Privado: TEMPLABILIDAD O PENETRACION DE TEMPLE  ¡NUEVO!

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BLOG DEL LABORATORIO DE FORJA

TEMPLABILIDAD O PENETRACIÓN DE TEMPLE

el acero y su tratamiento térmico

TEMPLABILIDAD O PENETRACIÓN DE TEMPLE

La templabilidad y la penetración del temple no son exactamente lo mismo, aunque están muy relacionadas. La templabilidad se refiere a la capacidad de un acero para transformarse en martensita durante el tratamiento térmico, especialmente durante el temple. La penetración del temple, por otro lado, es la profundidad a la cual el temple afecta la estructura del acero.

 

¿Cuánto penetra el temple en el acero?

Si templamos una barra de acero al carbono de 10 mm, el temple llegará al núcleo de la pieza. Podríamos medir la misma dureza de 60-65 HRC en la superficie y en el núcleo. Las características mecánicas (dureza, tenacidad y resistencia mecánica) son iguales en el interior y el exterior de nuestra pieza.

Si aumentamos el diámetro de la pieza a templar, el temple no penetra hasta el núcleo. Las propiedades mecánicas no serían las mismas, quedando el núcleo con durezas de 30-45 HRC. El núcleo no se enfría a la misma velocidad.

Esto lo podemos comprobar entallando con una piedra de esmeril o amoladora una probeta templada de bastante espesor y romperla por choque. La sujetamos en el tornillo de banco y le damos un golpe. En la fractura, observaríamos dos capas: una periférica, más dura, de grano más fino con más de 60 HRC, y otra central, más blanda, con aspecto más rugoso, de dureza inferior a 50 HRC.

Esto se debe a que los aceros tienen una velocidad crítica de temple. Esta es la velocidad mínima con la que tengo que enfriar para conseguir templar el acero. En el exterior es más fácil enfriar a la velocidad crítica; en el núcleo, depende del espesor de la pieza, ya que no se enfría a la misma velocidad el exterior que el núcleo, pudiendo quedar sin templar. O lo que es lo mismo, para poder templar hasta el núcleo, tengo que enfriar más rápido (a una velocidad mucho mayor), con un medio de enfriamiento más agresivo o incluso con una agitación más violenta.

Un acero con alta templabilidad puede endurecerse fácilmente con un enfriamiento moderado, mientras que un acero con baja templabilidad necesita un enfriamiento más rápido para lograr el mismo nivel de dureza.

¿Qué aumenta la templabilidad del acero?

La composición:

En la Revolución Industrial, el tamaño de las máquinas se iba escalando. La industria requería piezas más grandes, pero tras el

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Privado: DEFECTOS EN EL TEMPLADO DE HERRAMIENTAS   ¡NUEVO!

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DEFECTOS EN EL TEMPLADO DE HERRAMIENTAS

Factores que influyen

¿Has experimentado ese resonante “clinnkkk” que aún persiste en tu cabeza?

Hace algunos años, mientras templaba un cuchillo al que había dedicado horas de forja, me encontré con un problema que quizás tú también hayas experimentado: una grieta en la que podía meter una uña. Fue una experiencia inicialmente frustrante que me llevó a cuestionar el qué había salido mal. Recuerdo  ese instante en el que un sonido agudo se transmitió por las tenazas, recorriendo mi brazo hasta llegar a mi cerebro. No sé si lo oí primero o lo sentí, pero aún algunas noches sigue resonando en mi cabeza.

 

Aquí te mostraré los factores que influyen en la aparición de grietas en tus herramientas durante el templado, ya sean cuchillos, martillos, espadas, cortafríos o cualquier otra que requiera un temple y revenido para mejorar sus propiedades mecánicas.

Pero antes, es importante ver que tensiones se producen durante el templado de una herramienta.

Grieta de templado Martillo
Grieta de templado Martillo

TENSIONES QUE SE PRODUCEN EL PROCESO DE TEMPLADO:

TENSIONES TÉRMICAS:

Son producidas por la mayor o menor rapidez con que se enfrían las capas externas e internas del material.

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Privado: Influencia del TAMAÑO de GRANO   ¡NUEVO!

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LA INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE GRANO

Si has forjado una herramienta, y al romperla ves el tamaño de grano a simple vista, no es una buena señal.

El grano crece con la temperatura, y a partir de 900ºC crece a mayor velocidad. Cuando soldamos a la calda un acero laminado caldeado o acero de Damasco, el tamaño de grano tambien crece mucho.

Una herramienta con grano fino acero de grano fino tendrá mejores propiedades mecánicas, que una con grano grueso.

Mejoraremos su tenacidad, un factor muy importante para la calidad y el comportamiento del acero. Si sibrecalentamos el acero en la fragua, el tamaño de grano aumenta, perdiendo propiedades mecánicas.

Un acero con grano fino tendrá más tenacidad que uno de grano grueso para la misma dureza. Además, las deformaciones en el temple de un acero de grano fino son mucho menores que en un acero de grano grueso, disminuyendo así la probabilidad de grietas. En el acero de grano grueso obtenemos tensiones residuales más altas después del temple que en los de grano fino.

