Optimización de Aceros: Tratamientos Térmicos para Dureza y Tenacidad

Tratamientos Térmicos en Aceros Aleados: Optimización de la Microestructura

Aceros muy aleados: Para lograr una estructura ferrito-perlítica, se aplican los siguientes tipos de enfriamiento:

• Enfriamiento continuo: Enfriamiento muy lento desde la temperatura de austenización.
• Enfriamiento isotérmico: Enfriamiento rápido hasta una temperatura por debajo de Ac1, manteniéndola constante hasta lograr la transformación.
• Globulización: Cementita en forma esférica dispersa en una matriz ferrítica. Mejora la deformación en frío (Ac1).

Normalizado: Refinamiento de la Microestructura

El normalizado (Normalising) implica un enfriamiento al aire calmado, similar al recocido de regeneración, pero con una velocidad de enfriamiento mayor. En comparación con el recocido, el normalizado es más fácil y barato, produce una microestructura más homogénea y fina, y resulta en una dureza final mayor.

Temple: Aumento de Resistencia y Dureza

El temple requiere una velocidad de enfriamiento (V de enf) suficiente para lograr la formación de martensita. El objetivo principal es aumentar la resistencia y la dureza del acero. Siempre se aplica un revenido posterior al temple.

• Temperatura: T > Ac3 + 5 para aceros eutectoides; T > Ac + 50 para aceros hipoeutectoides.
• Tiempo de mantenimiento mínimo: Para homogeneizar la austenita (γ).
• Consideraciones: Evitar temperaturas excesivas para prevenir el crecimiento del grano y la fragilidad.

Capacidad de Temple y Severidad del Medio

• Capacidad de temple: Dureza máxima que puede alcanzar un acero al templarlo.
• Severidad de temple (H): Mide la capacidad de enfriamiento de un medio. Un valor alto de H puede causar agrietamiento debido al choque térmico.

Etapas de Enfriamiento

• Vapor: Formación de una capa de vapor en la superficie.
• Vapor-líquido: Burbujas de vapor y contacto intermitente con la pieza, aumentando la velocidad de enfriamiento.
• Líquido: Velocidad de enfriamiento baja.

Defectos del Temple

• Oxidación y descarburación.
• Exceso de fragilidad debido a temperaturas altas.
• Baja dureza.
• Deformación y grietas.

Tipos de Temple

• Enfriamiento continuo: Enfriamiento rápido hasta la nariz perlítica, luego más lento para permitir la transformación martensítica.
• Medios de enfriamiento: Agua + aceite (para formas complejas), agua + aire (para limas).
• Temple isotérmico (Martempering): Se logra martensita, evitando deformaciones y tensiones en piezas grandes.
• Austempering: 100% bainita, menor dureza pero mayor tenacidad. No requiere revenido y se aplica en piezas pequeñas.

Revenido: Mejora de la Ductilidad y Tenacidad

El revenido es un tratamiento térmico aplicado a estructuras templadas para mejorar la ductilidad y la tenacidad, y reducir las tensiones internas. Durante el revenido, el carbono atrapado en la red cristalina precipita formando carburos.

• Enfriamiento: Aunque puede ser rápido, se recomienda evitarlo para no generar tensiones térmicas.
• Objetivo: Reducir la fracción de austenita residual.
• Propiedades mecánicas: La variación depende de la temperatura y el tiempo.
• Aplicación: Siempre se aplica después del temple.

Templabilidad: Formación de Martensita en la Sección del Acero

La templabilidad es la aptitud de un acero para formar martensita en todos los puntos de su sección. Se evalúa mediante curvas TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación).

Medición de la Templabilidad

• Diámetro crítico: Diámetro para el cual la estructura contiene 50% de martensita. Depende del medio refrigerante.
• Curvas Jominy: Representan la dureza en función de la distancia desde la superficie. Curvas planas indican mayor templabilidad.

Influencia de la Composición

• Elementos en solución sólida: Aumentan la templabilidad, retrasando el inicio de las transformaciones perlíticas.
• Elementos de aleación: Reducen la temperatura Ms (inicio de la transformación martensítica).

Influencia del Tamaño de Grano de Austenita

• Tamaño de grano grande: Aumenta la templabilidad, pero no se recomienda debido al aumento de la fragilidad.

Influencia de Segundas Fases

• Precipitados: Disminuyen la templabilidad.

Medidas de Templabilidad

• Diámetro crítico: Diámetro para el cual la estructura contiene 50% de martensita. Depende del medio refrigerante.
• Curvas de la U (Jominy): Representan la dureza en función de la distancia desde la superficie. Curvas planas indican mayor templabilidad.

Ensayo de Jominy

• Probeta: d = 25mm, L = 100mm.
• Procedimiento: Se austeniza a la temperatura adecuada y se enfría con agua.
• Curva de Jominy: Comparación entre aceros no aleados y de baja aleación. Mayor %C implica mayor capacidad de temple y templabilidad.

Designaciones de Aceros

• No aleado especial: C35 (0,35%C).
• Baja aleación: 35 Cr Mn 3-5 (0,35%C, Cr, Mn).
• Alta aleación: X35 Cr Mn 6-3 (0,35%C, Cr, Mn).
• Aceros rápidos: %W + %Mo + %V + %Co.
• Aceros no aleados generales: 13 Q 24 (%).

Tratamientos Superficiales: Mejora de las Propiedades Superficiales

El objetivo de los tratamientos superficiales es aportar mejores propiedades a la superficie del material.

Cementación: Enriquecimiento Superficial con Carbono

La cementación es un proceso de endurecimiento superficial que incrementa el contenido de carbono en la superficie del acero. Se utiliza para obtener piezas con buena resistencia al desgaste y tenacidad en el núcleo, además de aumentar la resistencia a la fatiga. Es común en engranajes, coronas y levas.

• Proceso: En aceros con C < 0,2%, se enriquece la superficie hasta 1% de carbono.