Clasificación y Tratamientos Térmicos del Acero: Guía Completa

Clasificación de las Aleaciones Fe-C

Tipos de Aceros

Las aleaciones Fe-C se clasifican en los siguientes grupos:

• Aceros hipoeutectoides
• Aceros eutectoides
• Aceros hipereutectoides

Tipos de Fundiciones

• Fundiciones hipoeutécticas
• Fundiciones eutécticas
• Fundiciones hipereutécticas

Tratamiento Térmico

El objetivo de los tratamientos térmicos es mejorar las propiedades de los materiales. Para que sus propiedades cambien, es necesario que la estructura interna de los materiales también se modifique, lo que se logra mediante calentamientos y enfriamientos adecuados, formalizando los llamados tratamientos térmicos.

Transformaciones de la Austenita

El punto de partida de casi todos los tratamientos térmicos es la austenita. Esto significa que el material se encontrará a elevadas temperaturas, las cuales se alcanzarán de forma lenta, logrando un calentamiento uniforme en todo el volumen de la pieza, desde el exterior del cuerpo hasta su parte central o núcleo. De hecho, se suele establecer una velocidad de calentamiento inferior a 101°C/seg.

Una vez alcanzada la temperatura de austenización, se permanecerá en ese estado el tiempo suficiente para asegurar que toda la estructura del cuerpo sea austenita. En este estado, se podrá someter al acero a un lento enfriamiento para obtener los constituyentes estables estudiados en el diagrama Fe-C, o a un enfriamiento rápido para generar constituyentes que se encuentran en un equilibrio aparente, pero que pueden cambiar a un estado más estable. Estos constituyentes reciben el nombre de metaestables.

Con el diagrama Fe-C, podemos conocer las transformaciones que experimentan el acero y la fundición al ir variando su temperatura lentamente.

El resultado final del material dependerá de la velocidad de enfriamiento. Así, podemos hablar de:

• Enfriamientos lentos: Siguen las leyes del diagrama Fe-C, logrando estructuras parecidas a las de equilibrio. Un enfriamiento lento será aquel en el que el gradiente de temperatura sea inferior a 50°C/seg.
• Enfriamientos medios: El intervalo de temperaturas al que enfriarán se encontrará entre 50 y 200°C por segundo.
• Enfriamientos rápidos: El descenso de temperatura se produce con una rapidez comprendida entre 250 y 500°C por segundo.
• Enfriamientos muy rápidos: Se realizan a una velocidad superior a 500°C/seg.

Transformaciones Isotérmicas de la Austenita

Se vio la necesidad de ir estudiando la transformación que experimentaba la austenita a temperaturas constantes. El diagrama resultante recibe el nombre de TTT (Temperatura, Tiempo y Transformación) y es la base principal para el estudio de los tratamientos térmicos. Estableciendo dos ejes de coordenadas, el de ordenadas representa las temperaturas y el de abscisas, los tiempos que duran las transformaciones.

Tratamientos Térmicos de los Aceros

En procesos de calentamiento y enfriamiento, los aceros sufren transformaciones en estado sólido con la consiguiente variación en sus propiedades. Esto lo logramos con los tratamientos térmicos que reciben el nombre de recocido, normalizado y temple.

Calentamiento

Elevar progresivamente la temperatura del elemento mediante un dispositivo como un horno. Este calentamiento será progresivo, permitiendo que todo el material vaya aumentando la temperatura uniformemente. La velocidad de calentamiento dependerá en gran medida del espesor de la pieza y del tipo de acero. Una vez alcanzada la temperatura, se mantiene en ese estado un tiempo determinado con el fin de que todo el material se haya transformado en austenita y esta sea homogénea.

Enfriamiento

Este paso es mucho más variable e incluso delicado porque de él dependerá el resultado final del tratamiento. Seguidamente, iremos desglosando esta fase en cada tipo de tratamiento.

Recocido

Es un tratamiento térmico que persigue ablandar el material, homogeneizar la estructura y afinar el grano.

Temple

El temple tiene como finalidad aumentar la resistencia y la dureza del material. Diremos que el temple consiste en calentar el material a una temperatura suficientemente alta para que se transforme en austenita y, una vez en este estado, enfriarlo lo suficientemente rápido para transformar la austenita en martensita, con el consiguiente aumento de dureza.

Factores y Fases a Tener en Cuenta en el Temple

Calentamiento

Enfriamiento

Es muy importante y muy complicado elegir el medio de enfriamiento. El más adecuado será aquel que logre disminuir la temperatura a una velocidad ligeramente superior a la crítica de temple. Los medios más empleados en el enfriamiento son: agua, aceite, y metales y sales fundidos.

Revenido

Tratamiento complementario del temple, elimina las tensiones residuales y disminuye la fragilidad de los aceros templados.

Tratamientos Termoquímicos

En los tratamientos térmicos, las propiedades mecánicas varían, pero la composición química no cambia en ningún momento. En los tratamientos termoquímicos, modificamos la composición química de la superficie de la pieza. Por un proceso de difusión, introducimos en el material ciertos elementos como pueden ser el carbono, el nitrógeno, etc. Así podemos lograr aumentar la dureza, la resistencia al desgaste, a la corrosión, etc.

