¿Qué es el recocido?
El recocido es un proceso de tratamiento térmico de metales que mejora las propiedades del material calentando lentamente el metal a una temperatura determinada, manteniéndolo durante un período adecuado y luego enfriándolo a un ritmo adecuado. Dependiendo del propósito y las características del material, las técnicas de recocido se pueden clasificar en varios tipos.
El propósito del recocido es transformar la perlita en acero después de calentarla a la temperatura de austenitización.
Después del proceso de recocido, la estructura del material se acerca al estado de equilibrio.
Los tipos comunes de recocido incluyen:
| Tipo de recocido | Descripción | Formularios |
|---|---|---|
| Recocido completo | Se utiliza principalmente para aceros hipoeutectoides, como acero de medio carbono y acero estructural de aleación de bajo a medio carbono, piezas fundidas y perfiles laminados en caliente. El propósito del recocido completo es refinar la estructura y reducir la dureza. | – Acero de medio carbono – Forjado a partir de acero estructural de aleación de carbono bajo a medio. – Fundiciones – Perfiles laminados en caliente |
| Recocido incompleto | Adecuado para piezas forjadas y laminadas de acero de medio a alto carbono y acero de baja aleación. El grado de refinamiento de la estructura es menor que el del recocido completo. | – Piezas forjadas y laminadas de acero de medio a alto carbono. – Piezas forjadas y laminadas de acero de baja aleación. |
| Recocido isotérmico | Adecuado para situaciones donde es necesario mantener una temperatura específica durante un período de tiempo para obtener el efecto deseado. | – Aplicaciones específicas que requieren mantenimiento a una determinada temperatura. |
| Recocido esferoidal | Se utiliza principalmente para mejorar la maquinabilidad y extender la vida útil del acero, adecuado para acero para rodamientos, etc. | – Acero para rodamientos – Mejora de la maquinabilidad y la vida útil |
| Recocido de alivio de tensión | Se utiliza para eliminar tensiones internas después de la deformación en frío, manteniendo el efecto del endurecimiento por trabajo en frío. | – Eliminación de tensiones internas tras la deformación en frío. – Conservación del efecto endurecedor mediante trabajo en frío. |
| Recocido por difusión | Se utiliza para homogeneizar la composición química de piezas fundidas de aleaciones y mejorar su rendimiento. | – Homogeneización de la composición química de piezas fundidas de aleaciones. - Mejorando el desempeño |
| Recocido por láser, recocido en horno tradicional, etc. | Estos son métodos de recocido más modernos o de aplicaciones específicas que se utilizan para reducir la dureza, mejorar la maquinabilidad, eliminar tensiones residuales, estabilizar dimensiones, reducir las tendencias de deformación y agrietamiento, refinar los granos, ajustar la estructura y eliminar defectos estructurales. | – Reducir la dureza – Mejora de la maquinabilidad – Eliminación de tensiones residuales – Dimensiones estabilizadoras – Reducción de deformaciones y tendencias al agrietamiento. – Refinación de granos – Ajuste de la estructura – Eliminación de defectos estructurales. |
| Recocido por inducción y transmisión de cepillo eléctrico de contacto de recocido de gran corriente | Estos son métodos que utilizan principios de inducción electromagnética o transmisión de grandes corrientes por cepillo de contacto eléctrico para lograr propósitos de recocido. | – Aplicaciones específicas que requieren inducción o recocido de gran corriente |
| Recocido térmico, recocido óptico, recocido por haz de electrones, recocido por láser, etc. | Estos son procesos de recocido comúnmente utilizados para materiales semiconductores, entre los cuales el recocido térmico es el más utilizado. | – Materiales semiconductores |
Tipos de proceso de recocido
1. recocido completo
Proceso:
Caliente el acero por encima de Ac3 entre 20 y 30 grados Celsius, mantenga la temperatura durante un período de tiempo específico y luego enfríelo lentamente (junto con el horno) para alcanzar un estado cercano al equilibrio en el proceso de tratamiento térmico (austenitización completa).
