Tratamientos Térmicos y Termoquímicos en Metalurgia: Mejora de Propiedades de Materiales

Conceptos Fundamentales en Ciencia de Materiales

Maclas

Defecto que separa dos partes de un grano con una diferencia en la orientación cristalográfica. Se producen cuando una fuerza de corte, que actúa a lo largo del plano de macla, provoca que los átomos cambien de posición. Ocurren durante la deformación o el tratamiento térmico (TT) de ciertos metales. Interfieren con el proceso de deslizamiento, incrementando la resistencia del material.

Rechupe

A medida que un metal se enfría, su volumen se reduce porque la energía para el desplazamiento disminuye y los átomos tienen menos movilidad. Este fenómeno es conocido como rechupe.

Tratamientos Térmicos Principales

Recocido

El recocido es un tratamiento térmico que busca ablandar el material, acercándolo a sus condiciones de equilibrio. Sus objetivos principales son:

• Facilitar el trabajo en frío o el mecanizado.
• Mejorar las propiedades eléctricas o mecánicas.
• Promover la estabilidad dimensional.
• Homogeneizar la estructura.

Proceso: Consiste en calentar el material, mantenerlo a una temperatura específica y luego enfriarlo lentamente en el horno. Resultado: Produce una estructura de perlita gruesa.

Tipos de Recocido:

• Homogeneización: Destruye la heterogeneidad química y elimina la microsegregación.
• Regeneración: Mejora la estructura y el ablandamiento, alcanzando la máxima ductilidad.
• Recristalización: Elimina la acritud y restablece la ductilidad de los aceros trabajados en frío.
• De Proceso (Distensionado): Reduce las tensiones internas residuales.

Normalizado

Proceso: Implica calentar el material, mantenerlo a una temperatura específica y luego enfriarlo al aire. Objetivos y Resultados:

• Refina el grano y homogeneiza la estructura.
• Consigue propiedades mecánicas deseadas, con una mayor resistencia a la tracción (Rm) que con el recocido.
• Es un proceso más económico.
• Destruye los efectos de calentamientos previos.
• Resultado: Produce una estructura de perlita fina.

Temple

El temple es un enfriamiento rápido que impide la transformación completa de la austenita en estructuras intermedias (fase proeutectoide, perlita, bainita), garantizando la formación de martensita. Este proceso tiene lugar al menos en la superficie de la pieza. Resultado: Endurece el material y produce martensita.

Revenido

El revenido es un tratamiento complementario al temple. Su propósito es incrementar la tenacidad y eliminar las tensiones (especialmente el revenido a bajas temperaturas) originadas durante la transformación martensítica. Resultado: Produce martensita revenida.

Aumenta la tenacidad del acero templado como consecuencia de la precipitación de carburos tras ser sometido al tratamiento de envejecimiento.

Tratamientos Termoquímicos

Estos tratamientos endurecen la superficie del material mediante la difusión de elementos químicos.

Cementación

La cementación busca elevar el porcentaje de carbono (C) de la superficie del material mediante difusión. Durante el calentamiento, se alcanza el campo austenítico debido a la capacidad de la austenita para solubilizar una mayor cantidad de carbono.

Tipos de Cementación:

• Sólida (con carbono): Caracterizada por un elevado consumo, es adecuada para pequeñas series.
• Líquida (con NaCN): Ofrece mayor penetración y porcentaje de carbono, aunque se debe considerar la toxicidad del baño.
• Gaseosa (con hidrocarburos): Permite un proceso controlable y resultados uniformes.

Nitruración

La nitruración se realiza por absorción de nitrógeno a temperaturas del campo ferrítico, lo que permite conseguir altas durezas en la periferia del material. Antes de ser nitrurados, los materiales suelen ser templados y revenidos.

Ventajas de la Nitruración:

• Mayor dureza superficial.
• Mayor resistencia a la temperatura.
• Baja deformación del material.
• No requiere tratamiento posterior.

Procesos de Nitruración:

• Sólida: Utiliza polvos nitrurantes.
• Gaseosa: Emplea amoníaco (NH3).
• Baño de sales: Con sales como NaCN, NaCNO, Na2S.

Resultados: Tras la nitruración, se forman dos zonas características: la capa blanca y la zona de difusión.