Tratamientos químicos de los materiales

ENSAYOS Y TRATAMIENTOS DE MATERIALES

Sus propiedades dependen de su microestructura que depende de la composición química de la aleación y de los tratamientos térmicos y termomecánicos a los que haya sometido el material.
Los ensayos de materiales son las pruebas a las que se someten para saber o comprobar las propiedades de los materiales. Para poder realizar los ensayos debemos realizar muestras o probetas del material con carácterísticas iguales a los ensayos que están catalogados para poder conocer las propiedades del material. Las muestras se suelen observar al microscopio para poder ver la estructura del material y microdefectos que contenga.

ENSAYOS DE PROPIEDADES MECÁNICAS (ESTÁTICOS)Ensayos de dureza:

Dureza a la penetración: consisten en hacer una huella con una bola. Para metales más duros se emplea una punta cónica. Dureza al rayado: se realiza comparando como se rayan unos materiales por fricción con otros.

Ensayo de tracción:

Consiste en someter a una probeta de determinadas dimensiones a una fuerza de tracción por ambos extremos hasta que la probeta se rompe.

Ensayo de compresión:

Se realiza comprimiendo en una prensa una probeta con forma de prisma cuadrado o cilindro hasta que aparecen grietas.

Ensayo de flexión:

Se realiza colocando una probeta con forma de viga rectangular apoyada en los extremos y sometíéndola a una fuerza vertical en el centro. Se mide la deformación que se produce en el punto medio (flecha).

Ensayo de torsión:

Se realiza en una probeta cilíndrica. Se aplica una fuerza de torsión en ambos extremos en sentido contrario hasta que la probeta rompe.

Ensayo de cizalladura

Se produce una fuerza de cizalladura simple o doble en la probeta hasta que rompe. La fuerza de cizalladura es producida en dos puntos ligeramente desplazados y en sentido contrario

ENSAYOS DE PROPIEDADES MECÁNICAS (DINÁMICOS)

Ensayo de fatiga:

La resistencia a la fatiga es la aptitud de un metal para resistir cargas variables sin romperse. Las cargas son inferiores a las de rotura, pero el material se rompe debido a que la carga es variable y el material no soporta los cambios de forma indefinida. Las pruebas se realizar con un movimiento alternativo (ensayo de fatiga por voladizo) o un movimiento giratorio (ensayo de fatiga con probeta giratoria).

Ensayo de resistencia al choque (resiliencia):

Se estudia la resistencia de un material a la rotura producida mediante un choque. Se realizan ensayos de péndulo o por caída.

ENSAYOS DE CONFORMACIÓN

Se realizan para conocer como se comportan los materiales ante los distintos procesos de conformación. Se realizan ensayos de plegado, de embutición y de forja

TRATAMIENTOS DE LOS MATERIALES

Tratamientos térmicos:

Se trata de mejorar propiedades de los materiales aplicándoles calor y/o enfriándolos en estado sólido. La forma y velocidad de producir los enfriamientos es fundamental para conseguir que el proceso se apique correctamente.

TEMPLE

Consiste en calentar el acero a la temperatura adecuada para transformar el acero en austenita y enfriarlo rápidamente para que se transforme en martensita. El objetivo del temple es aumentar la dureza del acero y su resistencia mecánica, pero aumentan su fragilidad y dificultad para el mecanizado. También aumenta el magnetismo remanente y la resistencia eléctrica.

REVENIDO

Es un tratamiento que se aplica a los aceros templados. Se calienta el acero a una temperatura inferior a la de temple y a continuación se realiza un enfriamiento más o menos rápido al aire. El objetivo es eliminar tensiones internas y suavizar los efectos del temple, aumentando su tenacidad y disminuyendo ligeramente su dureza y resistencia mecánica. Al conjunto de operaciones de temple y revenido se denomina bonificado.

RECOCIDO

Se trata de calentar el material a una determinada temperatura y con una duración variable, seguido de un enfriamiento lento de la pieza. Se consigue hacer desaparecer los estados de desequilibrio resultantes de los tratamientos anteriores, térmicos o mecánicos para: Ablandar el acero. Regenerar su estructura. Eliminar tensiones internas. Homogeneizar su estructura.

NORMALIZADO

Es una mezcla del recocido y del temple, su enfriamiento es intermedio a ambos.Se calienta el acero a una temperatura de unos 780º y después se deja enfriar al aire reposadamente.El objetivo es que el acero recupere las propiedades que tendría sin haberlo sometido a tratamientos térmicos.Se emplea en aceros al carbono.

