Tractaments de millora

Descriu el procés de tremp d'un acer (temperatura aproximada, medi de refredament i microestructura resultant) i explica quines propietats guanya i quin inconvenient introdueix.

La figura mostra les corbes de refredament de dues peces d'acer idèntiques: una se submergeix en aigua i l'altra es deixa refredar dins del forn apagat. Indica quina corba correspon al tremp i raona quina diferència de duresa esperes entre ambdues peces.

Després del tremp, els acers solen rebre un revingut. Explica en què consisteix el revingut, quin problema del tremp corregeix i per què una eina trempada sense revenir seria perillosa en servei.

Descriu el recuït: a quina temperatura s'escalfa l'acer, com es refreda i quin efecte té sobre la seva duresa i la seva estructura interna. En quina situació de taller s'aplica abans de continuar treballant una peça?

El normalitzat refreda a l'aire tranquil en comptes de dins del forn. Compara recuït i normalitzat: quin és més ràpid i barat, quin deixa l'acer una mica més dur i per a què s'utilitza el normalitzat després de la forja.

Ordena aquests medis de refredament de major a menor severitat (velocitat de refredament): oli, aire, aigua amb sal. Explica quina relació hi ha entre la severitat del medi, la duresa assolible i el risc d'esquerdes o deformacions.

Explica la idea bàsica de la cementació: quin element es difon a la superfície de l'acer, a quina temperatura aproximada es fa i per què després de cementar cal trempar i revenir la peça.

Compara aquests tres tractaments de superfície: cementació, nitruració i recobriment amb cromat dur. Per a cadascun indica què s'afegeix o es modifica a la superfície, una aplicació típica i per què convé endurir només la capa exterior en comptes de tota la peça.

Compara un tractament termoquímic (cementació: modifica la composició de la superfície) amb un recobriment dur tipus PVD (capa dipositada de nitrur de titani): gruix típic, adhesió, temperatura del procés i una aplicació on cadascun és preferible (engranatges enfront de broques).

Les corbes TTT (temps-temperatura-transformació) mostren quan comença i acaba la transformació de l'austenita en refredar. Explica qualitativament per què un refredament molt ràpid «salta» les corbes i produeix martensita, mentre que un de lent les travessa i produeix perlita, més tova.

Defineix la trempabilitat d'un acer i explica per què un acer al carboni només es trempa en capes fines mentre que un d'aliat (amb crom o molibdè) es trempa «en massa». Quina conseqüència pràctica té això en triar l'acer d'un eix gruixut?

Després del tremp, una peça llarga ha quedat bombada i una altra presenta microesquerdes. Explica què són les tensions residuals del tremp (diferència de refredament entre superfície i nucli), com produeixen distorsió i quines mesures de procés les redueixen (escalfament uniforme, medis menys severs, disseny de la peça).

Una factoria fabrica mensualment 1.000 arbres de transmissió de 8,5 kg cadascun. Per garantir la resistència al desgast dels suports i lleves, el departament de producció compara dues alternatives:\n- Opció A: Escalfament de la peça sencera en forn continu de gas durant 3,5 h a 870 °C, seguit de tremp i revingut total en forn elèctric (consum energètic equivalent: 12,0 kWh per peça).\n- Opció B: Tremp superficial per inducció localitzat exclusivament en els suports mitjançant inductor d'alta freqüència durant 8 s amb dutxa integrada i autorevingut, mantenint el nucli en estat de normalitzat previ (consum: 1,4 kWh per peça).\na) Justifica des del punt de vista del comportament mecànic per què l'opció B és preferible a l'opció A per a un component sotmès a fatiga i torsió.\nb) Calcula l'estalvi energètic anual (en kWh i en percentatge) que suposaria adoptar l'opció B enfront de l'opció A.\nc) Un informe ambiental afirma que «el tractament tèrmic més ecològic és aquell que no gasta energia, per la qual cosa convindria suprimir tot tractament tèrmic». Rebat aquesta afirmació avaluant l'impacte ambiental del cicle de vida de l'acer si l'absència de tractament redueix la vida útil de la peça a una quarta part.

En una premsa industrial s'emboteixen carcasses cilíndriques profundes de xapa d'acer dolç (0,10 % C). El procés requereix dos cops successius d'embotició. Quan es realitzen les dues operacions seguides sense etapa intermèdia, la xapa s'esquinça sistemàticament en el segon cop, registrant-se un 100 % de peces defectuoses. El laboratori d'assajos extreu una proveta després del primer cop i comprova que el límit elàstic ha pujat de 210 MPa a 550 MPa, mentre que l'allargament a la ruptura ha descendit del 35 % al 3,5 %.\na) Interpreta els resultats de l'assaig de tracció explicant a nivell microestructural el mecanisme físic que ha alterat les propietats de l'acer.\nb) Proposa el tractament tèrmic específic que s'ha d'intercalar entre ambdues operacions de conformat, justificant la temperatura de treball adequada respecte als punts crítics del diagrama Fe-C i la transformació que experimenten els grans cristal·lins.\nc) Si incorporar el forn per al tractament intermedi consumeix 0,40 kWh per peça (a un cost de 0,15 €/kWh) i cada carcassa rebutjada per ruptura representa una pèrdua de material i processament de 3,60 €, calcula a partir de quin percentatge de reducció de defectes resulta econòmicament rentable encendre el forn.

Un lot de passadors roscats d'acer al carboni (0,50 % C) s'escalfa a 850 °C en un forn de mufla amb aire atmosfèric durant 2 h abans del tremp en oli. Després del revingut, l'assaig de duresa superficial dona 32 HRC a la superfície dels filets de la rosca, però en seccionar la peça i mesurar a 0,6 mm de profunditat s'obtenen 52 HRC. A més, les rosques presenten una cascarilla rugosa que arruïna les toleràncies mètriques.\na) Explica mitjançant les reaccions químiques corresponents amb els gasos de l'aire per què s'ha produït aquesta caiguda de duresa superficial i la formació de cascarilla a alta temperatura.\nb) Prediu quines fallades mecàniques patirà el passador si entra en servei muntat en una màquina vibratòria sotmesa a càrregues alternes.\nc) Compara tècnicament i econòmicament dues solucions de forn per evitar aquests dos problemes: forns amb atmosfera controlada (gas reductor o inert) enfront de forns de buit, justificant quin triaries si la producció fos de gran sèrie amb exigències dimensionals estrictes.