martes, 22 de mayo de 2007

Tratamiento termico


Forjado

La conformación en caliente, ya sea por forjado, prensado o laminado, debe realizarse teniendo en cuenta :el comportamiento de cada acero durante el calentamiento ,el trabajo en si, y el enfriamiento posterior.

Esto requiere de una cierta experiencia previa , ya que aceros de distintas composiciones se dilatan y contraen de diferente forma en el calentamiento y/o enfriamiento desde la temperatura de forja . El forjado de aceros de alta aleación es muy delicado por lo que debemos atenernos a las especificaciones del fabricante.

En estado estructural de solución sólida , los aceros poseen la mejor maleabilidad , o sea el acero constituido por granos de austerita. Esto granos son una solución sólida de carburo de hierro en hierro gama (hierro no magnético). La aparición de la austenita en el calentamiento de los aceros ordinarios al carbono, se produce por encima de los 720ºc (Ac1 o punto critico inferior)y termina de transformarse completamente entre esta y los 910ºc, dependiendo ello del porcentaje de carbono existente en su composición. A este punto de transformación final se lo denomina punto critico superior Ac3.

El hierro puro (0% de carbono) tiene como el punto Ac1=720ºc, y el Ac3=900ºc .Mientras que en el acero de composición eutectica (0.9%de carbono)la transformación en austerita se produce a una única temperatura de 720ºc aprox.

Estos rangos de temperatura son de importancia, tanto para el forjado como para cualquier tratamiento térmico aplicable al acero.

La temperatura del material, al iniciarse el forjado, debe ser unos 100 a 300ºc mayor que el punto critico superior Ac3; y al finalizar, no menor que este. Además la temperatura se debe ajustar al tamaño de la pieza a forjar, como así también, al grado de deformación. Las piezas chicas son calentadas a menor temperatura que las grandes, pero en ambos casos, la temperatura final de forja no debe ser inferior al punto Ac3 .

Un calentamiento demasiado rápido y desparejo, o un grado de deformación demasiado pronunciado con un enfriamiento desparejo y demasiado rápido después del forjado, pueden causar fisuras y deformaciones por tensiones.

Hasta aprox. 800ºc, el calentamiento debe ser lento y uniforme. Después puede elevarse mas rápidamente hasta la temperatura final. Alcanzada la temperatura de forja, debe procederse de rápidamente a la deformación; excederse de temperatura o mantener la misma por demasiado tiempo, causa un grano grueso. El acero queda frágil, toma menos temple, puede estar superficialmente descarburado y en general quedan disminuidas sus propiedades físicas.

Después del forjado las piezas deben ser enfriadas lenta y uniformemente, como por ej. en ceniza seca.

Recocido

Después del forjado muchos aceros, especialmente los aleados, son demasiados duros para una mecanización posterior y deben ser sometidos a un recocido para lograr un determinado grado de ablandamiento.

Dependiendo del objetivo buscado en el recocido, para un acero al carbono de 0.60% de este, la temperatura puede oscilar entre 680ºc y 800ºc.

Normalizado

Si el acero es mantenido durante bastante tiempo a temperaturas mas elevadas que la critica superior (Ac3), los cristales de austenita tiene tendencia a desarrollarse y aumentar de tamaño. Esta temperatura aumenta cuanto mas alta sea esta, y mayor la duración del calentamiento; y como el tamaño del grano al terminar el tratamiento depende precisamente del tamaño que tuvieron los cristales de austerita, obtendremos una estructura grosera y un acero de bajas características. Cuando esto sucede, para afinarlo, basta con calentarlo a una temperatura lo mas justo por encima de la critica superior (Ac3) y luego enfriarlo mas o menos rápidamente al aire según la composición. En el enfriamiento al aire, los granos de austenita se transforman en otros mas pequeños, logrando en un temple posterior, un acero de grano fino de mejor calidad.

