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Tratamiento térmico del metal

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Tratamiento Térmico
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Concepto:El Tratamiento Térmico es calentar el metal hasta una temperatura determinada seguido de un enfriamiento para producir un cambio deseado en su estructura.

Metal (Tratamiento Térmico). El Tratamiento Térmico del metal es calentarlo hasta una temperatura determinada seguido de un enfriamiento con el fin de cambiar su estructura y conseguir las propiedades físicas y mecánicas necesarias para su elaboración y/o función final.

Tratamiento Térmico

El proceso metalúrgico de fundición, las piezas fundidas reciben una forma exterior determinada. Durante el mecanizado, forja o estampado, la estructura del metal o de su capa superficial varía en cierto grado (fenómeno secundario).

Se llama tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento, permanencia y enfriamiento de las aleaciones de metales en estado sólido con el fin de cambiar su estructura y conseguir las propiedades físicas y mecánicas necesarias. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los sólidos cerámicos.

Aspectos fundamentales de la tecnología de los metales

Son tres los aspectos fundamentales de la tecnología de los metales:

  • La metalurgia u obtención de un metal de composición dada.
  • La tecnología mecánica u obtención, partiendo del metal, de las piezas con forma exterior necesaria.
  • El tratamiento térmico u obtención de las propiedades que deben tener las piezas.

Características mecánicas

Las características mecánicas de un material dependen tanto de su composición química como de la estructura cristalina que tenga. Los tratamientos térmicos modifican esa estructura cristalina sin alterar la composición química, dando a los materiales unas características mecánicas concretas, mediante un proceso de calentamientos y enfriamientos sucesivos hasta conseguir la estructura cristalina deseada.

Entre estas características están:

  • Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material.
  • Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras (resistencia al impacto).
  • Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta.
  • Dureza:Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) o unidades ROCKWEL C (HRC).

Entre los factores que afectan a los procesos de tratamiento térmico del acero se encuentran la temperatura y el tiempo durante el que se expone a dichas condiciones al material. Otro factor determinante es la forma en la que el acero vuelve a la temperatura ambiente. El enfriamiento del proceso puede incluir su inmersión en aceite o el uso del aire como refrigerante.
El método del tratamiento térmico, incluyendo su enfriamiento, influye en que el acero tome sus propiedades comerciales.

Según ese método, en algunos sistemas de clasificación, se le asigna un prefijo indicativo del tipo. Por ejemplo, el acero O-1, o A2, A6 (o S7) donde la letra "O" es indicativo del uso de aceite (del inglés: oil quenched), y "A" es la inicial de aire; el prefijo "S" es indicativo que el acero ha sido tratado y considerado resistente al golpeo (Shock resistant).

Objetivo principal del tratamiento térmico

El objetivo de todo tratamiento térmico consiste en que calentando el metal a una temperatura determinada y enfriándolo después, se produzca el cambio deseado en su estructura.

Un proceso de tratamiento térmico adecuado permite aumentar significativamente las propiedades mecánicas de dureza, tenacidad y resistencia mecánica del acero. Los tratamientos térmicos cambian la microestructura del material, con lo que las propiedades macroscópicas del acero también son alteradas.

A quien se le aplica tratamiento térmico

Se tratan térmicamente no solo las piezas semiacabadas como son los bloques, lingotes, planchas, etc., con objeto de de disminuir su dureza, mejorar la maquinabilidad y preparar su estructura para el tratamiento térmico definitivo posterior, sino también las piezas terminadas y herramientas con el objetivo de proporcionarles las propiedades definitivas exigidas.

Tipos de tratamientos térmicos

  • Temple: es el calentamiento por encima del punto crítico seguido de un enfriamiento rápido. El objetivo del temple es obtener una dureza alta en los aceros, por lo cual, una vez que se ha calentado la aleación a una temperatura conveniente, se enfría bruscamente (temple) desde esta, para lograr la transformación de la austenita en martensita. Generalmente se realiza entre 30 y 70 grados sobre el punto crítico y se mantiene a esta temperatura para que finalicen las transformaciones de fase.

Posteriormente se le aplica un enfriamiento a una velocidad mayor que la crítica de temple; para los aceros al carbono, generalmente en agua, y para los aleados en aceite u otros medios. El temple no constituye un tratamiento térmico final, ya que la estructura que se obtiene es inestable (martensita); dicha estructura es frágil y posee tensiones que surgen por el enfriamiento brusco en el temple, es necesario someter el acero al revenido, con lo que se logran las propiedades mecánicas requeridas.

