Procesos Fundamentales de Temple en Aceros y Mecanismos Detallados de Corrosión Metálica

Temple: Endurecimiento de Aleaciones Férreas

El temple es un tratamiento térmico que consiste en el calentamiento de algunas aleaciones de hierro (Fe) seguido de enfriamientos rápidos y continuos en un medio adecuado (agua, aceite o aire). Se utiliza para la obtención de aceros martensíticos, que son más duros. La capacidad de un acero para transformarse en martensita se denomina templabilidad.

Temple Martensítico

En el temple martensítico, el acero se calienta a la temperatura de austenización y se mantiene hasta que toda la estructura se transforma en austenita. Posteriormente, se enfría rápidamente en un baño de sales sobresaturadas de carbono a temperatura constante. Durante este periodo, la austenita no debe sufrir ninguna transformación. La estructura FCC (Cúbica Centrada en las Caras) de la austenita pasa a ser BCT (Tetragonal Centrada en el Cuerpo), característica de la martensita. Este tipo de temple admite hasta un 0,6% de carbono (C) máximo. Como resultado, la dureza y la resistencia mecánica del acero aumentan considerablemente.

Temple por Precipitación

Este tratamiento es aplicable a aleaciones de magnesio (Mg), aluminio (Al) y cobre (Cu). El endurecimiento se produce tras el enfriamiento. Durante el enfriamiento, partículas finas de un compuesto químico precipitado se oponen a la dislocación de los cristales de la aleación. Sin embargo, el enfriamiento es demasiado rápido para que el compuesto se mezcle homogéneamente con la aleación. El producto final es el mismo que el obtenido durante el calentamiento previo al enfriamiento rápido.

Temple Continuo de Austenización Completa

Este método se utiliza para aceros hipoeutectoides. El material se calienta aproximadamente 50°C por encima de la temperatura crítica superior (Ac₃) y luego se enfría en el medio más adecuado para lograr la transformación deseada. Su principal componente estructural resultante es la martensita.

Temple Continuo de Austenización Incompleta

Este proceso es adecuado para aceros hipereutectoides. El procedimiento es similar al de austenización completa, pero en este caso, la austenita se transforma parcialmente, y la cementita (Fe₃C) presente originalmente queda intacta. Al enfriar a gran velocidad, se obtiene una estructura final compuesta por martensita y cementita.

Factores Influyentes en el Temple

Diversos factores afectan el resultado del proceso de temple:

• Composición del acero: El porcentaje de carbono y otros elementos aleantes.
• Temperatura de calentamiento: Depende del porcentaje de carbono (%C) o de la aleación específica.
• Tiempo de calentamiento: Varía según la masa y el espesor de la pieza.
• Velocidad de enfriamiento: Es el factor más crítico para la formación de martensita.
• Características del medio de enfriamiento: Condiciona la velocidad de enfriamiento. Los medios comunes son:
  • Agua
  • Aceite
  • Aire
• Tamaño y geometría de la muestra: Especialmente el grosor, que influye en la uniformidad del enfriamiento.

Tratamientos Termoquímicos Superficiales

Estos tratamientos modifican la composición química de la superficie del acero para mejorar sus propiedades.

Cementación

La cementación consiste en agregar carbono (C) a la superficie del acero a una temperatura determinada. La reacción general puede representarse como: Fe_γ + 2CO → [Fe_γ + C] + CO₂. Este proceso se aplica a aceros con bajo contenido en carbono para obtener una superficie con alta dureza y un núcleo con buena resiliencia (tenacidad).

Carbonitruración

En la carbonitruración se introduce carbono y nitrógeno en la superficie del acero. Un método utiliza cianuro sódico (NaCN) como cementante líquido. Las reacciones implicadas pueden ser: 2NaCN + O₂ → 2NaCNO; y posteriormente 4NaCNO → Na₂CO₃ + 2NaCN + CO + 2N. El nitrógeno forma nitruros férricos, que son compuestos muy duros, contribuyendo al endurecimiento superficial.

Nitruración

La nitruración se aplica a ciertos aceros y fundiciones que contienen elementos como aluminio (Al) y cromo (Cr) para conseguir durezas superficiales muy elevadas. Se efectúa en hornos especiales a temperaturas entre 500°C y 525°C, utilizando corrientes de amoníaco (NH₃) que se disocia: 2NH₃ → 2N + 3H₂. El nitrógeno atómico difunde en el acero y forma nitruros de hierro (por ejemplo, Fe₄N) y nitruros de los elementos de aleación, que son extremadamente duros.

Tipos de Corrosión Metálica

La corrosión es el deterioro de un material, usualmente un metal, debido a reacciones químicas o electroquímicas con su entorno.

Corrosión Uniforme

Se caracteriza por zonas catódicas y anódicas que se intercambian constantemente sobre la superficie de un metal expuesto a un electrolito. El desgaste es relativamente uniforme en toda la superficie.

Corrosión Galvánica

Ocurre cuando dos metales diferentes están en contacto eléctrico y expuestos a un electrolito conductor. El metal más electronegativo (ánodo) se corroe preferentemente, mientras que el más electropositivo (cátodo) se protege.

Corrosión por Aireación Diferencial

Se produce en grietas, rendijas u otras zonas donde penetra la suciedad y la humedad. Las zonas interiores, con menor acceso al oxígeno, se vuelven anódicas y se corroen, mientras que las zonas con más oxígeno actúan como cátodos. Esto ocurre porque las zonas interiores quedan empobrecidas de oxígeno al consumirse este en la reacción de corrosión.

Corrosión por Picaduras (Pitting)

Es una forma de corrosión localizada que produce pequeñas cavidades o picaduras en la superficie del metal, avanzando hacia el interior. Una pequeña discontinuidad superficial puede iniciar el proceso; la superficie bajo ella se queda sin oxígeno, volviéndose anódica y acelerando la corrosión local.

Corrosión Intergranular

Ocurre cuando en los límites de grano del metal precipita una segunda fase, creando una diferencia de potencial y formando una celda galvánica localizada. Por ejemplo, en algunos aceros, la ferrita puede ser anódica respecto a la cementita precipitada en los bordes de grano, produciéndose una circulación de electrones y la corrosión preferencial de estas zonas.

Corrosión Selectiva (Desaleación)

Se presenta cuando uno de los metales de una aleación monofásica se corroe preferentemente, dejando una estructura porosa del metal o metales restantes. Un ejemplo común es la descincificación del latón (aleación Cu-Zn), donde el zinc se corroe selectivamente.

Corrosión por Erosión

En este tipo de corrosión, la capa protectora de óxido (pasivación) de los metales es destruida por la acción mecánica de un fluido en movimiento (desgaste, abrasión). Se produce típicamente en elementos que conducen fluidos a alta velocidad, como tuberías, codos o bombas.

Corrosión Bajo Tensión (Stress Corrosion Cracking - SCC)

Se produce por la acción combinada de un esfuerzo de tracción (interno o aplicado) y un medio corrosivo específico. El esfuerzo o tensión interna crea pequeñas grietas. Las zonas en el fondo de la grieta, con menor acceso al oxígeno, pueden actuar como ánodos, y la corrosión progresa, llevando a la fractura del material. Es común tras procesos de deformación en frío que introducen tensiones residuales.