Temple

El temple es una operación que resulta de enfriar al acero calentándolo algo mas allá de su punto critico superior(Ac3) en un medio que le quite el calor, lo mas rápidamente posible. Esto significa que el acero debe encontrarse en estado austenitico (no magnético) y esto producto de haber sido calentado por sobre los 720ºc, dependiendo la temperatura final, de la composición química del acero.

Para que se produzca la transformación austerita- martensita, la velocidad de enfriamiento deberá ser igual o superior a la “velocidad critica de enfriamiento” correspondiente al acero en cuestión. Por lo dicho, esta varia con la composición química de cada acero.

Efectos del temple sobre los aceros al carbono

a)Aumenta la dureza desde 1.5 hasta tres veces.

b)Aumenta la resistencia casi el 50%.

c)Disminuye el alargamiento, la contracción, la maleabilidad y la tenacidad.

d)Afina el grano.

e)Puede producir deformaciones en la pieza.

f)Puede producir grietas y roturas.

g)Aumenta ligeramente el volumen de la pieza.

h)Aumenta la resistencia eléctrica.

Factores que determinan un buen temple

a)Las piezas trabajadas en frió (temp.menor a 500ºc)fraguadas o que fueron templadas, tienen una estructura poco homogenea, por lo que es conveniente antes de templarlas, practicarles un recocido

b)Porcentaje de carbono: la cantidad de este metaloide tiene mucha influencia en la dureza que adquiere el acero templado; los que contiene 0,1% casi no endurecen; mientras los que contienen 1.2% de carbono ,adquieren gran dureza.

Un acero que ya es duro, elevará su dureza con poco intensidad de temple, conservando así su tenacidad; para obtener la misma dureza con un acero menos duro abra que emplear baños de enfriamiento mas enérgicos, lo cual ara mas frágil el acero.

c)Calentamiento: la velocidad de calentamiento debe ser máxima, procurando siempre que la pieza alcance su equilibrio térmico, sin lo cual el carbono no entra en soluduion sólida con la austerita, originando un temple superficial.

d)Velocidad de enfriamiento: la dureza que adquiere el acero al templarse, es tanto mayor cuanto mas rápidamente se enfría. Esta velocidad depende de la naturaleza del acero, dimensiones de la pieza, naturaleza y temperatura del baño de enfriamiento, de cómo se mantiene en el baño la pieza para templar , y del estado superficial de las piezas.

Revenido

El revenido es el tratamiento térmico que se efectúa después del temple, y consiste en calentar el acero templado a temperaturas inferiores al punto critico inferior(Ac1-720ºc) y enfriarlo en agua aceite o aire. Es aconsejable realizarlo inmediatamente después del temple para evitar el peligro de roturas debidas a las tensiones internas.

Las finalidades de este tratamiento son:

a)Eliminar las tensiones moleculares originadas en el temple.

b)Aumentar la tenacidad y resistencia perdidas por el temple.

c)Mejorar las características mecánicas del material afinado y homogeneizar las estructuras.

El tratamiento de revenido aumenta la tenacidad, porque transforma la estructura de temple de mayor dureza (martensitica), en otra menos frágiles, pero disminuye la dureza.

Los factores que determinan las características del revenido son la temperatura y el tiempo de exposición a esta.

La temperatura permite al material alcanzar el grado de tenacidad relacionado con el trabajo que deberá realizar, el tiempo de exposición hace que la transformación de la estructura, llegue hasta el corazón de la pieza.

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Por: Carlos Pedemonte



Pinzas

Pinzas:

Es muy difícil que consigas pinzas destinadas al forjado de cuchillos, porque casi no existen y de existir deben ser tan antiguas que te gustaría mas guardarlas que usarlas.

Así que te voy a mostrar algunos pasos para forjar dos de los modelos que mas se usan en el forjado de cuchillos.

Además al forjar estas pinzas iras probando la fragua, yunque, y martillo.

Pinza normal:

Esta pinza es la mas usada para sujetar desde una planchuela hasta la espiga de una hoja. Además de ser la extensión casi perfecta de nuestra mano.

