Una fase esencial en el tratamiento térmico de los metales es el temple. Se trata de enfriar rápidamente un objeto de metal para obtener o cambiar cualidades como dureza, resistencia o tenacidad.
El enfriamiento rápido reduce el tiempo de exposición del metal a altas temperaturas y lo protege de fallas. Además, el metal puede sufrir alteraciones según el método de aplicación y los medios.
El aire, el aceite, el agua y la salmuera son algunos de los agentes de extinción típicos.
El aceite se usa ampliamente para el temple porque transfiere rápidamente el calor sin distorsionar significativamente el metal. Aunque los enfriadores cáusticos a base de agua son más rápidos, la fuerza con la que trabajan puede hacer que algunos materiales se rompan o distorsionen.
La diferencia entre el aceite y el agua es el punto principal que se discutirá en el artículo.
¿Qué es el proceso de enfriamiento?
El enfriamiento rápido es un proceso de enfriamiento rápido que resulta en el endurecimiento de los materiales. La tasa de enfriamiento depende del grado del material respectivo, la aplicación y la composición de los componentes de la aleación. Además, varias propiedades de la temple medio también lo afectan.
Teóricamente, antes del enfriamiento rápido, un material de metal o vidrio se calienta más allá de su temperatura estándar. Después de eso, se pone en enfriamiento rápido para eliminar el calor de inmediato. Ayuda a modificar aquellas propiedades en la estructura cristalina de un material que se pierde durante el calentamiento.
Para hacer que el metal o el vidrio sean más duros y rígidos, a menudo los templamos. La temperatura de enfriamiento de un objeto siempre debe estar por encima de su temperatura de recristalización pero por debajo de su temperatura de fusión.
Etapas del proceso de enfriamiento
Dos personas trabajando alrededor de la piscina de fusión de acero.
Por lo general, hay tres etapas de enfriamiento que ocurren cuando una pieza caliente se acerca al líquido de enfriamiento. Estas etapas definir el cambio en las características del quenchant y el material. Los tres pasos son:
- Etapa de vapor
- Etapa de ebullición nucleada
- Etapa de convección
Ahora, vamos a repasarlos en profundidad.
Etapa de vapor
La etapa de vaporización entra en juego cuando la superficie caliente del componente hace contacto inicial con el líquido apagar. Da como resultado una formación de escudo vaporoso alrededor del elemento. La conducción se produce en cierta medida durante la fase de vapor.
Sin embargo, el principal método de transporte de calor de esta etapa es la radiación a través de la capa de vapor. La manta formada es relativamente estable.
La única forma de acelerar su eliminación es mediante agitación o añadiendo diferentes aditivos. Además, es preferible que esta etapa sea lo más breve posible.
La razón es que contribuye significativamente a las áreas blandas que se desarrollan durante el templado. Por lo tanto, pueden desarrollarse microcomponentes no deseados si se permite que continúen.
Etapa de ebullición nucleada
Es la segunda etapa después de la fase vapor. Comienza cuando el fluido más cercano a la superficie del material comienza a hervir y la etapa de vapor comienza a colapsar. Es la etapa más rápida de enfriamiento del componente dado.
Debido a la transmisión de calor desde la superficie calentada y la subsiguiente absorción en el enfriador líquido, son posibles tasas sustanciales de extracción de calor. Permite que el líquido enfriado tome su lugar en la superficie.
Varios extintores han incluido aditivos para aumentar las velocidades máximas de enfriamiento de un fluido. Él hirviendo termina siempre que la temperatura de la superficie del componente cae por debajo del punto de ebullición del líquido.
Para aquellos componentes propensos a la distorsión, los medios como los aceites y sales de alta temperatura brindan buenos resultados. De lo contrario, los materiales podrían volverse quebradizos y dañarse rápidamente durante las aplicaciones deseadas.
Etapa convectiva
La convección es la etapa final del proceso. Ocurre cuando el material alcanza una temperatura inferior al punto de ebullición del templador. La etapa de convección implica la transferencia de calor a través del fluido a granel y su punto de partida es la conducción.
Es la etapa más lenta porque la transferencia de calor tarda mucho tiempo en llegar a todas las moléculas dentro del bulto. El control de la evacuación de calor a través de la convección involucra muchas variables, incluido el calor específico del enfriador y su conductividad térmica.
La diferencia de temperatura entre el templado y el material puede afectar el proceso de convección. Por lo general, la mayor parte de la distorsión ocurre en este punto.
Los tres pasos de extinción anteriores tienen lugar en orden en un lugar particular. No obstante, dependiendo de la geometría y agitación de la pieza, distintas zonas iniciarán las distintas fases en distintos momentos.
Las tres fases del proceso de extinción
Medios de extinción
El enfriamiento ocurre a través de cualquier medio, y la siguiente es la lista de 4 medios diferentes. Cada uno tiene pros y contras, dependiendo de sus propiedades, elementos de contacto, tiempo, leyes de transferencia de calor y relaciones.
