Tratamientos Térmicos y Termoquímicos en Materiales Metálicos

Tratamiento térmico en materiales metálicos

El término recocido se refiere al tratamiento térmico de un material expuesto a elevada temperatura durante un periodo de tiempo y, luego, enfriado lentamente. Se lleva a cabo para:

1. eliminar tensiones;
2. incrementar la plasticidad, la ductilidad y la tenacidad; y/o
3. producir una microestructura específica.

Todo proceso de recocido consta de tres etapas:

1. calentamiento a la temperatura prevista;
2. mantenimiento o "impregnación térmica" a esta temperatura; y
3. enfriamiento, generalmente hasta temperatura ambiente.

Templabilidad

Capacidad de un acero aleado para transformarse en martensita durante un determinado temple, depende de la composición química y está relacionada con un parámetro denominado templabilidad.

Endurecimiento por precipitación o envejecimiento

El endurecimiento por precipitación en general es un tratamiento que consiste en precipitar partículas de segunda fase con la finalidad de reforzar (o endurecer) un metal o aleación. El hecho de la presencia de estas partículas, es que fungen como pequeños obstáculos para el movimiento de las dislocaciones. El objetivo del envejecimiento es la obtención de una microestructura con una dispersión fina de precipitados.

La diferencia entre los dos tratamientos es que en el primer tipo, los precipitados se encuentran dispersados en los límites o bordes de grano y en el tratamiento por envejecimiento debido a la difusión inducida por la temperatura, los precipitados son muchos más finos y dispersos en toda la microestructura.

Tratamiento termoquímico

Son Tratamientos Térmicos en los que, además de los cambios de estructura de las aleaciones, también producen cambios en la composición química de la capa superficial. Estos tratamientos requieren de una serie de calentamientos y enfriamientos controlados en atmósferas controladas. En general consiste en enriquecer las capas superficiales la pieza con elementos como el Carbono (Tratamiento de Cementación), Nitrógeno (Tratamiento de Nitruración), Carbono y Nitrógeno (Tratamiento de Carbonitruración o Cianuración), Aluminio (Tratamiento de Calorización), Cromo (Tratamiento de Cromado) y otros. El objetivo final es elevar la resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y otras propiedades. Aumentar la dureza superficial de las piezas, disminuir el rozamiento, aumento del poder lubricante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a la fatiga, aumentar la resistencia a la corrosión.

Etapas de los tratamientos termoquímicos

• Dislocación: Consiste en la descomposición de las moléculas y la formación de átomos activos del elemento que difunde.
• Absorción: Los átomos del elemento que difunde se ponen en contacto con la superficie de la pieza formando enlaces químicos con los átomos del metal.
• Difusión: El transporte de los átomos de saturación hacia la zona interior del metal.

Clasificación de los tratamientos termoquímicos

Cementación (Carburización)

Tratamiento termoquímico en el que se aporta Carbono a la superficie de una pieza de acero mediante difusión modificando su composición química. Generalmente se utiliza en aceros con bajo contenido de Carbono (0,15 a 0,20% de C.) El objetivo final del tratamiento es endurecer la superficie sin modificar el núcleo. Se obtiene un material con características diferentes. En la superficie es mas duro y mas resistente al desgate y a las deformaciones, en el núcleo un material con bajo índice de carbono, tenaz y resistente a la fatiga.

En el proceso industrial se recubre la superficie con una materia rica en carbono llamada cementante a un tiempo determinado (horas) a 900 °C.

Nitruración

Tratamiento termoquímico en el que se modifica la composición del acero, incorporando nitrógeno durante el proceso del tratamiento térmico en una atmósfera rica en nitrógeno. El objetivo final es elevar la dureza, la resistencia al desgaste y la resistencia a la corrosión de la capa superficial de las piezas. Generalmente se utiliza para piezas sometidas a grandes fuerzas de roce y de carga.

Cianuración

Tratamiento termoquímico que se le aplica a los aceros para obtener una superficie dura y resistente al desgaste. Este tratamiento se logra empleando un baño de cianuro fundido. Se define como un tratamiento intermedio entre la cementación y la nitruración ya que el endurecimiento se consigue por la acción combinada de carbono y nitrógeno a una temperatura determinada.

Carbonitruración

Tratamiento termoquímico que se promueve el enriquecimiento superficial simultáneo con carbono y nitrógeno en piezas de acero. El objetivo final es obtener superficies extremadamente duras y un núcleo tenaz, sumado a otras propiedades mecánicas como resistencia a la fatiga, resistencia al desgaste y resistencia a la torsión.

Calorización

Tratamiento termoquímico también llamado alumineización, es una cementación de una acero a base de aluminio. Aumenta la resistencia de la corrosión del acero para aplicaciones a elevadas temperaturas. Se aplica para depósitos de combustible de generadores de gas, válvulas, fundas de termopares, etc.

Cromización

Es una cementación de una acero a base de Cromo. Se realiza utilizando descomponiendo la molécula de cloruro de cromo que aporta el cromo en la pieza. Aumenta la resistencia de los aceros, aumenta la dureza y la resistencia al desgaste de aceros y piezas fundidas.