Los aceros con grano grueso tienen mayor TEMPLABILIDAD que los aceros de grano fino. Por lo tanto, obtendremos más profundidad de temple, con un mayor riesgo de grietas al templar.

 

 

 

COMO CONSEGUIR UN GRANO FINO EN TUS HERRAMIENTAS:

Un acero comercial de calidad tiene un grano fino. Si lo forjas dentro de su ventana de trabajo, será mas fino todavía. Si lo sobrecalientas en la fragua, aumenta el tamaño de grano. Si lo quemas, pierdes material y propiedades irrecuperables

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ESTRUCTURAS CRISTALINAS HIERRO

ESTRUCTURAS CRISTALINAS HIERRO

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ESTRUCTURAS CRISTALINAS DEL HIERRO:

El hierro es un metal alotrópico. Cambia su estructura cristalina dependiendo de la temperatura a la que se encuentre. Esta característica la vamos a aprovechar para poder realizar los tratamientos térmicos y modificar las propiedades mecánicas de los aceros.

Conociendo sus estructuras dominaremos los tratamientos térmicos del acero.

CON EL MICROSCOPIO:

Si tomamos una muestra de una barra de hierro, la pulimos y la atacamos con un reactivo como el Nital (Acido Nítrico + alcohol) para crear un contraste que nos permita ver por el microscopio óptico de 100 aumentos, podemos ver que el hierro puro a temperatura ambiente está formado “células” denominadas granos.

IMG_20160727_214715.jpg Fig. 1.- Representación de micrografía a 100 aumentos del Hierro puro a temperatura ambiente.

En algunos casos podríamos ver estos granos hasta a simple vista. Estos granos se juntan en el denominado límite de grano. El tamaño medio de un grano de ferrita puede ser de 125 µm (micras o micrómetro). 1 µm corresponde a 0.001 milímetro o 1 milésima de milÍmetro. Como referencia el diámetro de un pelo puede ser de unas 50 micras.

Mediante técnicas avanzadas podemos ver que cada uno de los granos están integrados por un conjunto de celdas elementales que forman cristales en forma de cubos con átomos de hierro (Fe) compartidos en cada esquina de celda elemental y uno de ellos en el centro del cubo.

 

IMG_20160728_111240 Fig. 2.- Estructura cristalina del hierro y límite de grano.

FORMAS ALOTROPICAS DEL HIERRO:

Cuando el hierro puro a 1538ºC comienza a solificar los átomos de hierro se ordenan por sí solos mediante mecanismos de nucleación y crecimiento, formando una estructura cristalina (hierro delta) en grupos que en un momento dado se encuentran con un grupo vecino, definiendo el límite de grano. Por debajo de los 1388ºC hay una transformación de estos cristales al hierro gamma. De nuevo al bajar la temperatura por debajo de los 912ºC, el hierro modifica su estructura cristalina formando de nuevo una estructura cristalina denominada hierro alfa. Estos cristales son demasiados pequeños para poder ser observados con un microscopio ordinario, pero sí que en algunos casos podemos ver los granos a simple vista.

Dependiendo de los huecos y las distancias entre los átomos de hierro, posibilitará la inserción y solución de los átomos de carbono.

HIERRO ALFA (α) (hasta los 911ºC)

El hierro puro a temperatura ambiente está formado por hierro alfa, con una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo ( 1/8 de atomo en cada esquina y uno en el centro del cubo) en total 2 átomos de hierro en cada celda.

IMG_20160727_225632 Fig. 3.- Estructura cristalina CUBICA CENTRADA EN EL CUERPO del Hierro puro a temperatura ambiente.

La solubilidad del carbono en la estructura cúbica centrada en el cuerpo es casi nula a temperatura ambiente. El carbono apenas se disuelve en el hierro alfa (como el azúcar en el café muy frío), solubilizando apenas un 0.09% de carbono a 727ºC. Por debajo de esta temperatura, el contenido de carbono que solubiliza el hierro alfa disminuye hasta llegar a ser casi nulo: 20ppm (partes por millón). Cuando el hierro alfa contiene carbono, por poco que sea, se le denomina FERRITA.

HIERRO GAMMA (γ) (912º-1388ºC):

Por encima de los 912ºC el hierro sufre una transformación alotrópica, cambiando su estructura a cúbica centrada en las caras (1/8 de átomo en cada esquina y 1/2 en cada cara),  con un total de 4 átomos de hierro en cada celda. Teniendo un mayor tamaño que la estructura formada por el hierro alfa. De ésta forma el carbono si que solubiliza en el hierro gamma hasta un máximo de 2.11% de carbono que es su límite de saturación. Este cambio de estructura cristalina que si solubiliza el carbono, lo vamos a aprovechar para modificar las propiedades mecánicas en el templado del acero. Convirtiendo un material blando en uno duro y frágil.

IMG_20160727_232337

Fig. 4.- Estructura cristalina CUBICA CENTRADA EN LAS CARAS del Hierro puro a temperaturas entre 912-1388ºC

HIERRO DELTA (δ) (desde 1388ºC hasta su fusión):

A 1388ºC sufre de nuevo una transformación alotrópica, formando una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo, con 2 átomos de hierro en cada celda.

