Tratamiento Térmico de Metales
El tratamiento térmico es un proceso tecnológico utilizado para modificar las propiedades mecánicas de los metales y sus aleaciones. Se utilizan ciclos de calentamiento y enfriamiento del material para modificar su estructura metalográfica.
Cuando aplicamos un tratamiento térmico se modifican los materiales obteniendo la inserción de partículas en las retículas cristalinas de la superficie del metal. El tratamiento térmico puede ser aplicado sobre toda la pieza o en la superficie.
Cuando se aplica el tratamiento térmico
Los tratamientos térmicos se suele aplicar después del mecanizado de la pieza. Como consecuencia del calentamiento, la pieza acabada puede quedar deformada, así que debemos rectificar la superficie para conseguir el acabado geométrico y dimensional necesario. Actualmente y debido a la evolución de las técnicas de mecanizado podemos
arrancar viruta de materiales endurecidos o tratados térmicamente.
Mecanizado —- Tratamientos térmicos — Rectificado
Tratamiento térmico para aumentar la dureza
Los estudios metalográficos han demostrado que una aleación posee mayor resistencia a la tracción que un metal puro de la misma sección. Pongamos un ejemplo…
Ejemplo de tratamiento térmico
En la siguiente imagen podemos apreciar dos secciones, una de hierro puro y la otra de hierro aleado con carbono. Se aprecia la superioridad de resistencia por parte de la sección aleada, soportando mayor resistencia a la tracción que la de material puro.
Si calentamos las probetas a 850ºC y enfriamos bruscamente, observaremos que la probeta de metal puro (Fe) no modifica sus propiedades, mientras que la aleada con carbono (Fe+0,3%C) aumenta su dureza y resistencia considerablemente.
¿Por qué el tratamiento térmico aumenta la dureza y resistencia?
Cuando un metal se encuentra en estado sólido, presenta una estructura cristalina en las cuales los átomos aparecen formando redes cristalinas. En los metales puros y a temperatura ambiente, se presenta siempre la misma estructura. En cambio, en aleaciones puede darse para este caso estructuras diferentes según sea la velocidad de enfriamiento.
Esto sucede porque el hierro puro no contiene carbono y el aleado sí. En la aleación, cuando se enfrían sus átomos de carbono y al ser mayores a los átomos de hierro quedan aprisionados en la retícula cristalina, lo que provoca que se formen granos más compactos, duros y resistentes. La cantidad de átomos encerrados en la retícula dependerá de la velocidad de enfriamiento del metal.
Diagrama Hierro-Carbono Modificado
Tratamientos térmicos y termoquímicos más importantes.
- Temple
- Revenido
- Bonificado
- Recocido
- Normalizado
- Cementación
- Nitruración
- Carbonitruración
- Cianuración
- Sulfinización
Temple
En el temple se modifica la austenita en martensita mediante un enfriamiento muy rápido con una velocidad superior a la crítica. Esto influye en que la pieza gane la máxima dureza pero también mayor fragilidad. En el temple el enfriamiento se suele realizar con agua si se necesita un enfriamiento más brusco, obteniendo mayor dureza. O se utiliza aceite si no se quiere tanta brusquedad, menor dureza.
La temperatura en el temple influye en que a mayor sea se conseguirá mayor dureza o resistencia, o viceversa. En piezas de grandes espesores y debido a que el enfriamiento debe ser desde 850ºC a temperatura ambiente en menos de 2 segundos, hace que esta no se transforme totalmente en martensita. Esto crea tensiones internas en casos de piezas con partes gruesas y delgadas. Con el temple la dureza y la resistencia mecánica aumenta cuanto mayor es el porcentaje de carbono en el acero.
Revenido
Como comentamos anteriormente en el temple, las piezas adquieren fragilidad (resiliencia) y cuando alguna de sus partes son finas y gruesas se pueden crear tensiones internas. Para dar una mayor tenacidad a las piezas y eliminar estas tensiones se realiza el revenido. En el revenido se calienta la pieza hasta una temperatura por debajo de la crítica hasta que la estructura se transforme en una menos dura que la martensita (sorbita o martensita revenida). A mayor temperatura de revenido, menor dureza. El conjunto de temple y máximo revenido se denomina Bonificado.
Recocido
Cuando se aplica a los materiales procesos tecnológicos de deformación plástica como; laminados, forjados, embutidos o enfriamientos en malas condiciones se producen roturas de los cristales deformándose la retícula y creando tensiones internas. La finalidad del recocido es el eliminar estas tensiones internas, obteniéndose estructuras más blandas y de fácil mecanización.
En el recocido de ablandamiento se calienta la pieza por encima de la temperatura crítica y se deja enfriar lentamente en el mismo horno donde se calentó. Se obtiene una estructura más blanda de perlita-ferrita (normal).
Normalizado
En el normalizado se calienta la pieza por encima de la temperatura crítica y se deja enfriar al aire en reposo. Se consigue una estructura más fina y homogénea que el recocido.
Conlusión
La aplicación de los tratamientos térmicos está muy extendida en la industria, es una solución para modificar las propiedades de un material hasta obtener el que se necesita concretamente. Los tratamientos térmicos también se aplican a zonas concretas, por ejemplo los tratamientos térmicos superficiales, pero de esos hablaremos otra publicación.
