Aceros de Construcción con Tratamientos Térmicos: Propiedades y Aplicaciones

ACEROS DE CONSTRUCCIÓN CON TRATAMIENTOS TÉRMICOS (T.T.)

INTRODUCCIÓN

El objetivo de los aceros de construcción con tratamientos térmicos es satisfacer la necesidad de obtener características mecánicas más elevadas. Para abordar los problemas de baja templabilidad en aceros al carbono, se recurrió al uso de aleantes. Inicialmente, se utilizaban aceros al carbono debido a que el carbono (C) es un agente endurecedor. Sin embargo, la falta de templabilidad limitaba su uso a piezas de diámetro inferior a 10 mm.

La incorporación de aleantes en el acero permitió obtener aceros de temple en aceite con un riesgo reducido de agrietamiento. La templabilidad se define como la capacidad de una aleación para formar martensita tanto en la superficie como en su interior, y por lo tanto, de endurecerse cuando se somete a tratamientos térmicos.

CARACTERÍSTICAS DE LOS ACEROS DE CONSTRUCCIÓN CON T.T.

Los aceros de esta categoría se caracterizan por:

• Contenidos de carbono entre 0.25% y 0.45%.
• Aleantes principales: Cromo (Cr), Níquel (Ni) y Molibdeno (Mo), solos o en combinación.
• Distribución típica de aleantes: el porcentaje de cromo es entre 1/5 y 1/3 del porcentaje de níquel, y el porcentaje de molibdeno rara vez supera el 0.65%.

Históricamente, los primeros aceros utilizados fueron los aceros al níquel, con contenidos entre 2% y 3%. Posteriormente, se desarrollaron los aceros cromo-níquel y, más tarde, los aceros cromo-níquel-molibdeno. Una de las características más importantes de estos aceros es su elevada templabilidad, lo que permite alcanzar resistencias superiores a los 1300 MPa. Actualmente, se tiende a utilizar aceros Cr-Ni-Mo de baja aleación con porcentajes de cromo y níquel inferiores al 1.5%.

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS DE CONSTRUCCIÓN CON T.T.

Dada la variedad de aceros de construcción con T.T., se pueden clasificar según tres criterios principales:

1. Clasificación en base a composición:

• Aceros al Níquel
• Aceros al Cromo-Níquel
• Aceros al Cr-Ni-Mo

2. Clasificación en base al % de carbono y la dureza desarrollada:

• Aceros MUY DUROS (0.45% C)
• Aceros SEMIDUROS (0.35-0.45% C)
• Aceros NORMALES (0.30-0.35% C)

3. Clasificación en base a TEMPLABILIDAD (resistencia obtenida después del temple y revenido):

• Aceros con una resistencia a la tracción (Rt) > 1000 MPa
• Aceros con una Rt de 700 a 800 MPa en la mitad del radio de redondos de 100 mm de diámetro, después de temple y revenido a 550 ºC.

ENSAYO DE TEMPLABILIDAD DE JOMINY

El ensayo de Jominy se utiliza para determinar la templabilidad de un acero. Consiste en calentar una probeta cilíndrica a una temperatura superior a la A3c y luego enfriarla con un chorro de agua. La velocidad de enfriamiento es máxima en el extremo templado y disminuye a lo largo de la probeta. Los resultados del ensayo permiten establecer condiciones límite para asegurar la obtención de valores predeterminados de resistencia.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

1. Temple

El temple tiene como objetivo obtener el acero en su estado más duro y resistente, con una microestructura martensítica. Consiste en calentar el acero a una temperatura superior a la temperatura crítica superior (A3) y luego enfriarlo rápidamente. La temperatura de temple se encuentra por encima de la A3 para asegurar la formación de austenita y obtener una microestructura totalmente martensítica.

2. Revenido

El revenido se realiza para compensar la falta de ductilidad provocada por el temple, incrementando la tenacidad del acero. Consiste en calentar el acero a temperaturas entre 550 y 650 ºC y luego enfriarlo al aire o al aceite. Es importante evitar la fragilidad del revenido, que ocurre en el intervalo de temperaturas entre 450 y 550 ºC, realizando el tratamiento a temperaturas superiores a 550 ºC y enfriando en aceite o agua.

3. Recocido

El recocido tiene como objetivo obtener estructuras más estables, ablandar el acero para facilitar el mecanizado, etc. Reduce las propiedades límite elástico y resistencia, pero incrementa la elongación y la resiliencia. Consiste en calentar el acero a 650-680 ºC y luego enfriarlo al aire. En algunos casos, puede ser necesario aplicar un segundo recocido para ablandar suficientemente el acero.

APLICACIONES DE LOS ACEROS DE CONSTRUCCIÓN CON T.T.

La templabilidad de estos aceros determina su aplicación. Según el diámetro de la sección y el acero utilizado, se pueden emplear en:

• 10 a 15 mm: Aceros al carbono templado y revenido en estado normalizado.
• < 20 mm: Aceros al cromo con 1% de Cr, que presentan descensos de la temperatura de transición por el efecto afinador de grano del cromo. La adición de boro (0.003%) permite aumentar el diámetro.
• 20 a 40 mm: Aceros al cromo con aleantes menores (Mn, Mo, Si y Ti). Sin embargo, los aleantes menores elevan la temperatura de transición.
• 40 a 70 mm: Añadiendo níquel (1 al 1.5%) a los aceros anteriores se consigue elevar la templabilidad y reducir la temperatura de transición.
• > 70 mm: Para estas secciones se requieren adiciones mayores de níquel, entre un 2 y un 3%.

Los aceros de construcción con T.T. se utilizan en elementos de máquinas y motores de gran rendimiento sometidos a cargas elevadas, así como en grandes piezas que requieren elevadas resistencias en todo su espesor. Algunas aplicaciones típicas incluyen:

• Motores de aviación
• Bielas
• Ejes
• Motores y piezas de máquinas que requieren resistencias elevadas

TENDENCIAS EN LOS ACEROS DE BAJA ALEACIÓN

Las mejoras en la tecnología de fabricación y las mejores calidades de los aceros de baja aleación han impulsado su uso. Una ventaja de estos aceros es su buena soldabilidad, que evita microsegregaciones de fósforo (P) y azufre (S) en las zonas interdendríticas. Existe una tendencia hacia contenidos elevados de silicio, que mejora la resistencia de estos aceros.