Tratamientos Térmicos y Termoquímicos del Acero: Mejora de Propiedades

Tratamientos Térmicos y Termoquímicos del Acero

Ensayo Jominy

El Ensayo Jominy determina la templabilidad del acero. Una probeta se calienta por encima de su temperatura austenítica, se coloca en un soporte y se enfría un extremo con agua. Esto genera diferentes velocidades de enfriamiento a lo largo de la probeta. Posteriormente, se realiza un corte de 0,4 mm de profundidad y se miden las durezas a intervalos de 1 mm.

Bandas de Templabilidad

Son curvas que representan la máxima y mínima templabilidad, entre las cuales se encuentra la curva Jominy del material.

Determinación del Diámetro Crítico Ideal

Se templan barras de diferentes diámetros y, mediante metalografía, se determina la cantidad de martensita en cada una. El diámetro crítico es el diámetro máximo con un 50% de martensita en el núcleo. El diámetro crítico ideal corresponde al 50% de martensita en el interior, en un medio de enfriamiento con severidad infinita.

Revenido

Es un tratamiento complementario al temple. La combinación de temple y revenido se conoce como bonificado. Consiste en calentar el acero, después del temple, a una temperatura inferior a Ac1, seguido de un enfriamiento (en aire o agua, según la composición). Mejora las propiedades obtenidas tras el temple:

• Reduce la fragilidad.
• Disminuye las tensiones internas.
• Reduce ligeramente la resistencia a la rotura por tracción, el límite elástico y la dureza.
• Aumenta la ductilidad y la tenacidad.

Variables del Revenido

1. Tiempo de revenido: A partir de cierto tiempo, no resulta económico; es preferible aumentar la temperatura.
2. Velocidad de enfriamiento: No debe ser rápida.
3. Dimensiones de la pieza: Se recomiendan 1-2 horas por cada 25 mm de espesor.
4. Temperatura de revenido: La difusión aumenta con la temperatura.

Etapas del Revenido

1. Primera etapa: Segregación de carbono (C) en las dislocaciones de la martensita y precipitación de carburos en las intercaras. La temperatura determina el tipo de carburo precipitado.
2. Segunda etapa: Descomposición de la austenita retenida.
3. Tercera etapa: Formación de ferrita (α) y cementita (Fe₃C).
4. Cuarta etapa: Crecimiento de la cementita (Fe₃C).
5. Quinta etapa: Formación de compuestos intermetálicos y carburos complejos.

Fragilidad de Revenido

Se asocia a la precipitación de Fe₃C en los bordes de la martensita. Ocurre entre la primera y tercera etapa del revenido. Una mayor continuidad de Fe₃C implica mayor fragilidad. Desaparece al coalescer la Fe₃C a temperaturas más elevadas.

Fragilidad de Krupp

Ocurre entre 450-550ºC en aceros Cr-Ni con Mn. Se debe a la precipitación de nitruro de hierro en la ferrita, formando una red en los límites de grano de la martensita, lo que causa gran fragilidad. Se evita añadiendo molibdeno (Mo) y realizando un segundo revenido a mayor temperatura y con un enfriamiento más rápido.

Martempering (Temple Interrumpido)

Es un temple interrumpido que permite alcanzar la misma temperatura en el núcleo y la superficie, evitando gradientes térmicos. El enfriamiento posterior al aire no es lo suficientemente rápido para generar gradientes, por lo que núcleo y superficie se transforman en martensita simultáneamente. Puede complementarse con un revenido posterior.

Austempering

Pasos:

1. Austenización.
2. Temple por encima de la temperatura Ms (inicio de transformación martensítica).
3. Enfriamiento.

Se produce una transformación isotérmica a bainita. Sustituye al temple y revenido, mejorando la ductilidad y tenacidad, y evitando la fragilidad del revenido. Permite tratar mayores espesores.

Tratamientos Termoquímicos

Modifican la composición química de la capa superficial del acero, añadiendo elementos como carbono (C) y nitrógeno (N).

Cementación

Consiste en carburar una capa superficial del acero, rodeándola de un agente carburante y calentándola. Después, se templa y se reviene. Se obtiene gran dureza superficial y buena tenacidad en el núcleo. Se aplica a aceros aleados bajos en carbono. El proceso incluye:

1. Generación de carbono naciente.
2. Difusión y absorción del carbono.

Para mejorar las características para el tratamiento térmico, se realiza un recocido de difusión (800-900ºC) en una atmósfera apropiada. Esto disminuye el porcentaje de carbono y lo homogeneiza. La cementación se realiza entre 850-950ºC. La cantidad de carbono absorbido depende de:

• Naturaleza del cementante.
• Composición del acero.
• Tiempo.
• Temperatura.

El porcentaje de carbono adecuado es 0,5-0,9%. No es conveniente sobrepasarlo, ya que a partir del 1% se forman carburos.

Capa Cementada

Zona donde el porcentaje de carbono es superior (0,5-0,8%). Después del tratamiento térmico, presenta la dureza de la martensita. El espesor de la capa cementada depende del tiempo y la temperatura. Se clasifica en:

• Capa delgada (<0,5 mm).
• Capa media (0,5-1,5 mm).
• Capa gruesa (1,5-3 mm).
• Blindaje (>3 mm).