Optimización de Propiedades Metálicas: Tratamientos Térmicos y Termoquímicos Esenciales

Tratamientos Térmicos de las Fundiciones

Las fundiciones se pueden someter a recocidos y temples superficiales (flameados). Se enfrían lentamente para evitar la formación de grietas y el estallado de la pieza.

Maduración (Temple de Precipitación)

Este proceso se emplea en aleaciones no férreas, como las de Aluminio-Cobre (Al-Cu). Consiste en la obtención de una solución sobresaturada que madura mediante un proceso de revenido.

1. Se calienta la aleación a una temperatura en la que exista una fase estable y se aplica un temple (enfriamiento rápido).
2. El exceso de soluto tiende a precipitar, formando una nueva solución sólida con una estructura granular (por ejemplo, Al₂Cu). Esta nueva fase impide el movimiento de las dislocaciones, lo que confiere al material una combinación de dureza y tenacidad.

La maduración puede ser natural (a temperatura ambiente) o artificial (a temperaturas superiores a 100ºC).

Superaleaciones

Son aleaciones que, aunque sus propiedades a temperatura ambiente son normales, conservan su dureza y resistencia a altas temperaturas, a menudo gracias a un temple de precipitación. Las superaleaciones de aluminio, por ejemplo, pueden contener silicio, el cual rebaja el punto de fusión.

Las Maraging, aleaciones de Níquel y Hierro (donde el Níquel actúa como elemento endurecedor), son otro ejemplo. También pueden contener terceros elementos que forman compuestos intermetálicos. Son adecuadas para la fabricación de piezas pequeñas y finas, muy resistentes, lo que favorece diseños complejos y de alto rendimiento.

Tratamientos Termoquímicos

Además de calentar y enfriar, estos tratamientos modifican la composición química de la capa superficial del material mediante la adición de elementos como carbono, nitrógeno, etc.

Cementación (Carburación)

Consiste en aumentar el contenido de carbono en la superficie del material, rodeándolo de agentes carburantes y manteniéndolo a una temperatura elevada durante un tiempo determinado. La distribución del carbono sigue la Segunda Ley de Fick.

Posteriormente, se templa para obtener una gran dureza superficial. Es importante destacar que el grano del núcleo, al estar sometido a alta temperatura durante el proceso, tiende a crecer, por lo que a menudo se requiere un tratamiento posterior para afinarlo.

Se emplean agentes carburantes:

• Sólidos: como carbón vegetal.
• Líquidos: baños de sales fundidas.
• Gaseosos: atmósferas carburantes.

Nitruración

Es un procedimiento de endurecimiento superficial en el cual, mediante la absorción de nitrógeno, se consiguen durezas extraordinarias en la periferia de las piezas de acero y una mayor resistencia al desgaste.

Los objetos que se deseen nitrurar deben ser previamente templados y revenidos para que el núcleo central posea la resistencia necesaria para soportar la contracción de la periferia.

Las piezas se colocan en una caja cerrada a través de la cual se hace pasar una corriente de amoníaco (NH₃). Se introducen en el horno a una temperatura de 500-550°C (temperaturas superiores podrían inducir fragilidad en la superficie). Con este calentamiento, el amoníaco se disocia. El nitrógeno liberado forma nitruros de hierro en la capa superficial, los cuales son extremadamente duros y aumentan significativamente la dureza y la resistencia al desgaste.

Entre sus ventajas destacan:

• Gran dureza superficial.
• Alta resistencia a la corrosión.
• Ausencia de deformaciones significativas.
• Endurecimiento selectivo de determinadas superficies.
• Permanencia de la dureza a temperaturas elevadas.