El recocido completo se utiliza principalmente para aceros subeutéticos (0,3 a 0,6% de contenido de carbono), como acero de medio carbono, piezas fundidas de acero de aleación de bajo a medio carbono, forjados y perfiles laminados en caliente y, a veces, para sus soldaduras.
El acero con bajo contenido de carbono tiene poca dureza y no es apto para mecanizado.
Cuando el acero hipereutectoide se calienta por encima de Accm hasta el estado austenítico y se recoce mediante enfriamiento lento, el Fe3CⅡ precipita en un patrón de malla a lo largo de los límites de los granos, lo que reduce significativamente la resistencia, dureza, plasticidad y tenacidad del acero, lo que representa un riesgo potencial para la salud. el tratamiento térmico final.
Meta:
Para obtener un tamaño de grano fino, una estructura uniforme, eliminar la tensión interna, reducir la dureza y mejorar la maquinabilidad del acero.
La estructura después del recocido completo del acero hipoeutéctico es F + P.
Para aumentar la eficiencia en la producción real, las piezas se retiran del horno para enfriarlas por aire cuando la temperatura de recocido desciende a unos 500 grados Celsius.
2. recocido isotérmico
El recocido completo puede llevar mucho tiempo, especialmente cuando se trata de acero austenítico muy estable.
Si el acero austenitizado se enfría a una temperatura ligeramente inferior a Ar1, lo que da como resultado una transformación de austenita en perlita, seguido de un enfriamiento a temperatura ambiente, se puede reducir en gran medida el tiempo de recocido.
Este método de recocido se llama recocido isotérmico.
Proceso:
Calentar el acero a una temperatura superior a Ac3 (o Ac1). Después de un cierto período de tratamiento térmico, se puede enfriar a una temperatura específica dentro del rango de perlita, lo que hace que la estructura austenítica se transforme en perlita, seguido de un enfriamiento a temperatura ambiente.
Meta:
Similar al recocido completo, con mayor facilidad de control del proceso de transformación.
Adecuado para aceros con una estructura austenítica más estable: aceros con alto contenido de carbono (contenido de carbono superior al 0,6%), aceros aleados para herramientas, aceros de alta aleación (con más del 10% de elementos de aleación).
El recocido isotérmico también puede ayudar a lograr una organización y un rendimiento uniformes.
Sin embargo, no es adecuado para piezas de trabajo de acero de sección grande o materiales de hornos de lotes grandes porque es difícil mantener una temperatura isotérmica en todo el interior o en el lote de piezas de trabajo.
3. recocido incompleto
El proceso de recocido por esferificación implica calentar el acero a una temperatura entre Ac1 y Ac3 (para acero hipoeutéctico) o entre Ac1 y Accm (para acero hipereutéctico).
Después de mantener el acero a la temperatura adecuada durante un período de tiempo determinado, se enfría lentamente para completar el proceso de tratamiento térmico.
Este método de recocido se utiliza principalmente en aceros hipereutécticos para obtener una estructura de perlita esférica con el fin de reducir las tensiones internas, disminuir la dureza y mejorar la maquinabilidad. Se considera un tipo de recocido incompleto.
4. Recocido por esferificación
Proceso de tratamiento térmico para la esferoidización de carburos en acero para la obtención de perlita granular.
Proceso:
El acero se calienta a una temperatura 20-30°C superior a Ac1, con un tiempo de retención de 2 a 4 horas. El enfriamiento suele realizarse mediante horno o método isotérmico a una temperatura ligeramente inferior a Ar1 durante un largo período de tiempo.
Este proceso se utiliza principalmente para aceros eutectoides e hipereutectoides, como acero al carbono para herramientas, acero para herramientas aleado y acero para rodamientos.
Después de laminar o forjar, el acero hipereutectoide forma perlita laminar y cementita reticulada que son duras y quebradizas, lo que las hace difíciles de cortar y propensas a deformarse y agrietarse durante el proceso de enfriamiento.
El recocido esferoidal forma perlita globular en la que los carburos aparecen como partículas esféricas dispersas en la matriz de ferrita. Esta estructura tiene baja dureza y es más fácil de mecanizar.
Además, es menos probable que los granos de austenita se espesen durante el calentamiento y es menos probable que se deformen y agrieten durante el enfriamiento.