Tratamientos mecánicos:

Se trata de modificar las propiedades mecánicas del material en procesos de deformación en frío o en caliente para darle distintas formas.
El tratamiento en caliente se conoce como forja, en el que se golpean repetidamente las piezas a una temperatura superior a la de recristalización. Si subimos la temperatura el material se quema y si se golpea frío adquiere dureza y fragilidad.El enfriamiento se suele hacer al aire aunque se recomienda hacer en horno, usando el calor residual.Con la forja se consigue afinar los granos de la estructura, eliminar defectos interiores y formar fibras al orientar los granos.
Los tratamientos en frio producen un cambio en la estructura aumentando su dureza y resistencia a la tracción y disminuyendo su plasticidad y tenacidad.

Tratamientos termoquímicos:

Estos tratamientos se añaden diferentes productos químicos a la superficie del acero mediante cambios de temperatura.

CEMENTACIÓN

Se aporta carbono. Se realiza calentando la pieza a 900ºC en presencia de sustancias ricas en carbono capaces de cederlo. Se sigue con un temple. Se obtiene gran dureza superficial y una buena tenacidad en el núcleo. El carbono se difunde por el interior una vez se ha absorbido en la capa superficial.

NITRURACIÓN

Consiste en añadir nitrógeno a la superficie de la pieza. Se obtiene una capa fina de nitruros de hierro. La pieza se introduce en un horno a 570ºC durante 20 a 90 horas y se somete en este tiempo a una corriente de amoniaco que cede el nitrógeno. También se puede realizar mediante plasma. Se consigue un endurecimiento mayor que con la cementación. Su mayor inconveniente es su elevado coste.

CARBONITRURACIÓN

Combina las carácterísticas de la cementación y la nitruración. Consiste en una difusión simultánea de carbono y nitrógeno en el hierro, acompañada de un temple. Se realiza en un horno a 900ºC durante varias horas en una atmósfera de amoniaco, hidrocarburos y óxido de nitrógeno.

CIANURACIÓN

Es una variante de la carbonitruración, se realiza con sustancias que ceden carbono y nitrógeno al hierro. El hierro se calienta a 800ºC en un baño de sales que contiene cianuro sódico, carbonato sódico, cloruros y otros compuestos. La duración del baño es de 1 hora como máximo y se acompaña de un tratamiento de temple. Se utiliza para piezas pequeñas.

SULFINIZACIÓN

Se calienta el acero en un baño de sales de cianuro y de carbonita fundidas. Se obtiene gran dureza superficial , soporta grandes fricciones por tener azufre y se puede aplicar a todos los aceros, incluso los aleados.

Tratamientos electrolíticos:

Consiste en un recubrimiento superficial de otro material mediante el uso de la electricidad. Se logran propiedades similares a las aleaciones con un coste inferior. Se utiliza un baño de una solución de cianuros o sulfatos del metal que se quiere depositar sobre la pieza. La pieza es el polo positivo y el metal que se va a aportar el polo negativo, al conectar los polos a una fuente eléctrica el metal pasa a cubrir la pieza.

CROMADO

Consiste en añadir cromo, protege de la corrosión y mejora el aspecto y la resistencia al rozamiento. Se aplica bien sobre el cobre, el níquel y el acero, pero no sobre el zinc o las fundiciones.

NIQUELADO

Se trata de un baño de níquel. Aumenta la resistencia  a la oxidación y la corrosión y mejora su aspecto.

CINCADO

También conocido como galvanizado, el material, normalmente hierro se recubre con cinc. Protege al hierro de la oxidación. Se puede realizar en frío o en caliente. El cincado en caliente se realiza en una serie de baños para preparar la pieza, acabando con un baño de zinc líquido a 450ºC. El cincado en frío se realiza mediante pulverización, brocha o rodillo de zinc. Se necesita zinc de gran pureza y que la capa sea conductora de la electricidad.

COBREADO

Consiste en depositar una película de cobre. Se utiliza como recubrimiento intermedio en el estañado de piezas de latón y como tratamiento final para mejorar la conductividad.

ANODIZADO

Se realiza para proteger el aluminio con una capa de alúmina (óxido de aluminio). Se introduce el aluminio en ácido sulfúrico sometido a la electricidad. Hoy en día se consiguen acabados en distintos colores.