Para forjarla vamos a utilizar el hierro de 14 mm, como hablamos antes. La medida es 2 barras de 60 centímetros de largo

Primero transformamos el redondo en plano en los primeros 15cm. Tratamos de pegar siempre del mismo lado para desplazar el material sobre uno de los lados de la barra.

Cuando tenemos los redondos aplanados usando otra barra redonda y el martillo formamos dos entradas en los lados de la parte plana. Es importante que tenga una entrada de cada
lado.

Con las entradas realizadas retorcemos la primera sección usando una llave o con una pinza (otra).

Repetimos con las dos barras.

Realizamos un agujero que nos permita entrar un tornillo de ¼ y remachamos.

Una vez que tengan todo listo pueden ir acomodando la pinza para que les sea mas útil y confortable.

Pinza cigüeña para agarre lateral:

Esta pinza es ideal para forjar partiendo de planchuelas ya que toma desde los laterales con un agarre firme. También es muy ultil cuando queremos forjar espigas.

El proceso es igual que el anterior así que solo les dejo las fotos.














martes, 1 de mayo de 2007

Capitulo II

CAPITULO II

Fraguas, Yunques, Martillos….

Fragua es donde vamos a concentrar la temperatura para forjar y posiblemente templar nuestras hojas.

Existen varios tipos y modelos. Desde las de manija hasta las de gas propanos todas cumplen con mayor o menor eficiencia su cometido que es calentar el acero.

Las fraguas a carbón son fáciles de improvisar y económicas de construir. Simplemente intrudciendo un caño con perforaciones en una pila de carbón encendido y usando un secador de pelo podemos generar calor suficiente como para forjar y templar.


Otras fraguas un poco mas equipadas y que dan mejores resultados son las de manija. Poseen una turbina que se acciona girando una palanca. Esto nos permite regular el flujo de aire y de esa forma la temperatura. También son de construcción simple y muy recomendables para principiantes.

Los hornos a gas son muy eficientes si están bien hechos. Lo ideal es usar un horno que tenga el interior cilíndrico y cubierto con el mejor material refractario posible. Al ser cilíndrico y tener la entrada del fuego tangencial al centro se aprovecha mucho mejor la llama por el recorrido que esta tiene. Los horno cuadrados también funcionan pero consumen mas gas y tardan mas en calentar.


Yunques:


El yunque es el lugar donde daremos forma a nuestras hojas, remacharemos los cabos, y haremos mil cosas mas. Es simple pero muy importante para el forjador.

Que debe tener el yunque? Lo principal es que tenga buen peso y una superficie plana donde golpear. Tienes que calcular que el yunque debe ser por lo menos 3 veces mas pesado que la hoja del cuchillo, mas el martillo, mas la fuerza del golpe. Así que como puede pero no tendrá la misma capacidad para absorber los golpes del martillo y esto repercutirá en nuestros huesos. Minimo necesitas uno de 20 Kgrs. Se puede forjar sobre un yunque mas liviano? Si se

Casi todo el mundo utiliza como primer yunque un riel de ferrocarril, lo cual no es malo porque forma de conseguir un yunque es ir a una cacharrería y tratar de conseguir algún

bloque descartado de acero. Si tenemos posibilidad de conseguir un yunque propiamente dicho mejor, y cuanto mas pesado tanto mejor.

Existen varios tipos los mas comunes son dos. El estilo Ingles con cuerno redondo, escalón y mesa plana larga, y la Bigornias, tienen 2 cuernos uno redondeado y el otro son de acero, generalmente no están golpeados y son económicos. Otra buena obtuso.



Martillos y Mazas.

Lo principal que se debe buscar en un martillo o maza para forjar es la distribución del peso, después la forma, y por ultimo el material con el que esta realizado.

Necesitamos que la parte de la cara del martillo sea mas pesada que el resto, esto hace que el golpe siempre trate de caer de esa forma y evita movimientos producto del desbalance.

La forma y peso esta directamente relacionada con la función que el martillo va a realizar, si es para estirar no es lo misma que el que usamos para bajar filo o remachar.