Aunque la literatura tiene una gran cantidad de información sobre los medios anteriores, exploremos los dos principales, el aceite y el agua.
Enfriamiento de agua
El agua tiene la propiedad de enfriar el material más rápidamente que el aceite y el aire. Asi que, temple a través del agua es un proceso acelerado.
- El procedimiento de enfriamiento con salmuera tiene una reacción significativamente más dura cuando se enfría que cualquier otro, el método más efectivo es sumergirlo en agua.
- Antes de este proceso, el agua tiene que estar a temperatura ambiente oa la deseada. Después de eso, cuando el material calentado se pone en agua de enfriamiento, cambia sus fases según las etapas.
- Los resultados llegan más rápido en el enfriamiento con agua. Otra ventaja es que es un método de enfriamiento rápido. Por lo tanto, es el menos costoso en términos de tiempo y dinero. Sin embargo, por supuesto, el resultado rápido también tiene importantes inconvenientes.
- La desventaja de los productos finales rígidos, quebradizos y fácilmente rompibles viene con esta velocidad rápida o instantánea. El material apagado puede etiquetarse como de calidad de sonido o de mala calidad.
- El enfriamiento con agua es una opción viable en el caso del endurecimiento del acero. La razón es que el acero tiene una forma única de enfriamiento que se puede lograr a través del agua. El acero carbonizado se calienta por encima de su temperatura de recristalización.
- Al enfriar inmediatamente el acero, el enfriamiento con agua evita que el acero se derrita en esta etapa cuando, de lo contrario, se derretiría si no se detuviera. Por lo tanto, el enfriamiento con agua es más adecuado para el acero que para otros medios.
Enfriamiento de aceite
Una de las técnicas de temple más populares en el sector del temple de metales es el temple en aceite. El método óptimo para endurecimiento Las aleaciones metálicas les otorgan la dureza y la potencia necesarias sin que se vuelvan rígidas y quebradizas durante el proceso.
Optar por el enfriamiento con aceite tiene varias ventajas, pero la principal es que se calienta más lentamente que otros medios de enfriamiento y se enfría durante más tiempo, lo que le da al material calentado una mayor estabilidad y tiempo de endurecimiento.
Además, esto garantiza que el material templado no será demasiado quebradizo y se mantendrá perfectamente bien. Por lo tanto, es preferible a los métodos de agua, aire o salmuera porque reduce la posibilidad de que el cuerpo del metal templado se distorsione o agriete.
El enfriamiento rápido es un proceso de enfriamiento rápido.
Diferencia entre enfriamiento con agua y aceite
El agua y el aceite son dos tipos diferentes de medios. Ambos son distinguibles en algunos aspectos y se comportan de manera diferente en temple. La siguiente tabla resume una descripción general de las disparidades entre los dos medios.
Características Enfriamiento con agua Enfriamiento con aceite Conductividad térmica La conductividad térmica del agua es más alta, lo que a su vez conduce a un enfriamiento más rápido y un endurecimiento más alto. La conductividad térmica del aceite es más baja que la del agua. Por lo tanto, el proceso de enfriamiento y endurecimiento es más lento que el del agua. Calor específico El calor específico del agua es mayor que el del aceite. Significa que el agua necesita más energía para subir y bajar su temperatura. El calor específico del aceite es aproximadamente el 50% del del agua. Para enfriarse en la misma cantidad, debe perder menos calor. Viscosidad El agua es menos viscosa que el aceite. Experimenta un ligero cambio de viscosidad con la diferencia de temperatura. El aceite es más viscoso que el agua. Son ajustables y los aditivos pueden modificar muy bien sus propiedades. Densidad La densidad del agua es más alta que la del aceite. El aceite es menos denso que el agua. sin distorsionar significativamente el metal. Producto final Aunque el proceso de enfriamiento con agua es más rápido, el producto final es algo quebradizo. El proceso de enfriamiento con aceite lleva un poco más de tiempo; a menudo produce un producto superior. Enfriamiento con agua vs. Enfriamiento con aceite
Conclusión
- Un procedimiento de enfriamiento rápido llamado templado hace que los materiales se endurezcan. Los grados, las aplicaciones y la composición de los componentes de aleación del acero influyen en la tasa de enfriamiento.
- La velocidad a la que se enfría una sustancia también depende de las características del extintor. Este artículo ha destacado los medios de comunicación del petróleo y el agua. Ambos son únicos según las diferentes aplicaciones.
- El aceite es bueno para el temple porque transmite rápidamente el calor sin cambiar el metal. Aunque los enfriadores cáusticos a base de agua son más rápidos, la potencia con la que operan tiene el potencial de fracturar o distorsionar algunos materiales.