Es importante normalizar el acero eutéctico antes del recocido esferoidizado si contiene cementita reticulada para garantizar que el proceso de esferoidización sea exitoso.
Meta:
El propósito del recocido esferoidal es reducir la dureza, mejorar la uniformidad de la estructura y mejorar la maquinabilidad en preparación para el enfriamiento.
Hay tres métodos principales de recocido por esferoidización:
A) Proceso de recocido por esferoidización en un solo paso:
El acero se calienta a más de 20~30 ℃ por encima de Ac1 y se mantiene durante el tiempo adecuado, luego se enfría lentamente en el horno. Este proceso requiere que el tejido original sea perlita finamente laminada, sin redes carburadas.
B) Proceso de recocido por esferoidización isotérmica:
El acero se calienta y se aísla, luego se enfría a una temperatura ligeramente inferior a Ar1 y se mantiene isotérmicamente (generalmente entre 10 y 30 ℃ por debajo de Ar1) antes de enfriarse lentamente en el horno a aproximadamente 500 ℃ y luego se retira para enfriarlo con aire. Este método tiene las ventajas de una duración corta, una esferoidización uniforme y un control de calidad sencillo.
C) Proceso alternativo de recocido por esferoidización.
5. Recocido por difusión (recocido uniforme)
Proceso:
Los lingotes, piezas fundidas o palanquillas forjadas se calientan a una temperatura ligeramente por debajo de la línea de fase sólida durante un período prolongado y luego se enfrían lentamente para eliminar irregularidades en la composición química.
Meta:
Eliminar la segregación dendrítica y la segregación regional que se producen durante el proceso de solidificación, dando como resultado la homogeneización de la composición y estructura.
El recocido por difusión se realiza a temperaturas muy altas, normalmente entre 100 y 200 °C por encima de Ac3 o Accm, y la temperatura exacta depende de la gravedad de la segregación y del tipo de acero. El tiempo de espera suele ser de 10 a 15 horas.
Después del recocido por difusión, el material debe someterse a un recocido y normalización completos para refinar su estructura. Este proceso se aplica a aceros aleados de alta calidad y a piezas fundidas y lingotes de acero aleado con graves problemas de segregación.
6. Recocido para aliviar tensiones
Proceso:
Calentar el acero a una temperatura inferior a Ac1 (generalmente de 500 a 650 °C), mantenerlo a esa temperatura y luego enfriarlo en el horno.
La temperatura de recocido bajo tensión es inferior a A1, por lo que no provoca cambios en la microestructura del acero.
Meta:
Para eliminar tensiones internas residuales.
7. Recristalización Recocido
El recocido por recristalización, también conocido como recocido intermedio, es un proceso de tratamiento térmico que se aplica a metales que han sufrido deformación plástica en frío.
El objetivo de este proceso es transformar el grano de deformación en granos axiales uniformes e iguales, lo que elimina el endurecimiento del proceso y las tensiones residuales.
Para que se produzca la recristalización, el metal debe sufrir primero una cierta cantidad de deformación plástica en frío y luego debe calentarse por encima de una determinada temperatura conocida como temperatura de recristalización más baja.
A continuación se indica la temperatura de recristalización más baja para materiales metálicos en general.
T recristalización = 0,4 T de fusión
La temperatura de recocido de recristalización debe calentarse a una temperatura de 100 a 200 °C superior a la temperatura mínima de recristalización (para el acero, la temperatura mínima de recristalización es de aproximadamente 450 °C).
Al recocido debe ir seguido de una adecuada conservación del calor y un lento proceso de enfriamiento.
¿Cómo elegir el método de recocido?
Los siguientes son los principios para seleccionar el método de recocido:
- Para estructuras de acero hipoeutectoides, generalmente se selecciona el recocido completo. Si el objetivo es reducir el tiempo de recocido, se puede utilizar el recocido isotérmico.
- El recocido esferoidal se utiliza normalmente para el acero hipereutéctico. Si los requisitos no son elevados, puede optar por no utilizar el recocido completo. El acero para herramientas y el acero para rodamientos suelen utilizar recocido esferoidal. En algunos casos, el recocido por esferoidización también se utiliza para piezas extruidas o cortadas en frío de acero con bajo o medio carbono.