Principalmente usaremos tres tipos de martillos de distintos pesos.



1) Maza de 1,5 kgrs de sección circular o redondeada, es muy recomendable conseguir un martillo bolita de ese peso. Esta la usaremos para estirar y para bajar el primer filo. El cabo es delgado y permite distintos agarres cómodos.

2) Martillo bolita de 500 grs, este se usa para estirar filos finos, para remachar, y para dar formas delicadas.

3) Maza de 1,5 estilo francesa o de pena. Esta maza es ideal para estirar material grueso y para planchar. Tiene una sección plana de un lado y una cuña suave del otro. El cabo es grueso y la hace ideal para trabajos que necesitan fuerza.

Todos estos martillos varían según el forjador, yo mismo tengo como 5 mas. Pero son los básicos.

Material del martillo.

Yo uso siempre martillos suaves de hierro o de acero destemplado. Trato de evitar los martillos duros por dos motivos. 1 me interesa evitar cualquier marca en el forjado así que prefiero que se abolle un poco el martillo y que no me marque la hoja, 2 el valor es muy bajo y son fáciles de conseguir y hasta de hacer.

Forja Basica

Encendiendo el fuego:

Este capitulo trata del comienzo de esta pasión que nos llevo a realizar el primer cuchillo forjado.

Pensemos antes de empezar para que fin estamos haciendo el cuchillo, que tipo de uso vamos a darle, y que podemos hacer realmente.

Quizás hoy estés con poco equipo y solo tengas un bracero alimentado por un ventilador de mano, o quizás ya tengas tu propia fragua a gas. Estas primeras preguntas te las vas a hacer siempre que comencé un nuevo proyecto.

Pasemos entonces a elegir, si podemos, un acero que sea adecuado para nuestro cuchillo. Trataremos de conocer lo mejor posible el acero, su procedencia, si es posible fabricante, y todos los datos técnicos sobre el tratamiento térmico recomendado.

Muchas veces, y sobre todo al comienzo de nuestro viaje no sabemos siquiera donde ir a comprar acero o simplemente no sabes como pedir el acero.

Esto es simple. Los acero están agrupados por características que los componen, es decir que el componente que predomine en la “mezcla” va a darle el nombre o numero al acero.

Tal es así que los aceros S.A.E. por las siglas en ingles tienen una numeración para cada elemento. Por ejemplo los aceros al carbono siempre comienzan con el numero 1, el numero que le sigue es la cantidad de ese componente que tiene. Por ejemplo el acero 1045 tiene 0,45 % de carbono y el 1095 0,95

En la tabla que continua podrán ver las nomenclaturas utilizadas para los aceros SAE y que numero corresponde para cada acero.


