— Tutorial nº 186 —
Tratamientos térmicos del acero
Índice de contenidos:
1.- ¿Qué son los tratamientos térmicos del acero?
2.- ¿Para qué sirven los tratamientos térmicos en el acero?
3.- Principales tratamientos térmicos en el acero
3.1- Temple
3.2- Revenido
3.3- Recocido
3.4- Normalizado
4.- Otros tratamientos térmicos importantes en el acero
4.1- Cementado
4.2- Nitruración
4.3- Esferoidización
4.3- Astempering
4.3- Martemplado
DESARROLLO DEL CONTENIDO
1.- ¿Qué son los tratamientos térmicos del acero?
Los tratamientos térmicos del acero son procedimientos industriales en los que se somete al acero a una serie de procesos de calentamiento y enfriamiento de forma controlada, y que se aplican con objeto de poder modificar la microestructura interna del material, pero sin cambiar su composición química.
Todo tratamiento térmico que se realice sobre una pieza de acero se compone de tres etapas fundamentales:
1. Calentamiento: en esta fase se eleva la temperatura de la pieza de manera uniforme hasta un punto específico (frecuentemente llamado temperatura de austenización).
2. Mantenimiento (o Empape): a continuación se mantiene la temperatura durante un tiempo determinado para asegurar que toda la masa de la pieza alcance la misma estructura interna.
3. Enfriamiento: por último se baja la temperatura a una velocidad controlada, que puede llevarse a cabo de forma rápida sumergiendo la pieza en agua/aceite, o bien de una forma más lenta sacando la pieza al aire o dejándola dentro del horno para que el enfriamiento se haga poco a poco.
Según se realice el proceso de enfriamiento de la pieza, así se van a definir las propiedades finales que alcance el acero.
2.- ¿Para qué sirven los tratamientos térmicos en el acero?
El objetivo principal que se persigue con los tratamientos térmicos en el acero es la de modificar alguna de sus propiedades mecánicas (como la dureza, tenacidad o elasticidad), pero sin cambiar su composición química, es decir, que el material siga siendo acero, pero, eso sí, con mejores propiedades.
En realidad, los tratamientos térmicos en el acero se hacen para poder adaptar la pieza al uso específico que se le vaya a dar. No es lo mismo un acero que se destine a la fabricación de perfiles metálicos para la construcción, que un acero que se emplee para fabricar máquinas o herramientas de corte o de mecanizado.
En algunos casos, por ejemplo, para fabricar perfiles de la construcción, nos interesará conseguir un acero que no tiene que ser tan duro, pero sí que sea tenaz y dúctil, propio de las vigas y pilares de un edificio. Sin embargo, si se va a destinar a fabricar herramientas de corte, nos interesará un acero de alta dureza y muy resistente al desgaste, pero que al mismo tiempo no sea muy dúctil para que el filo de corte de la herramienta no se deforme.
En general, mediante los tratamientos térmicos a los que podemos someter al acero, se puede conseguir:
● Aumentar la dureza
● Mejorar la resistencia mecánica
● Reducir la fragilidad
● Mejorar la tenacidad
● Aliviar tensiones internas
● Facilitar el mecanizado de la pieza
En definitiva, los tratamientos térmicos permiten adaptar las propiedades del acero al uso que se le vaya a dar, siendo estos procesos de tratamiento esenciales en sectores como la automoción, la construcción y en la fabricación de herramientas o de maquinaria industrial.
3.- Principales tratamientos térmicos en el acero
3.1- Temple
El temple es un tratamiento térmico que consiste en calentar el acero hasta una temperatura elevada (generalmente entre 800 y 900 °C, dependiendo del tipo de acero) para llevarlo a un estado llamado austenización, para después enfriarlo bruscamente sumergiendo la pieza en un medio como agua, aceite, salmuera o aire forzado.
El objetivo de este enfriamiento rápido es modificar la estructura interna del acero, transformando la austenita, que es la fase o estructura cristalina que aparece cuando el acero se calienta a altas temperatura, en martensita, que es una fase del acero que se caracteriza por ser muy dura.
- Efectos principales del temple:
✅ Aumento de la dureza: es el efecto principal que se consigue con el templado del acero, por eso es uno de los tratamientos térmicos más importantes en metalurgia. El acero templado alcanza altos valores de dureza y resistencia al desgaste.
✅ Mayor resistencia mecánica: con el temple también se mejora la resistencia a esfuerzos de tracción y compresión de la pieza de acero, lo que resulta muy útil para los aceros que se destinen para la fabricación de herramientas y piezas que van a estar sometidas a procesos de carga.
