Cómo los Tratamientos Térmicos Optimizan las Propiedades del Acero

Tratamientos Térmicos en Aceros: Mejora de Propiedades y Aplicaciones

Los tratamientos térmicos mejoran las propiedades de los materiales mediante el calentamiento y enfriamiento controlado, modificando su estructura interna. Buscan aumentar o reducir la dureza, mejorar la maquinabilidad, eliminar tensiones internas y la acritud.

La austenita es el punto de partida, y su enfriamiento puede ser:

• Lento: Da estructuras estables según el diagrama Fe-C.
• Medio: Produce estructuras perlíticas, como la troostita.
• Rápido: Forma perlita fina y martensita.
• Muy rápido: Genera martensita, propia de los aceros templados.

El Recocido y sus Aplicaciones

El recocido se usa para eliminar la acritud generada por la deformación en frío. Los tratamientos térmicos de los aceros, como recocido, normalizado, temple y revenido, buscan modificar sus propiedades mediante calentamiento y enfriamiento controlados. El proceso comienza con un calentamiento progresivo hasta alcanzar la temperatura de austenización, asegurando que el material se transforme homogéneamente en austenita, evitando grietas por dilataciones desiguales.

El enfriamiento varía según el tipo de tratamiento y determina las características finales del acero. El recocido tiene tres tipos principales:

1. Recocido de homogeneización: Se aplica a productos semielaborados, como lingotes, para eliminar segregaciones de elementos como azufre y fósforo.

2. Recocido de regeneración: Se utiliza para aceros sobrecalentados o para anular efectos de tratamientos térmicos previos, logrando un grano fino y mejores propiedades mecánicas.

3. Recocido de ablandamiento: Se emplea en piezas templadas o aceros aleados de alta resistencia, reduciendo la dureza y facilitando su mecanizado.

En conjunto, el recocido ablanda el material, elimina tensiones internas, afina el grano y mejora la maquinabilidad, con un enfriamiento controlado después de alcanzar temperaturas específicas dependiendo de la composición del acero.

El Temple y sus Variantes

El temple aumenta la dureza del acero al calentarlo hasta la austenita y enfriarlo rápidamente para convertirlo en martensita. El calentamiento debe ser uniforme, y el enfriamiento debe ocurrir a una velocidad crítica (250-750°C por segundo), dependiendo del tipo de acero y tamaño de la pieza. Los medios más comunes son:

• Agua: Enfriamiento rápido, genera un temple fuerte.
• Aceite: Enfriamiento más lento, produce un temple más suave y uniforme.

El temple puede causar fragilidad y grietas debido a la dilatación irregular, el aumento del tamaño del grano o un enfriamiento incorrecto.

Tipos de Temple

1. Temple continuo de austenización completa: Se aplica a aceros hipoeutectoides. Se calienta hasta alcanzar Ac3 +50°C, se mantiene ese estado el tiempo necesario y luego se enfría en el medio adecuado, logrando una transformación completa a austenita.

2. Temple continuo de austenización incompleta: Se utiliza en aceros hipereutectoides. Se calienta solo para transformar la perlita en austenita, mientras la cementita permanece intacta. Al enfriarse, se obtiene una mezcla de martensita y cementita.

3. Temple isotérmico "Martempering": Se calienta el acero hasta la temperatura de austenización y luego se enfría rápidamente en un baño de sales hasta una temperatura ligeramente superior a la de formación de martensita. El acero se mantiene estable a esa temperatura para homogeneizarse antes de enfriarse rápidamente.

4. Temple isotérmico "Austempering": Similar al martempering, pero se mantiene el acero a una temperatura más alta (450°C a 550°C) hasta que la austenita se convierte en bainita. Esto reduce deformaciones, tensiones internas y grietas. Este método puede prescindir del revenido posterior.

5. Temple superficial: Solo la superficie de la pieza se calienta rápidamente hasta la temperatura de austenización y luego se enfría rápidamente, creando una capa exterior endurecida y un núcleo interno más tenaz. Es adecuado para piezas como engranajes y levas, y el calentamiento suele realizarse por inducción o soplete.

Interpretación de Curvas de Enfriamiento en el Diagrama TTT

Si superponemos las curvas que indican la velocidad de enfriamiento del cuerpo sobre el diagrama TTT y observamos donde cortan las curvas de transformación, podemos determinar el producto final. Así, fijándonos en las curvas 1, 2, 3, 4 y 5 de la figura 16 podríamos decir que:

1. La curva 1 genera perlita gruesa.
2. La curva 2 genera perlita fina.
3. La curva 3 genera perlita fina y bainita superior.
4. La curva 4 corresponde a la velocidad crítica de temple, es decir, la menor velocidad de enfriamiento que se le puede aplicar a un determinado producto para obtener martensita, tal y como se observa en el gráfico. Todas las velocidades de enfriamiento superiores a ella también generarán martensita.
5. La curva 5 representa la martensita.