Optimización de Aceros: Guía Completa de Tratamientos Térmicos

Tratamientos Térmicos en Aceros: Mejora de Propiedades y Procesos

El objetivo de los tratamientos térmicos es mejorar las propiedades de los materiales, obteniendo productos que respondan mejor a las condiciones bajo las que trabajarán. Para que sus propiedades cambien es necesario que la estructura interna de los materiales también se modifique, lo que se logra por medio de calentamientos y enfriamientos adecuados, formalizando los llamados tratamientos térmicos:

• Aumentar o disminuir la dureza de los materiales, logrando variar la resistencia de los mismos.
• Conseguir mejorar la maquinabilidad.
• Eliminar tensiones internas residuales.
• Eliminar la acritud que pueden presentar ciertos materiales sometidos a conformación en frío.

Transformaciones de la Austenita

El punto de partida de casi todos los tratamientos térmicos es la austenita. Esto significa que el material se encontrará a elevadas temperaturas, las cuales se alcanzarán de forma lenta, logrando un calentamiento uniforme en todo el volumen de la pieza, desde el exterior del cuerpo a su parte central o núcleo. Una vez alcanzada la temperatura de austenización, se permanecerá en ese estado el tiempo suficiente para asegurar que toda la estructura del cuerpo sea austenita. En este estado se podrá someter al acero a un enfriamiento lento, para obtener los constituyentes estables estudiados en el diagrama Fe-C, o a un enfriamiento rápido, para generar constituyentes que se encuentran en un equilibrio aparente.

• Enfriamientos lentos: Seguirán las leyes del diagrama Fe-C, logrando estructuras parecidas a las de equilibrio. Estas condiciones se pueden lograr cubriendo la pieza con arena o introduciéndola en un horno al que se le va controlando la disminución de la temperatura, bien de forma automática o dejándolo enfriar de forma natural.
• Enfriamientos medios: Con ellos se logran estructuras finales de tipo perlítico, que reciben el nombre de troostita, sorbita de temple o perlita fina. Para lograr estos enfriamientos se puede introducir el elemento dentro de sales o dejarlo simplemente al aire.
• Enfriamientos rápidos: El compuesto obtenido será una mezcla de perlita fina y martensita. Normalmente el enfriamiento se realiza con agua, aceite o agua con sales.
• Enfriamientos muy rápidos: En el material se forma una estructura de martensita, que es la que presentan los aceros templados.

Tratamientos Térmicos de los Aceros

Los tratamientos térmicos más comunes reciben el nombre de recocido, normalizado, temple y revenido.

Calentamiento

El comienzo de cualquier tratamiento térmico consistirá en elevar progresivamente la temperatura del elemento mediante un dispositivo, como por ejemplo un horno, un baño de sales, etc. Evidentemente, la temperatura de partida suele ser la que exista en el ambiente, pues la pieza se encontrará en esas condiciones. Este calentamiento será progresivo, permitiendo que todo el material vaya aumentando la temperatura uniformemente. De lo contrario se podrían establecer dilataciones desiguales con el peligro de generar grietas. Una vez alcanzada la temperatura de austenización, se permanecerá en ese estado un tiempo determinado, con el fin de que todo el material se haya transformado en austenita y esta sea homogénea. Es interesante que el tamaño del grano que presenta la austenita sea lo más fino posible, ya que se lograrán transformaciones rápidas y homogéneas.

Recocido contra Acritud

En muchas ocasiones el material se trabaja en frío, estirándolo, doblándolo... y, en definitiva, deformándolo. Estas deformaciones se traducen en un endurecimiento y fragilidad del material, que recibe el nombre de acritud y que imposibilitaría seguir trabajando o conformando en esas condiciones.

Enfriamiento

Este paso es mucho más variable e incluso delicado, porque de él dependerá el resultado final del tratamiento. Seguidamente iremos desglosando esta fase en cada tipo de tratamiento.

Recocido

Es un tratamiento térmico que persigue ablandar el material, homogeneizar la estructura, afinar el grano, eliminar la acritud, facilitar el mecanizado, eliminar las tensiones internas...; en definitiva diremos que el recocido "dulcificará" el material.

Para realizar un tratamiento térmico de recocido partiremos de un correcto calentamiento, que no será menor a 1 hora por cada 25mm de sección, hasta conseguir que todo el material se encuentre en estado austenítico. Dependiendo de su composición química la temperatura será: Ta calentamiento = Ac3 ó (Acm)+30 a 50°C.

A continuación el material se enfriará lentamente, para permitirle transformarse en constituyentes más estables (zona superior de las curvas del diagrama TTT). Para ello, se puede realizar la operación en un horno que regule automáticamente la disminución de la temperatura. En ocasiones simplemente se apaga el horno y se deja enfriar hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Tipos de Recocido

• Recocido de Homogeneización: Se suele emplear en los productos semielaborados, como los lingotes. Con él se logra eliminar las posibles segregaciones de azufre, fósforo... que se generan en la solidificación del producto.
• Recocido de Regeneración: Se aplica a los aceros sobrecalentados o cuando queremos anular los efectos de un tratamiento térmico. Se logra así un producto final de grano fino, que es la que mejores características mecánicas presenta. Posteriormente ya podremos dejarlo enfriar al aire. Los constituyentes finales serán ferrita y perlita o cementita y perlita, dependiendo de si se trata de un acero hipo- o hipereutectoide.
• Recocido de Ablandamiento: Es muy parecido al anterior. Se aplica principalmente sobre piezas templadas que serán mecanizadas o en aceros aleados de gran resistencia. Con él se logra disminuir la dureza del material, facilitando el mecanizado.