IMG_20160727_225632

Fig. 5.- Estructura cristalina CUBICA CENTRADA EN EL CUERPO del  Hierro Delta a temperaturas de entr 1388ºC hasta su fusión.

A 1538ºC el hierro puro se funde.

 

 

ESTRUCTURAS CRISTALINAS HIERRO

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ESTRUCTURAS CRISTALINAS DEL HIERRO:

 

El hierro es un metal alotrópico. Cambia su estructura cristalina dependiendo de la temperatura a la que se encuentre. Esta característica la vamos a aprovechar para poder realizar los tratamientos térmicos y modificar las propiedades mecánicas de los aceros.

Conociendo sus estructuras dominaremos los tratamientos térmicos del acero.

CON EL MICROSCOPIO:

Si tomamos una muestra de una barra de hierro, la pulimos y la atacamos con un reactivo como el Nital (Acido Nítrico + alcohol) para crear un contraste que nos permita ver por el microscopio óptico de 100 aumentos, podemos ver que el hierro puro a temperatura ambiente esta formado “células” denominadas granos.

IMG_20160727_214715.jpg Fig. 1.- Representación de micrografía a 100 aumentos del Hierro puro a temperatura ambiente.

En algunos casos podríamos ver estos granos hasta a simple vista. Estos granos se juntan en el denominado límite de grano. El tamaño medio de un grano de ferrita puede ser de 125 µm (micras o micrómetro). 1 µm corresponde a 0.001 milímetro o 1 milésima de milÍmetro. Como referencia el diámetro de un pelo puede ser de unas 50 micras.

Mediante técnicas avanzadas podemos ver que cada uno de los granos estan integrados por un conjunto de celdas elementales que forman cristales en forma de cubos con átomos de hierro (Fe) compartidos en cada esquina de celda elemental y uno de ellos en el centro del cubo.

 

IMG_20160728_111240 Fig. 2.- Estructura cristalina del hierro y límite de grano.

FORMAS ALOTROPICAS DEL HIERRO:

Cuando el hierro puro a 1538ºC comienza a solidificar los átomos de hierro se ordenan por si solos mediante mecanismos de nucleación y crecimiento, formando una estructura cristalina (hierro delta) en grupos que en un momento dado se encuentran con un grupo vecino, definiendo el límite de grano. Por debajo de los 1388ºC hay una transformación de estos cristales al hierro gamma. De nuevo al bajar la temperatura por debajo de los 912ºC, el hierro modifica su estructura cristalina formando de nuevo una estructura cristalina denominada hierro alfa. Estos cristales son demasiados pequeños para poder ser observados con un microscopio ordinario, pero si que en algunos casos podemos ver los granos a simple vista.

Dependiendo de los huecos y las distancias entre los átomos de hierro, posibilitará la inserción y solución de los átomos de carbono.

HIERRO ALFA (α) (hasta los 911ºC)

El hierro puro a temperatura ambiente esta formado por hierro alfa, con una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo ( 1/8 de atomo en cada esquina y uno en el centro del cubo) en total 2 átomos de hierro en cada celda.

IMG_20160727_225632 Fig. 3.- Estructura cristalina CUBICA CENTRADA EN EL CUERPO del Hierro puro a temperatura ambiente.

La solubilidad del carbono en la estructura cúbica centrada en el cuerpo es casi nula a temperatura ambiente. El carbono apenas se disuelve en el hierro alfa (como el azúcar en el café muy frío), solubilizando apenas un 0.09% de carbono a 727ºC. Por debajo de esta temperatura, el contenido de carbono que solubiliza el hierro alfa disminuye hasta llegar a ser casi nulo: 20ppm (partes por millón). Cuando el hierro alfa contiene carbono, por poco que sea, se le denomina FERRITA.

HIERRO GAMMA (γ) (912º-1388ºC):

Por encima de los 912ºC el hierro sufre una transformación alotrópica, cambiando su estructura a cúbica centrada en las caras (1/8 de átomo en cada esquina y 1/2 en cada cara),  con un total de 4 átomos de hierro en cada celda. Teniendo un mayor tamaño que la estructura formada por el hierro alfa. De esta forma el carbono sí que solubiliza en el hierro gamma hasta un máximo de 2.11% de carbono que es su límite de saturación. Este cambio de estructura cristalina que sí solubiliza el carbono, lo vamos a aprovechar para modificar las propiedades mecánicas en el templado del acero. Convirtiendo un material blando en uno duro y frágil.

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Fig. 4.- Estructura cristalina CUBICA CENTRADA EN LAS CARAS del Hierro puro a temperaturas entre 912-1388ºC

HIERRO DELTA (δ) (desde 1388ºC hasta su fusión):

A 1388ºC sufre de nuevo una transformación alotrópica, formando una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo, con 2 átomos de hierro en cada celda.

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Fig. 5.- Estructura cristalina CUBICA CENTRADA EN EL CUERPO del  Hierro Delta a temperaturas de entr 1388ºC hasta su fusión.

A 1538ºC el hierro puro se funde.