Procesos de Tratamientos Térmicos y su Impacto en las Propiedades del Acero

Tratamientos Térmicos

Los tratamientos térmicos son un conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento de un metal o aleación en estado sólido, realizadas a temperaturas y condiciones determinadas. El objetivo principal es mejorar o adaptar sus propiedades mecánicas (generalmente la dureza, la resistencia mecánica, la plasticidad o la maquinabilidad), modificando dicha estructura sin alterar su composición química.

El Proceso de Temple

El temple tiene como objetivo principal aumentar la dureza y la resistencia del acero. Después del temple, siempre es necesario realizar una operación de revenido para eliminar y suavizar las tensiones internas que se generan durante el proceso.

Factores Clave en el Temple

• Temperatura límite de calentamiento: Es la temperatura mínima necesaria para que se produzca la transformación a austenita.
• Grado de templabilidad: Se refiere a la facilidad con que el temple penetra hacia el interior de una pieza.
• Tiempo de calentamiento: Es el tiempo necesario para obtener la transformación total o parcial del acero en austenita.
• Velocidad de enfriamiento: El enfriamiento es la fase más importante del temple. Debe ser brusco y con mucha rapidez, pero siempre dentro de un margen controlado. Si el enfriamiento es demasiado rápido, se crean fuertes tensiones internas y grietas; si es muy lento, no se produce el efecto deseado.

Tipos de Temple

Temple Continuo

• Austenización completa: Se realiza en aceros hipoeutectoides. Consiste en calentar el material hasta una temperatura de +50 °C.
• Austenización incompleta: Se realiza en aceros hipereutectoides. En este proceso, la temperatura de calentamiento es de +50 °C.

Temple Escalonado

• Martempering: Consiste en calentar el material para obtener una estructura mayoritariamente austenítica, enfriarlo luego en sales manteniendo la temperatura por un tiempo por encima del punto Ms ( , Martensite Start).
• Austempering: Se realiza mediante un enfriamiento en baño de sales por un periodo suficientemente largo para transformar la austenita en bainita.

Tratamientos Masivos vs. Superficiales

Los tratamientos masivos afectan a toda la pieza, incluyendo su parte interna, modificando sus características físicas globales. Por el contrario, los tratamientos de superficie solo afectan a la capa superior del metal, reforzándola localmente.

Diagrama TTT

El diagrama TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación) resume las posibles transformaciones de la austenita para cada tipo de acero. Estos diagramas son imprescindibles tanto para el diseño de tratamientos térmicos como para la interpretación de las microestructuras resultantes tras los mismos.

Revenido y Bonificación

El revenido tiene como función reducir y contrarrestar los efectos producidos por el temple. Se realiza de forma seguida y complementaria al temple, con el fin de reducir la fragilidad y las tensiones internas.

• A temperaturas bajas: Su misión principal es la eliminación de tensiones, logrando una estructura más estable y la transformación de los granos de austenita retenida.
• A temperaturas altas: La martensita se transforma en otros constituyentes con mayor tenacidad (como la sorbita o troostita) a costa de perder algo de dureza.

Métodos de Revenido

• Calor interno: Destinado a una zona concreta de la pieza en conjunto con el temple. Consiste en interrumpir el enfriamiento una vez enfriada la zona de interés, permitiendo que el calor interno se propague hasta observar el color de revenido deseado.
• Temple interrumpido: Una vez alcanzada la temperatura de temple, se enfría en agua hasta que la pieza pierde el color rojo y luego se introduce en aceite.
• Calor externo: Consiste en calentar de nuevo la pieza hasta un determinado color y enfriar.

Normalizado

El normalizado tiene como objeto dotar al material de condiciones normales de estructura. Se utiliza generalmente como paso previo al temple en piezas pequeñas forjadas, fundidas, mecanizadas o laminadas. Mediante este proceso, es posible deshacer los efectos de un tratamiento térmico anterior.

Tratamientos Termoquímicos

Estos tratamientos están basados en un proceso de difusión que permite al acero, al estar en contacto con ciertas materias, absorber elementos que aportan una alta dureza superficial. Los principales son:

• Cementación (C)
• Nitruración (N)
• Cianurización (CN)
• Sulfinización (CNS)