- Para eliminar el endurecimiento del proceso, se puede utilizar el recocido por recristalización.
- Para eliminar la tensión interna causada por diversos procesos, se puede utilizar el recocido bajo tensión.
- Para mejorar la falta de homogeneidad de la estructura y la composición química del acero aleado de alta calidad, a menudo se utiliza el recocido por difusión.
Propósito del recocido
(1) Disminuir la dureza del acero, aumentar su plasticidad y facilitar el mecanizado en frío y el procesamiento de deformación;
(2) Distribuir uniformemente la composición química y la estructura del acero, refinar el tamaño del grano y mejorar su rendimiento o prepararlo para el temple;
(3) Eliminar tensiones internas y revertir el efecto de endurecimiento provocado por el procesamiento, evitando deformaciones y grietas.
Tanto el recocido como el normalizado se utilizan principalmente como paso preparatorio para el tratamiento térmico.
Para piezas con poca tensión y bajos requisitos de rendimiento, el recocido y la normalización también pueden servir como tratamiento térmico final.
Tipos de materiales de recocido
Cuando se habla de recocido, es esencial explorar los materiales que se pueden recocer, tanto metales como no metales. Esta sección se centrará en los diversos materiales que comúnmente se recocen.
Metales y aleaciones
El recocido juega un papel importante en el procesamiento de diversos metales y sus aleaciones . Algunos de los metales recocidos más utilizados incluyen:
- Acero : el recocido es crucial para varios tipos de acero, como el acero al carbono, el acero con bajo contenido de carbono y el acero para herramientas. Este proceso puede aumentar la ductilidad del acero y facilitar el conformado y el mecanizado.
- Cobre : El recocido del cobre ayuda a aumentar su ductilidad y aliviar las tensiones internas. Esto permite darle forma de manera más efectiva y reduce el riesgo de agrietamiento durante la flexión.
- Latón : Al igual que el cobre, el latón recocido aumenta su ductilidad y trabajabilidad, lo cual es esencial para procesos de fabricación como el conformado y el mecanizado.
- Aluminio : este metal liviano y versátil se recoce para mejorar su formabilidad general y crear propiedades más uniformes en todo el material.
- Plata : El recocido es un paso fundamental en el proceso de fabricación de joyas de plata, ya que suaviza el metal y facilita el trabajo con él.
- Hierro fundido : el recocido del hierro fundido restaura su ductilidad, haciéndolo menos quebradizo y más adecuado para aplicaciones en las que es necesario mecanizarlo o darle forma.
- Metales ferrosos : el recocido es beneficioso para los metales ferrosos como el acero y el hierro, ya que ayuda a mejorar su maquinabilidad y sus propiedades mecánicas.
Un método comúnmente utilizado para recocer estos materiales es el uso de hornos de fondo de carro que proporcionan un calentamiento uniforme y un enfriamiento lento, esencial para el proceso de recocido.
No metales
El recocido también es adecuado para diversos materiales no metálicos, como por ejemplo:
- Vidrio : El recocido del vidrio implica calentarlo a una temperatura específica y luego enfriarlo gradualmente. Este proceso controlado alivia las tensiones internas creadas durante el proceso de formación del vidrio.
- Carbono : el recocido de materiales de carbono como el diamante y el grafito ayuda a modificar sus propiedades para adaptarse mejor a aplicaciones específicas. Esto puede incluir modificaciones como mejorar la conductividad eléctrica o ajuste estructural.
En conclusión, el recocido es un proceso vital para una amplia gama de materiales, incluidos metales y no metales. Al comprender la importancia del recocido en diferentes materiales, podemos apreciar mejor el papel que desempeña en diversas industrias.
