Tratamientos térmicos del acero: temple, revenido, recocido y bainita

Tratamiento isotérmico y bainita

Se calienta el acero hasta la temperatura de austenización y luego se sobreenfría por debajo de la nariz de la curva, para obtener algún tipo de bainita, sosteniendo la temperatura el tiempo indicado en el diagrama de las 3 T (tiempo, temperatura, transformación).

Recocido isotérmico

Se utiliza para controlar la figura de la perlita. La perlita a partir del recocido isotérmico tiene propiedades más uniformes, ya que las velocidades de enfriamiento y la microestructura que se pueden obtener, durante el recocido y el normalizado varían a lo largo de la sección transversal del acero.

Revenido de la martensita

Calentar por debajo del punto eutectoide (723 °C).

Se comporta como cerámico. Este material se recalienta nuevamente por debajo de la temperatura eutectoide, en la cual se precipita en las fases α y Fe₃C; este proceso se denomina revenido de la martensita.

Aunque este proceso lleva consigo una reducción en la resistencia del material, se mejora la ductilidad y las propiedades de impacto.

La resistencia y la elasticidad que se obtienen después del revenido dependen de la temperatura del revenido.

• La martensita es una fase que se forma como una transformación en estado sólido de la austenita, sin difusión.
• En aceros con menos de 0,2 % de carbono, la austenita se transforma en una estructura martensítica (BCC).
• Para aceros de mayor contenido de carbono, la fracción martensítica se da transformando austenita en martensita (BCT).
• La martensita en los aceros es muy dura y frágil, se comporta como un cerámico; es una estructura saturada altamente de carbono.
• La estructura y las propiedades de la martensita dependen del contenido de carbono de la aleación.
• Cuando el contenido de carbono es bajo, la martensita crece en forma de listones.
• Con mayor contenido de carbono, la martensita crece en forma de placas. Y cuanto mayor contenido de carbono tiene la martensita a la aleación, esta es más dura.
• En aceros con poco carbono (menos de 0,2 % C), la austenita FCC se transforma en una estructura de martensita BCC sobresaturada.

Martensita en los aceros

Aceros con un poco menos de 0,2 % de C, la austenita FCC se transforma en una estructura de martensita BCC sobresaturada.

• Para impedir la formación de perlita, bainita y microconstituyentes primarios, el acero debe ser templado.
• La reacción martensítica empieza en un acero eutectoide cuando la austenita se enfría por debajo de 220 °C, que es la temperatura de inicio de la martensita (Ms).

Efecto de memoria de la forma: es una propiedad física que poseen ciertas aleaciones que sufren una transformación martensítica.

Materiales inteligentes: son aquellos que pueden detectar un estímulo externo y sufren un cambio de algún tipo.

Si los esfuerzos exceden la resistencia de cohesión, en la superficie se forman grietas de temple. Si se enfrían primero justo por encima de Ms y se mantienen allí hasta que en todo el volumen la temperatura sea igual, un temple subsecuente permitirá que todo el acero se transforme en martensita casi simultáneamente. Temple interrumpido o martemplado.

La velocidad a la cual se enfría el acero durante el temple depende de varios factores: 1) la superficie de una pieza siempre se enfría más rápido que el centro; además, conforme el tamaño de la pieza es mayor, menor es la rapidez con que cualquiera de sus partes se enfría. Finalmente, la velocidad de enfriamiento depende de las características de transferencia de calor y de la temperatura del medio usado para el temple.

Propiedades de la martensita en los aceros

Es muy dura y frágil, como los cerámicos; está altamente sobresaturada de carbono. La estructura y propiedades de las martensitas en el acero dependen del contenido de carbono de la aleación. Cuando el contenido es bajo, la martensita crece en forma de listones, y no es muy dura. Con un mayor contenido de carbono, crece martensita en placas planas y angostas; la dureza es mayor en la estructura martensítica en placas.

• La martensita del titanio es más blanda y débil que la estructura original; el proceso de revenido incrementa, en vez de reducir, la resistencia de la aleación de titanio.

Tratamientos térmicos

Recocido de proceso, total, normalización y recocido de esferoidización. Sirven para alcanzar 3 objetivos: eliminar los efectos del trabajo en frío, controlar el endurecimiento por dispersión y mejorar la maquinabilidad.

1. Recocido de proceso: utilizado para eliminar el efecto del trabajo en frío. Se efectúa de 80 °C a 170 °C por debajo de la temperatura A1. Su meta es reducir o eliminar de manera significativa los esfuerzos residuales.
2. Recocido total: se calienta el acero para producir una austenita homogénea. El recocido permite que el acero se enfríe lentamente en el horno, produciendo perlita gruesa.
3. Normalizado: permite un enfriamiento más rápido del acero, al aire, que produce perlita fina. Para recocer, se efectúa el austenizado de los aceros hipoeutectoides a alrededor de 30 °C por encima de A3, produciendo 100 % austenita. La austenización de un acero hipereutectoide se efectúa aproximadamente 30 °C por encima de A1, produciendo austenita y Fe3C. Este proceso impide la formación de una película frágil y continua de Fe3C. En ambos casos, un enfriamiento lento en el horno y la perlita gruesa proporcionan una resistencia relativamente baja y buena ductilidad.

El normalizado se efectúa austenizando aproximadamente 55 °C por encima de A3; el acero se retira entonces del horno y se deja enfriar al aire. Este enfriamiento más rápido produce perlita fina y proporciona una resistencia más elevada.

Recocido de esferoidización

4.- Es posible cambiar la morfología del Fe3C. Al mantener varias horas aproximadamente 30 °C por debajo de A1, la morfología de la fase Fe3C se transforma en grandes partículas esféricas, con el objeto de reducir la superficie de la cementita en forma laminar. La microestructura, conocida como esferoidita, tiene una matriz continua de ferrita blanda y maquinable. Para obtener las propiedades buscadas, se le da al acero, después de maquinado, un tratamiento térmico de esferoidización. La estructura como la descrita se presenta cuando la martensita se revenida justo por debajo de A1, durante un largo periodo.

• Si se interrumpe el tratamiento térmico isotérmico, se producen microestructuras complicadas.
• El temple endurece a la mayoría de los aceros y el revenido incrementa su tenacidad.
• Dado que la martensita es fuerte y se resiste a la transformación, la martensita existente se agrieta; si no, la austenita queda atrapada en la estructura formando austenita retenida. La austenita retenida puede resultar un problema serio. Con el revenido, la martensita se ablanda y se vuelve más dúctil. Después del revenido, la austenita retenida se enfría por debajo de las temperaturas Ms y Mf y se transforma en martensita.