluminio se puede someter a tratamientos térmicos de: recocido de estabilización, contra la acritud, recocido de regeneración, temple de precipitación y revenido de maduración.
4.2. Tratamiento del cobre y sus aleaciones.
El cobre puede ser sometido a tratamientos mecánicos y a tratamientos químicos.
En los mecánicos, el cobre es sometido a tratamientos en frío tales como forja, laminación, etc. se deforma y se aumenta la acritud del mismo y por tanto aumenta la resistencia mecánica y la dureza de la pieza.
En los térmicos el cobre puede ser sometido a tratamientos térmicos de recocido, de estabilización y contra la acritud.
4.2.1. Tratamientos de los latones.
Los latones, aleación de cobre y cinc, pueden ser sometidos a tratamientos mecánicos y a tratamientos térmicos.
En los mecánicos, al someter al latón a operaciones de deformación en frío, se aumenta la acritud del mismo, aumenta la resistencia y la dureza de la pieza.
En los térmicos, puede ser sometido a recocido, temple y revenido.
4.2.2. Tratamiento de los bronces.
En los bronces, aleación de cobre y estaño, los tratamientos son parecidos a los de los latones. Tratamientos mecánicos donde al someter los bronces a operaciones de deformación enfrío aumenta la acritud del mismo, aumenta la resistencia mecánica y la dureza de la pieza fabricada.
En los térmicos, puede ser sometido a tratamientos térmicos de recocido, temple y revenido.
5. CONCLUSIÓN
Actualmente las posibilidades de modificar la estructura, constitución y composición química de los metales y aleaciones se han extendido considerablemente. Pero siguen siendo los tratamientos térmicos, los que más se utilizan en la metalurgia actual.
Los tratamientos térmicos son procesos donde únicamente se utiliza la temperatura como magnitud variable modificadora de la microestructura y constitución de metales y aleaciones, pero sin variar su composición química. El objetivo de los tratamientos térmicos consiste en mejorar las propiedades mecánicas de metales y aleaciones, de tal forma que unas veces interesa aumentar la dureza y resistencia mecánica, y otras veces la ductilidad o plasticidad para facilitar su conformación.
Por extensión, también se emplea la denominación de tratamientos a otras técnicas, donde además de utilizar la temperatura como única variable a considerar, se modifica también la composición química de una capa superficial de la pieza, son los tratamientos termoquímicos.