Procesos de Tratamiento Térmico en Metales: Temple, Revenido, Recocido y Normalizado

Introducción a los Tratamientos Térmicos

Un tratamiento térmico es una operación de calentamiento y enfriamiento controlado al que se somete un material para inducir una transformación microestructural y mejorar sus propiedades mecánicas. Se pueden aplicar en aceros, fundiciones, aleaciones de aluminio y de titanio.

Objetivos de los Tratamientos Térmicos

Mediante los tratamientos térmicos podemos obtener:

• Propiedades mecánicas deseadas en las piezas tratadas.
• Estructuras con menor dureza que facilitan las operaciones intermedias de fabricación.
• Eliminación de la acritud de las piezas deformadas en frío.
• Eliminación de tensiones internas generadas en los procesos de deformación plástica en frío o soldadura.
• Estructuras más homogéneas en aquellas piezas obtenidas por solidificación fuera del equilibrio.
• Mejora de la dureza y resistencia.
• Aumento de la resistencia a agentes químicos.

Definición de Ciclo Térmico

Un ciclo térmico consiste en:

1. Un calentamiento de la pieza a una velocidad definida hasta llegar a la temperatura de mantenimiento.
2. Un tiempo de permanencia a dicha temperatura para homogeneizar la estructura.
3. Posteriormente, la pieza es enfriada con una velocidad de enfriamiento específica.

Parámetros del Ciclo Térmico

Velocidad de Calentamiento

Por razones económicas, tiene que ser lo más grande posible. Sin embargo, velocidades muy altas pueden producir gradientes térmicos, provocando distorsiones y agrietamientos en la pieza.

Temperatura de Mantenimiento

Es un factor importante, especialmente cuando se produce un cambio alotrópico. Esta temperatura determina la homogeneidad de la estructura final y el tamaño de grano. Si es demasiado alta, el acero se "quema" y queda inservible. En el temple, se denomina temperatura de austenización (Ta).

Tiempo de Permanencia

Si es excesivo, mayor será el tamaño de grano y peores serán las estructuras finales obtenidas. En el temple, debe ser suficiente para que la estructura se convierta completamente en austenita. Dependerá del espesor y la composición de la pieza.

Velocidad de Enfriamiento

Es el factor de mayor importancia, ya que de él dependen la estructura final y las propiedades mecánicas resultantes.

Tipos de Tratamientos Térmicos

Temple

Consiste en un calentamiento seguido de un enfriamiento rápido controlado, generalmente en agua o aceite. Este proceso puede generar tensiones internas y grietas.

Efectos del temple:

• Aumenta (↑): Dureza, resistencia, fragilidad.
• Disminuye (↓): Tenacidad, alargamiento, estricción, resiliencia.

Factores que afectan al Temple

• Composición del acero.
• Tamaño del grano.
• Estructura preliminar.
• Dimensiones y formas de las piezas.
• Modo de enfriamiento.
• Estado de la superficie.

Medios de Enfriamiento para el Temple

• Agua: Medio rápido y potente, para conseguir un temple fuerte. La temperatura del agua debe ser menor de 30 ºC. Las piezas deben agitarse dentro del agua para impedir que el vapor producido actúe como aislante, retrasando el enfriamiento.
• Aceite mineral: Es más lento que el agua, y se consiguen temples más suaves y uniformes.
• Metales y sales fundidas: Utilizados para enfriamientos isotérmicos.
• Aire: No tiene gran aplicación general, excepto para aceros que tengan una velocidad crítica de temple muy baja (aceros autotemplantes).

Revenido

Se aplica a piezas que ya han sido templadas y, por lo tanto, poseen gran fragilidad, tensiones internas residuales y son difíciles de mecanizar debido a su gran dureza. Se efectúa calentando la pieza a una temperatura entre 200 ºC y 650 ºC. El revenido conserva parte de la dureza y resistencia obtenidas en el temple, pero aumenta significativamente la tenacidad, ductilidad, alargamiento y resiliencia.

Un bonificado es el tratamiento conjunto de temple seguido de revenido.

Recocido

Es un tratamiento térmico cuyo objetivo principal es ablandar el material, regenerar la estructura o eliminar tensiones internas. Dependiendo de la propiedad buscada, se realizará con unas condiciones u otras. Algunos tipos son:

• Recocido Isotérmico: Para ablandar piezas que han sido forjadas en caliente.
• Recocido de Globulización: Para ablandar al máximo aceros muy carburados (alto contenido en carbono), facilitando su mecanizado.
• Recocido de Ablandamiento: Facilita el mecanizado y la deformación plástica de las piezas. Se llega a unos 700 ºC y se mantiene hasta 24 horas, seguido de un enfriamiento muy lento (aproximadamente 0.5 ºC/min).
• Recocido de Recristalización (o contra acritud): Para eliminar la dureza y tensiones internas adquiridas por el material cuando es deformado en frío (acritud). Se realiza a unos 550 ºC durante aproximadamente 2 horas, seguido de enfriamiento al aire. Se consigue aumentar la ductilidad.
• Recocido de Regeneración: Para afinar los granos que pueden haberse agrandado por sobrecalentamiento y para destruir los efectos producidos por un mal templado previo.

Normalizado

Su finalidad es afinar la estructura del grano y eliminar tensiones internas originadas por tratamientos defectuosos, mecanizado, forjado en frío o en caliente. Consiste en calentar el acero a una temperatura ligeramente superior a la crítica superior (Ac3 o Acm), mantener esa temperatura para asegurar la completa austenización, y posteriormente enfriar al aire tranquilo.