Clasificación de métodos de recocido
Según la temperatura utilizada durante el calentamiento, los métodos de recocido comúnmente utilizados se clasifican en:
Recristalización por cambio de fase y recocido por encima de la temperatura crítica (Ac1 o Ac3):
- recocido completo
- Recocido por difusión
- recocido incompleto
- Recocido por esferificación
Recocido por debajo de la temperatura crítica (Ac1 o Ac3):
- Recristalización Recocido
- Recocido por tensión
¿Cuáles son las diferencias específicas y los escenarios de aplicación entre el recocido completo y el recocido incompleto durante el proceso de recocido?
El recocido completo y el recocido incompleto son dos procesos de tratamiento térmico diferentes, que se diferencian en las temperaturas de calentamiento, las transformaciones estructurales, los efectos del refinamiento del grano y los escenarios de aplicación.
En primer lugar, en términos de temperatura de calentamiento, el recocido completo generalmente calienta el material por encima de la temperatura crítica (Ac1 o Ac3) para promover el cambio de fase y la recristalización, mientras que el recocido incompleto implica calentar en la región de dos fases, lo que impide la recristalización completa. Esto implica que el recocido completo puede refinar los granos del material hasta cierto punto, pero debido a restricciones de temperatura, el efecto de refinamiento de granos del recocido incompleto no es tan bueno como el del recocido completo.
En segundo lugar, en términos de transformación estructural, el recocido completo puede lograr una estructura casi equilibrada, utilizada principalmente para acero de medio carbono, etc., con el objetivo de refinar granos, homogeneizar estructuras, eliminar tensiones internas, reducir la dureza, etc. Por el contrario, el recocido incompleto se utiliza principalmente en acero hipoeutectoide para obtener una estructura de perlita esférica, logrando una estructura cercana al equilibrio mediante un enfriamiento lento.
Con respecto a los efectos del refinamiento del grano, debido a la menor temperatura de calentamiento del recocido incompleto, la forma, el tamaño y la distribución de la ferrita no pueden cambiar, y el efecto del refinamiento del grano no es tan bueno como el del recocido completo.
Finalmente, en cuanto a escenarios de aplicación, el recocido completo es adecuado para situaciones que requieren refinamiento de grano, homogeneización de la estructura, eliminación de tensiones internas y reducción de la dureza, como es el caso del acero de medio carbono. El recocido incompleto, por otro lado, se utiliza principalmente para aceros hipoeutectoides, especialmente cuando los granos no son gruesos; mediante un recocido incompleto se pueden obtener estructuras esféricas de perlita.
¿Cuáles son los efectos y limitaciones del recocido isotérmico en diferentes materiales?
El recocido isotérmico es un proceso de tratamiento térmico que implica calentar el material por encima de su temperatura crítica y mantenerlo durante un período determinado, luego enfriarlo o mantenerlo a otra temperatura. Este proceso tiene como objetivo refinar la microestructura, reducir la dureza y mejorar las propiedades del material. Los efectos y limitaciones de este proceso varían entre diferentes materiales.
Para aceros de aleación media en carbono y aceros de baja aleación, el propósito del recocido isotérmico es refinar la estructura y reducir la dureza. La temperatura de calentamiento para el acero hipoeutectoide es Ac3+(30~50)℃, y para el acero hipereutectoide es Ac3+(20~40)℃. Esto indica que el recocido isotérmico es adecuado para estos tipos de acero, mejorando efectivamente sus propiedades mecánicas.
Sin embargo, el recocido isotérmico no es adecuado para todas las situaciones. A veces, la disponibilidad de equipos de recocido adecuados o los requisitos de calidad de las piezas de acero recocido hacen que el enfriamiento lento y continuo sea la única opción viable. Esto significa que, en algunos casos, es posible que el recocido isotérmico no cumpla con los requisitos específicos del tratamiento térmico.
Además, la investigación con la aleación amorfa Cu56 Zr44 indica que se puede utilizar el recocido isotérmico para el proceso de cristalización, cambiando la microestructura del material. Esto sugiere que el recocido isotérmico también es aplicable a ciertos materiales especiales, como las aleaciones amorfas. Controlando adecuadamente la temperatura y el tiempo de retención, se puede lograr el efecto de cristalización esperado.
¿Cómo elimina el recocido con alivio de tensiones las tensiones internas después de la deformación en frío y qué ventajas tiene en comparación con los métodos de recocido tradicionales?