✅ Mejora del comportamiento al desgaste: el temple también resulta ideal para aquellas piezas de acero que trabajan por fricción, como engranajes, cuchillas o ejes de máquinas y vehículos.
- Inconvenientes del temple:
❌ Aumento de la fragilidad: el acero templado es muy duro pero poco tenaz. Puede romperse con impactos o cargas bruscas, debido a su excesiva fragilidad.
❌ Aparición de tensiones internas: el proceso de enfriamiento rápido a la que se somete el acero genera fuertes tensiones residuales en su interior. Estas tensiones residuales que quedan atrapadas en la pieza pueden provocar fisuras o grietas que pueden acarrear una rotura prematura de la pieza.
❌ Riesgo de deformaciones: el riesgo que aparezcan deformaciones es especialmente importante en piezas grandes o de geometría compleja, debido a que se pueda producir un enfriamiento desigual en distintos puntos de la pieza, lo que puede causar que se generen alabeos o deformaciones.
❌ Necesidad de tratamientos posteriores: generalmente todo proceso de templado viene acompañado por una serie de tratamientos posteriores que corrija la mayor parte de los inconvenientes citados. Por ejemplo, normalmente lo que se hace es aplicar un procedimiento específico conocido como revenido tras el temple. Con el revenido lo que se consigue es reducir la fragilidad y mejorar la tenacidad de la pieza templada.
En resumen el temple es un tratamiento térmico fundamental para obtener alta dureza y resistencia en el acero, pero debe aplicarse con cuidado. Si no se controla bien, puede terminar generando fragilidad, tensiones internas y deformaciones, por lo que casi siempre se complementa con un proceso posterior de revenido de la pieza para así equilibrar las propiedades del material.
3.2- Revenido
El revenido es un tipo de tratamiento térmico que se realiza normalmente después del temple. Este tratamiento consiste en calentar el acero templado a una temperatura inferior a la de austenización (normalmente entre 150 y 650 °C) y mantenerlo un tiempo determinado, para luego enfriarlo de forma controlada, generalmente sacando la pieza al aire.
El objetivo principal del revenido es reducir la fragilidad del acero templado y ajustar sus propiedades mecánicas para que la pieza pueda ofrecer mejores prestaciones de uso.
- Efectos principales del revenido:
✅ Disminución de la fragilidad: después del templado, el acero se vuelve extremadamente frágil, por lo que el revenido sirve para reducir esta fragilidad extrema propio de la martensita. En definitiva, con el revenido conseguimos un acero que resulta más seguro frente a impactos.
✅ Aumento de la tenacidad: mediante el revenido el acero puede absorber más energía antes de romperse. Esto puede resultar fundamental en piezas que están sometidas a golpes o cargas variables.
✅ Alivio de tensiones internas: el revenido también sirve para eliminar o reducir las tensiones residuales creadas durante el enfriamiento brusco del temple. Esto disminuirá el riesgo de que se generen grietas internas en el material.
✅ Ajuste de la dureza: aunque con el revenido se pierde parte de la dureza conseguida con el temple, si se realiza el proceso de forma controlada, permite encontrar un punto de equilibrio entre dureza y resistencia para la pieza.
- Inconvenientes del revenido:
❌ Pérdida de dureza: cuanto mayor es la temperatura de revenido, menor es la dureza final. Este hecho puede no ser adecuado para piezas que requieren de una dureza máxima.
❌ Riesgo de sobre-revenido: si durante el revenido, la temperatura o el tiempo de calentamiento son excesivos, el acero pierde demasiada resistencia y se degradan sus propiedades mecánicas.
❌ Aumento del coste y tiempo de proceso: en todo caso, el revenido supone hacer un tratamiento adicional al acero. Esto incrementa el consumo energético y el tiempo de fabricación de las piezas.
❌ Fragilidad de revenido (en algunos aceros): en ciertos aceros y rangos de temperatura, puede aparecer la llamada fragilidad de revenido, que reduce la resistencia al impacto de las piezas de acero.
En resumen, el revenido es un tratamiento térmico esencial que complementa al temple. Sacrifica parte de la dureza conseguida con el temple, pero se hace para ganar tenacidad, estabilidad y fiabilidad, haciendo que las piezas de acero sean más utilizables en la práctica.
Se suele decir que: temple + revenido = combinación clásica en piezas mecánicas.
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>> FIN DEL TUTORIAL
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