Calentamiento de una pieza de acero

INTRODUCCIÓN
En diversos procesos de manufactura de componentes de acero, los tratamientos térmicos es la operación más sensible y menos controlable por que este envuelve distorsiones inesperadas en los componentes. Para garantizar una alta calidad en los componentes, la industria manufacturera recurre a los tratamientos térmicos, sin embargo, cada que algún componente es tratado térmicamente,este atrae una distorsión que resulta ser un problema muy serio en cuanto a las dimensiones de las pieza y el trabajo requerido posteriormente para su afinación y rectificación. Se sabe que cada paso de un proceso de manufactura afecta finalmente al componente, estos efectos pueden ser predichos de tal manera que se puede lograr un rediseño del proceso de tratamiento térmico para cada pieza, de talmanera que se logre evitar la distorsión térmica y disminuir los pasos en el proceso de producción. Al momento que todas las partes del componente se encuentran a la misma temperatura, existen menos factores que pudieran causar un cambio de forma, así que se requiere estudiar, analizar y rediseñar el proceso de calentamiento de cada componente metálico en función de sus propiedades físicas,dimensiones y tiempo necesario para calentar sin afectar el tiempo de producción.

OBJETIVO
El objetivo de este trabajo es determinar la rapidez de calentamiento requerido para llevar a su temperatura de austenización un cilindro de Acero 1080 sin causar distorsión plástica que afecte a la pieza.

ANTECEDENTES
El mayor efecto de distorsión durante el calentamiento es inicialmente causado por trestipos de mecanismos actuando al mismo tiempo. 1.- Cambio de forma por tensiones residuales. 2.- Cambio de forma por tensiones térmicas causando flujo plástico. 3.- Cambio de volumen causado por la transformación de fase de fase. Para el proceso de tratamiento térmico existen diversos medios de calentamiento: muflas, hornos de atmosfera controlada, hornos de inducción, horno de sales fundidas,etc. Por medio de los cuales podemos obtener distintas formas de calentamiento controlados por los fenómenos de conducción, convección, radiación y efecto Joule. Cada uno de estos medios cumple con el objetivo de llevar a los componentes a su temperatura requería para el tratamiento térmico, sin embargo, el fenómeno que controla cada uno de estos

calentamientos es distinto y afecta directamente anuestro objeto de estudio que es la deformación térmica. Otro factor importante a considerar y que es el punto de nuestro estudio, es la rapidez de calentamiento, esta viene paralela al medio de calentamiento que se desee utilizar al igual que las condiciones físicas de trabajo. Para esto influye el horno de calentamiento y la atmósfera que se encuentre en el sistema, ya que en función de esoconsideraremos el primer valor físico importante, el coeficiente de convección térmica (h de convección) el cual es un valor importante que determina la rapidez con que el calor es transferido de la fuente de calor (horno de tratamiento térmico) a la pieza que deseamos calentar. Existen diversos valores de h en función del medio a utilizar, por ejemplo el nitrógeno. Tenemos la siguiente tabla. hConvección Medio Aire Nitrógeno (1 atm) Nitrógeno (3 atm) Sales fundidas Helio (10 atm) Helio (20 atm) Hidrogeno (20 atm) Hidrogeno (40 atm) W/m2 K 50-80 100-150 400-500 350-500 550-600 1000-1500 1250-1350 2100-2300

Tabla 1. Medio de calentamiento para un horno de tratamientos térmicos.

Sin embargo, el material que se desea tratar es importante por las propiedades físicas que posee, en esteestudio utilizamos Acero 1080, un acero con una temperatura de austenización de 860°C de tal manera que posee las siguientes propiedades: Composición: 0.75-0.88 C, 0.60-0.90 Mn, 0.04 P(max), 0.05 S(max) Densidad: 7.74 g/cm3 Esfuerzo de fluencia: 59.8 Kgf/mm2 = 586.4 MPa Cp = en función de la temperatura* K conducción = función del la temperatura*
*Estos valores son obtenidos de la base de datos del...