El recocido con alivio de tensiones es una técnica que elimina las tensiones internas residuales en las piezas de trabajo mediante un proceso de calentamiento, aislamiento y enfriamiento lento. Este método se utiliza principalmente para aliviar las tensiones internas generadas durante los procesos de soldadura, fundición y mecanizado.
Específicamente, el proceso de recocido con alivio de tensiones implica calentar la pieza a una temperatura más baja (por ejemplo, hierro fundido gris a 500-550 °C, acero a 500-650 °C) y mantenerla durante un período de tiempo determinado y luego enfriarla lentamente. hasta evitar el desarrollo de nuevas tensiones residuales. Aunque este tratamiento no puede eliminar por completo las tensiones residuales en la pieza de trabajo, puede reducir significativamente su impacto.
En comparación con los métodos de recocido tradicionales, el recocido con alivio de tensiones tiene varias ventajas.
En primer lugar, se centra en las tensiones residuales generadas específicamente por determinados procesos de fabricación (como la soldadura, la fundición y el mecanizado), en lugar de aplicarse de forma amplia a todo tipo de materiales metálicos, como ocurre con el recocido tradicional.
En segundo lugar, el recocido para aliviar tensiones normalmente se realiza a temperaturas más bajas, lo que significa que tiene menos impacto en el material, especialmente en aquellos sensibles a las altas temperaturas.
Además, dado que el objetivo principal del recocido con alivio de tensión es eliminar la tensión residual en lugar de simplemente reducir la dureza o mejorar la ductilidad, puede reducir eficazmente los cambios dimensionales y las tendencias de agrietamiento durante el proceso de fabricación sin alterar significativamente otras propiedades físicas del material.
¿Cuáles son los estudios comparativos entre el recocido por láser y el recocido por horneado tradicional para reducir la dureza y mejorar la maquinabilidad?
Los estudios comparativos entre el recocido por láser y el recocido por horneado tradicional para reducir la dureza y mejorar la maquinabilidad se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:
Velocidad de calentamiento y precisión de control: la tecnología de recocido por láser tiene las características de calentamiento rápido y control sensible, lo que le permite alcanzar la temperatura de recocido deseada en poco tiempo y controlar con precisión los cambios de temperatura durante el proceso de recocido de calentamiento. Por el contrario, el recocido por horneado tradicional requiere que toda la pieza se coloque en un horno de vacío y se mantenga en un cierto rango de temperatura durante un tiempo determinado, y el control de temperatura de este proceso no es tan preciso como el recocido por láser.
Profundidad de conducción de calor y producción de energía: la tecnología de recocido láser puede lograr un tratamiento de recocido profundo localizado y controlable, lo que significa que puede tratar con calor con precisión áreas específicas según sea necesario sin afectar otras áreas. Esta capacidad de tratamiento térmico localizado es muy útil para mejorar el rendimiento local de los materiales. El recocido tradicional en panadería es difícil de lograr con este tratamiento térmico localizado.
Refinamiento del grano y ajuste de la microestructura: el recocido por láser puede hacer que los átomos se reorganicen debido a las altas temperaturas y al estrés térmico, lo que hace que la estructura cristalina esté más ordenada, lo que ayuda a aumentar el tamaño del grano y ajustar la microestructura. Esto es beneficioso para mejorar la maquinabilidad de los materiales y reducir la dureza. Aunque el recocido por horneado tradicional también puede refinar los granos y ajustar la microestructura mediante el proceso de calentamiento y enfriamiento, su proceso es relativamente simple y directo y es posible que no pueda controlar con precisión el refinamiento del grano y el ajuste de la microestructura como el recocido por láser.
Por ejemplo, en la preparación de películas delgadas estequiométricas de Bi2Te3, el método de recocido láser tiene un coeficiente Seebeck más alto que el método de recocido térmico tradicional, lo que demuestra su superioridad en la preparación de películas delgadas de alta calidad. Esto indica que la tecnología de recocido láser puede proporcionar un mejor rendimiento en campos de aplicación específicos (como la preparación de películas delgadas de alto rendimiento).