Aceros al Carbono

10XX

Solo carbono 1.00% max

11XX

Refulcirizado libre de maquinado

12XX

Refulcirizato Refosfatado libre de maquinado

15XX

Solo Carbono, Mn 1.00-1.65%

Aceros al Manganeso

13XX

Mn 1.75%

Aceros al Niquel

23XX

Ni 3.50%

25XX

Ni 5.00%

Aceros al Cromo Niquel

31XX

Ni 1.25%, Cr .65-.80%

32XX

Ni 1.75%, Cr 1.07%

33XX

Ni 3.50%, Cr 1.50-1.57%

34XX

Ni 3.00%, Cr .77%

Aceros al Molivdeno

40XX

Mo .20-.25%

44XX

Mo .40-.52%

Aceros Cromo Molibdeno

41XX

Cr .50-.95%, Mo .12-.30%

Aceros Níquel Cromo Molibdeno

43XX

Ni 1.82%, Cr .50-.80%, Mo .25%

47XX

Ni 1.05%, Cr .45%, Mo .20-.35%

Aceros Molibdeno Níquel

46XX

Ni .85-1.82%, Mo .20-.25%

48XX

Ni 3.50%, Mo .25%

Aceros al Cromo

50XX

Cr .27-.65%

51XX

Cr .80-1.05%

50XXX

Cr .50%, C 1.00% min

51XXX

Cr 1.02%, C 1.00% min

52XXX

Cr 1.45%, C 1.00% min

Aceros Cromo Vanadio

61XX

Cr .60-.95%, V .10-.15%

Aceros Tungsteno cromo

72XX

W 1.75%, Cr .75%

Aceros Cromo Níquel Molibdeno

81XX

Ni .30%, Cr .40%, Mo .12%

86XX

Ni .55%, Cr .50%, Mo .20%

87XX

Ni .55%, Cr .50%, Mo .25%

88XX

Ni .55%, Cr .50%, Mo .35%

Aceros Silico Manganeso

92XX

Si 1.40-2.00%, Mn .65-.85%, Cr 0-.65%

Aceros Níquel Cromo Molibdeno

93XX

Ni 3.25%, Cr 1.20%, Mo .12%

94XX

Ni .45%, Cr .40%, Mo .12%

97XX

Ni .55%, Cr .20%, Mo .20%

98XX

Ni 1.00%, Cr .80%, Mo .25%


Pero de todos estos cuales nos sirven para cuchillería?, lo idea es que un acero para cuchillería tenga por lo menos 0,50 % de Carbono. Pero, porque? La cantidad de carbono es lo que le da la capacidad de adquirir dureza al acero es lo que lo diferencia del simple hierro.

Los demás componentes nos Irán agregando propiedades en la balanza final. Por ejemplo un acero al cromo con carbono, como el 5160, además de tener 0,60% de carbono tiene 0,80 al 1 % de cromo lo cual le agrega mejor retención de filo y mayor resistencia a la oxidación, aunque oxidable lo es menos que el 1060. Sigamos con los números. El 52100 tiene 1 a 1,10 % de carbono y hasta 2% de cromo. Así que tenemos un acero que tiene la cantidad máxima de carbono sumado a el doble de cromo que el 5160.

Abajo podrán ver una tabla con los aceros mas usados para cuchillería. No se asusten si no conocen alguno porque muchos están con sus nombres comerciales.
















Una vez que conseguimos el acero, ya sea comprado o reciclado trataremos de averiguar de que tipo se trata en orden de completar el tratamiento térmico. Abajo podrán ver una lista con los aceros mas comunes que se pueden encontrar en cacharrerías de todo mundo y sus posibles usos.

Herramientas agrarias 1080

Bolillas de Rodamientos 52100

Sierra en cinta L6

Disco de Embrague 1070

Espirales Amortigua 5160

Bielas de motor 1040

Cigüeñal 1045

Mechas m2

Aspas de vetilador 1020

Limas W2

Engranajes de Transmi 3115

Disco de Arado 1080

Cuchillas Industriales m2

Cuerda de Piano 1085

Rieles Ferroviarios 4140

Clavos Ferrocarril 1020

Elasticos de suspensión 5160 / 9260

Sierras de serrucho mec m42

¿Pero que acero uso?

Te recomiendo que empieces por los mas básicos y fáciles de trabajar. Que nos permita equivocarnos y que no sea muy costoso. Para esto el ideal es el 5160, se consigue a bien precio en las aterías y también es muy accesible en las cacharrerías.

Si en algun momento tienes dudas sobre el acero te recomiendo que hagas una prueba simple. Consiste en apoyar suavemente el trozo de acero sobre una piedra o lijadora y ver que tipo de chispas salen al hacerlo.

Hierro o 1030. Como se ve en la foto las chispas son finas y largas, y sobre todo son lineales.



En este caso el acero es 52100. La chispas son mas amontonadas y a corta distancia del contacto con el abrasivo forman “ramilletes” o se difurcan formando estrellas. Esto nos indica que estamos frente acero y no hierro.

Con el pasar del tiempo y las distintas pruebas que vallas haciendo puedes calibrar el ojo y llegar a darte cuenta de que cantidad contiene cada muestra.