Ejemplo: el acero para construcciones, se somete al temple para aumentar la resistencia y la dureza, y obtener buena plasticidad y tenacidad. También se utiliza en el acero para herramientas logrando dureza y resistencia mecánica al desgaste.

Defectos que se producen en el temple

El temple mal efectuado puede ocasionar distintos defectos. Los más frecuentes son:

  • La dureza insuficiente
  • Los puntos blandos
  • La fragilidad excesiva
  • La descarburación
  • Las torceduras
  • Las deformaciones
  • Grietas

Consecuencia de las tensiones internas son los tres últimos defectos: Un enfriamiento lento durante el temple en la zona de la transformación martensítica es el procedimiento más eficaz de disminuir las tensiones y de evitar los defectos de este tipo. Las piezas pequeñas, lo mismo que las de formas sencillas, sin ángulos y transiciones bruscas, son menos propensas a las torceduras. Por cuanto el darle a las piezas la adecuada forma tecnológica cuando se diseñan, es un medio importante de reducir este tipo de defectos

  • Cementación: Tratamiento termoquímico que se emplea en los aceros para elevar su contenido superficial de carbono. Se entiende como la saturación superficial del acero con determinado elemento químico, por ejemplo, con carbono (cementación); con nitrógeno (nitruración); con cromo (cromado) etc. Por medio de la difusión desde el medio ambiente, hacia el interior de las piezas, con ayuda de la temperatura. Su objetivo es obtener una superficie d alta dureza que tenga elevada resistencia al desgaste, manteniéndose a su vez el núcleo de la pieza tenaz aumentando el límite de fatiga de las piezas tratadas. Estos fines se logran por el enriquecimiento de la capa superficial con carbono hasta 0,8-1,0 % y su posterior temple y revenido, que endurece la superficie tratada. Los aceros usados para cementar contienen bajo carbono. Se emplean comúnmente las marcas 10,15,20,25; 15X,20X, 12XH3A, 18XT etc.
  • Revenido: Es el calentamiento del acero templado hasta temperaturas inferiores a la temperatura crítica permaneciendo en esta y con el enfriamiento posterior a la velocidad necesaria. Elimina total o parcialmente las tensiones internas que surgen en el temple. Estas se eliminan en mayor grado cuanto más alta sea la temperatura del revenido que se trate. El tiempo de permanencia también influye en este aspecto, de forma que si a los 30 minutos las tensiones que se han producido
  • Recocido: Calentar un metal hasta la temperatura necesaria y se enfría lentamente desde esta. Como resultado del enfriamiento lento, el acero se acerca al equilibrio estructural y de fase, y por esto que después de este tratamiento se obtienen las estructuras indicadas ferrita y cementita. Después del recocido el acero tiene baja dureza y resistencia, esta libre de tensiones y presenta mejores propiedades plásticas. Para la mayoría de los casos el recocido es un tratamiento preliminar o preparatorio. Al recocido se someten las piezas fundidas, forjadas y laminadas ya que al disminuir la dureza y resistencia, mejora la elaboración por corte, al igual que afinando el grano, eliminando tensiones internas y disminuyendo hetegeroneidad estructural. Este tratamiento aumenta la plasticidad y tenacidad, en comparación con las piezas fundidas, forjadas o laminadas, sin tratamiento posterior. Por esto, en algunos casos, el recocido puede ser un tratamiento térmico final. Un ejemplo es la homogeneización a piezas de gran tamaño.
  • Normalizado: Después de calentarlo a 30 a 50 grados para lograr la autenización, permanencia a esta temperatura y enfriamiento posterior al aire. En este tratamiento se obtienen estructuras de granos más finos. Se utiliza aún más que el recocido por su economía y mayor rendimiento.

Otros tratamientos térmicos

Véase también

Fuentes

  • Guliáev, A. P. Metalografía. Tomo I. Editorial Mir Moscú.
  • Ordóñez Hernández, Urbano. Tecnología de los metales I. Editorial Pueblo y Educación.
  • A. Malishev. Tecnología de los metales. Editorial Pueblo y Educación,(1989.
  • Acero