• Cementación: Aumentar la concentración de carbono en la superficie de la pieza.
• Nituración: Aportar nitrógeno a la superficie de un acero, consiguiendo endurecerlo superficialmente.
• Cianuración: Enriquecemos la capa superficial con carbono y nitrógeno.

Productos Siderúrgicos

En los talleres mecánicos se realizan gran diversidad de trabajos, lo que implica emplear materiales de distintos tipos, formas y dimensiones.

Lingotes y Desbastes

Particularizando en el acero, los primeros productos que se obtienen, y que posteriormente se transforman en otros elementos, son los conocidos como lingotes y desbastes.

• Lingotes: Se obtienen por colada del metal líquido en moldes.
• Desbastes: Son productos que se obtienen mediante colada continua. Se dividen en: desbaste de sección cuadrada, de sección rectangular, desbaste plano, redondo y para desfiles.

Productos Planos

Poseen secciones transversales rectangulares y su anchura es muy superior al espesor.

• Chapas: Son productos laminados, se suministran normalmente en forma cuadrada o rectangular con una anchura igual o superior a 600 mm, aproximadamente 1000x2000 mm.
  • Si el espesor del producto es inferior a 3 mm, se trata de chapa fina. Si es igual o superior a 3 mm, estaremos hablando de chapas gruesas. Cuando el espesor de la chapa es inferior a 1 mm se le suele llamar "hoja".
  • Chapa negra está formada por acero no aleado, bajo en carbono.
  • Chapa perfilada: hay distintos tipos: chapas onduladas (se utiliza en cubiertas), chapa nervada y chapas Pegaso.
  • Productos compuestos: se obtienen de unir o combinar productos planos.
  • Chapa sándwich: formada por dos chapas unidas mediante una capa plástica aislante de material sintético.
• Hojalata: Ambas superficies han sido recubiertas de estaño, mediante un proceso electrolítico o por baño en estaño fundido.
• Banda (bobina): Es un producto plano que, después de su laminación, se enrolla en forma de bobina.
• Plano ancho: Es un producto plano que posee una anchura comprendida entre los 150 mm y los 1250 mm. Su espesor normalmente es superior a 4 mm.

Productos Largos

Materiales de sección constante que se presentan normalmente en barras o rollos.

• Alambrón: Es un material que se comercializa bobinado en rollos y cuyo diámetro o dimensión nominal es igual o superior a 5 mm.
• Alambre: Se obtiene de la deformación en frío del alambrón mediante trefilado (estirado en frío mediante una hilera o matriz reductora). Hay dos tipos: con recubrimiento o sin recubrimiento.
• Barras: Estos productos se suministran siempre en formas rectas, habitualmente con una longitud de seis metros.
  • Redondas: Su sección transversal será circular y normalmente igual o superior a 8 mm.
  • Cuadradas, hexagonales y octogonales: Las cuadradas suelen tener la longitud de lado igual o mayor a 8 mm y las hexagonales igual o mayor a 13 mm.
  • Rectangulares: Su nombre indica la forma de su sección y su espesor suele ser igual o mayor a 5 mm.
  • Barras especiales: Productos que tienen formas particulares.
  • Productos calibrados: Presentan la superficie libre de defectos y de descarburación superficial.
  • Productos grafilados o corrugados: Para la realización del hormigón armado y del pretensado se emplean barras, alambre o alambrón de sección circular o corrugada, conociéndose coloquialmente con el nombre de ferralla. El producto en sí suele llamarse tetracero.
• Perfiles estructurales: Son productos laminados en caliente y cuyas secciones transversales van a poder ser en forma de I, H o U.
  • Perfiles en I: Serán aquellos productos en forma de I.
  • Perfil en H: Su forma será un perfil en H.
  • Perfil en U.
  • Otros perfiles:
    • Perfiles en U, I y H, en los cuales la altura del alma es menor de 80 mm.
    • Angulares: Cuyo perfil posee forma de L. Podrán ser angulares iguales (perfiles L) o desiguales (perfiles LD).
    • Perfiles en I.
    • Otros productos con formas especiales.

Productos Tubulares

• Tubo sin soldadura: Se obtienen mandrinando un producto macizo, el cual se somete posteriormente a un proceso de conformación.
• Tubos soldados: Son los más empleados. Se obtienen a partir de productos planos; una vez doblados de forma conveniente, los bordes adyacentes se sueldan entre sí.
  • Perfiles huecos: Tubos empleados habitualmente en la construcción en carpintería metálica.
  • Barras huecas.

Recubrimiento de los Productos

El hierro es un metal que se corroe fácilmente por la acción de agentes externos, destruyéndose paulatinamente. Muchos de los productos que vamos a encontrar van a presentar un recubrimiento metálico que los protege. Esta protección se suele lograr mediante la inmersión del producto en un baño fundido.

Tendremos:

• Productos recubiertos de cinc (galvanizado): Consiste en recubrir los elementos que se desean proteger con una película de cinc.
• Productos recubiertos de plomo (emplomado)
• Productos recubiertos de aleación de aluminio o aluminio-silicio
• Productos recubiertos de aleación aluminio-cinc