TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Consiste en alterar las propiedades del material mediante calentamiento o enfriamiento del metal o aleación en estado sólido. Un proceso de tratamiento térmico adecuado permite aumentar significativamente las propiedades mecánicas de dureza, tenacidad y resistencia mecánica del acero. Estos tratamientos cambian la microestructura del material, con lo que las propiedades macroscópicas también son alteradas. Debemos tener en cuenta que estos tratamientos no varían la composición química del acero.
- Temple: es un tratamiento que se emplea para incrementar la dureza de las aleaciones de hierro. Es también una técnica para aumentar la dureza del vidrio. Es un proceso mecánico por el cual las aleaciones de acero y el hierro fundido se fortalecen y endurecen. Estos metales constan de metales ferrosos y aleaciones. Se realiza calentando el material a una cierta temperatura, dependiendo del material, y luego enfriándolo rápidamente.
Se evita que los procesos de baja temperatura, tales como transformaciones de fase, se produzcan al sólo proporcionar una estrecha ventana de tiempo en el que la reacción es a la vez favorable termodinámicamente y posible cinéticamente. Por ejemplo, se puede reducir la cristalización y por lo tanto aumentar la tenacidad, tanto de aleaciones como de plásticos (producida a través de polimerización).
Durante el temple es posible enfriar la muestra a velocidad uniforme, aunque la superficie siempre se enfría más deprisa que el interior. El tratamiento térmico adecuado del acero para producir una microestructura martensítica a lo largo y ancho de la sección de una muestra depende fundamentalmente de tres factores: composición de la aleación, tipo y carácter del medio de temple y tamaño y forma de la muestra. - Revenido:
- Recocido: consiste en exponer un material a elevada temperatura durante un período de tiempo y después enfriarlo lentamente. Sirve para eliminar tensiones, incrementar la plasticidad, la ductilidad y la tenacidad y/o para producir una microestructura específica. Existen diferentes tratamientos térmicos de recocido caracterizados por los cambios que producen.
Este proceso consta de 3 etapas: el calentamiento a la temperatura prevista, el mantenimiento o “impregnación térmica” a esta temperatura y el enfriamiento, generalmente hasta temperatura ambiente. El tiempo es un parámetro importante en estos procedimientos. Durante el calentamiento y el enfriamiento se pueden generar tensiones internas si la velocidad de enfriamiento es alta. Estas tensiones pueden producir deformaciones e incluso agrietamientos. La temperatura de recocido también es importante.
Este tratamiento se utiliza para eliminar los efectos del trabajo en frio, es decir, para ablandar y ductilizar un metal agrio. Durante su aplicación tienen lugar fenómenos de recuperación y recristalización. - Recocido total: se suele aplicar a los aceros bajos y medios en carbono que se han mecanizado o han experimentado gran deformación plástica durante el hechurado (forja) en frío. La aleación se austeniza calentando de 15 a 40ºC por encima de las líneas A3 o A1 hasta conseguir el equilibrio. Después la aleación se deja enfriar dentro del horno (se apaga el horno y se deja que ambos alcancen la temperatura ambiente). Suele necesitar varias horas. La microestructura resultante de este recocido es perlita gruesa (además de alguna fase proeutectoide) que es relativamente blanda y dúctil. Este tratamiento necesita mucho tiempo, pero origina una microestructura con granos pequeños y uniformes.
- Normalizado: los aceros que se han deformado plásticamente, por ejemplo por laminación, constan de granos de perlita (y como máximo una fase proeutectoide). Estos granos son relativamente grandes y de forma irregular, pero de tamaño muy variable. El proceso de normalizado sirve para afinarlos (p.ej., disminuir su tamaño medio) y producir una distribución de tamaños más uniforme. Los aceros perliticos de grano fino son más tenaces que los de grano grande. El normalizado se realiza calentando de 55 a 85ºC por encima de la temperatura crítica superior, la cual depende de la composición. Después del tiempo suficiente para conseguir la completa transformación a austenita (proceso denominado austenización) el tratamiento termina enfriando al aire.
- Esferidización o globulación: los aceros medios y altos en carbono tienen una microestructura consistente en perlita gruesa que puede llegar a ser demasiado dura para la deformación plástica y para el mecanizado. Estos aceros , y también otros, se pueden recocer para desarrollar una microestructura de esferoiditas. Este acero tiene la máxima blandura y ductilidad y es fácilmente mecanizable o deformable. El tratamiento térmico de esferoidización consiste en calentar la aleación a temperatura justo por debajo del eutectoide (línea A1). Si la fase madre es perlita, el tiempo de esferidización suele durar de 15 a 25 horas. Durante este recocido el Fe3C coalesce para formar partículas de esferoidita.
- Envejecimiento: el metal recupera su estructura desde una condición inestable o metastable que ha sido producida por temple o bajo trabajo en frio. El resultado es un cambio de las propiedades mecánicas y físicas, y el proceso puede ser acelerado utilizando una temperatura ligeramente más alta que la ambiente.
TEMPLABILIDAD
Capacidad del acero para ser endurecido en profundidad cuando se enfría desde una temperatura superior a su intervalo de transformación. La dureza de una superficie templada depende en gran parte del contenido de carbono, mientras que la dureza en profundidad o templabilidad dependen de los contenidos de carbono y de los elementos de aleación y del tamaño del grano.
La buena templabilidad es especialmente importante cuando toda la sección está sometida a grandes esfuerzos. No es tan importante cuando los esfuerzos elevados están localizados en la superficie o cerca de ella.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS PARA AUMENTAR LA RESISTENCIA A FATIGA
Además del temple y el revenido que incrementan la resistencia, existen varios procesos de endurecimiento de la superficie que mejoran considerablemente la resistencia a la fatiga y la resistencia al desgaste. Estos procesos no solo fuerzan el material de la superficie, sino que dejan en las capas superficiales esfuerzos residuales tangenciales y de compresión longitudinales.
- Temple o endurecimiento por flameado: se utiliza como tratamiento térmico local. Cuando calentamos la superficie, primero se dilata y luego pierde resistencia y se produce en ella la fluencia. Las capas superficiales se convierten en martensita por efecto del enfriamiento rápido y el mayor volumen de la martensita desarrolla tensiones residuales de compresión (si el enfriamiento es lento, no se produce martensita y las tensiones son de tracción). El ludimiento puede comenzar antes en ajustes templados por flameado, pero las grandes tensiones residuales de compresión retardan el proceso.
- Temple por inducción: la calidad y las propiedades después de este tratamiento son muy parecidas al temple por flameado. Probablemente solo resulte económico para producción en serie, ya que se necesitan máquinas especiales.
- Cementación o carburación: la absorción de carbono por la corteza aumenta su volumen, el material de la corteza se transforma e martensita y el núcleo se contrae por último al enfriarse, induciéndose así tensiones residuales elevadas de compresión en la superficie. Además el incremento de contenido de carbono de la corteza mejora sus propiedades mecánicas. El efecto de la cementación depende en cierto grado del espesor de la corteza.
- Nitruración: este tratamiento produce resultados análogos a los de la carburación, pero las tensiones residuales son más elevadas y el porcentaje de aumento de la resistencia es generalmente mayor. Además la nitruración tiene la ventaja de que la deformación se reduce o es despreciable a cause de que no requiere temple después del proceso. Sin embargo, no es eficaz en superficies descarburadas.