TRATAMIENTOS TERMICOS

TRATAMIENTOS TERMICOS

1. ESTADOS ALOTROPICOS DEL HIERRO

   • Algunos metales tienen la característica de que cambian de red de cristalización dependiendo de la temperatura a que se encuentren, entonces se dice que el metal es politrópico, y a cada uno de los sistemas en que cristaliza el metal se le llaman estados alotrópicos. En el hierro puro se distinguen cuatro estados alotrópicos:
     • HIERRO ALFA
       • que se da en temperaturas inferiores a los 768 ºC. Esta última forma alotrópica se caracteriza por una estructura cristalina centrada en el cuerpo (BCC) con una longitud de arista de 0.286 nanómetros.
     • HIERRO DELTA
       • Se forma entre los 1400 y 1539ºC. Cristaliza en red cúbica centrada de cuerpo (BCC). Debido a que aparece a muy elevadas temperaturas, tiene poca trascendencia en el estudio de los tratamientos térmicos y no se emplea en siderurgia.
     • HIERRO BETA
       • Se genera entre 768ºC y 900ºC, cristalizando en el sistema cúbico centrado de cuerpo (BCC). Tiene carácter no magnético, por este motivo en algunos textos al Feb se le llama Fea no magnético. Mecánicamente presenta muy poco interés.
     • HIERRO GAMA
       • Se forma entre los 900 y los 1400ºC. Cristaliza en el sistema cúbico centrado de caras (FCC). Tiene gran facilidad para formar soluciones sólidas, puesto que dispone de espacios interatómicos grandes, y es capaz de disolver hasta un 2% de carbono. Este microconstituyente estable es llamado austenita.

2. DIAGRAMA HIERRO-CARBONO

   • En el diagrama de equilibrio o diagrama de fases hierro-carbono (Fe-C) (también diagrama hierro-carbono), se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente, de modo tal que los procesos de difusión (homogeneización) tengan tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones— por diversos métodos.
     • AUSTENITA
       • La austenita, también conocida como acero gamma (γ) es una forma de ordenamiento específica de los átomos de hierro y carbono. Esta es la forma estable del hierro puro a temperaturas que oscilan entre los 900 °C a 1400 °C.
     • FERRITA
       • una de las estructuras cristalinas del hierro. Cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo y tiene propiedades magnéticas. Se emplea en la fabricación de imanes permanentes aleados con cobalto y bario, en núcleos de inductancias y transformadores con níquel, zinc o manganeso, ya que en ellos quedan eliminadas prácticamente las Corrientes de Foucault.
     • PERLITA
       • Se denomina perlita a la microestructura formada por capas o láminas alternas de las dos fases (α y cementita) durante el enfriamiento lento de un acero a temperatura eutectoide. Se le da este nombre porque tiene la apariencia de una perla al observarse microscópicamente.
     • CEMENTITA
       • La cementita es un constituyente de los aceros, y otras aleaciones férreas como las fundiciones blancas, que aparece cuando el enfriamiento de la aleación sigue el diagrama metaestable Fe-Fe3C en vez de seguir el diagrama estable hierro-grafito. La cementita contiene un 6,67% de carbono,1​ y es un compuesto intermetálico de inserción. Si bien la composición química de la cementita es Fe3C, la estructura cristalina es del tipo ortorrómbica con 12 átomos de hierro y 4 átomos de carbono por celda.
     • MARTENSITA
       • Martensita es el nombre que recibe la fase cristalina BCT, en aleaciones ferrosas. Dicha fase se genera a partir de una transformación de fases sin difusión (infiltración de partículas ajenas al material procesado), a una velocidad que es muy cercana a la velocidad del sonido en el material. Por extensión se denominan martensitas todas las fases que se producen a raíz de una transformación sin difusión de materiales metálicos.

3. FASES DE LOS TRATAMIENTOS TERMICOS

   • Se conoce como tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, de los metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. 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 cerámicos.

4. TEMPLE

   • Este tratamiento térmico se caracteriza por enfriamientos rápidos (continuos o escalonados) en un medio adecuado: agua, aceite o aire, para transformar la austenita en martensita. Mediante el temple se consigue: − Aumentar la dureza y la resistencia mecánica. − Disminuir la tenacidad (aumento de la fragilidad). − Disminuir el alargamiento unitario. − Modificar algunas propiedades eléctricas, magnéticas y químicas.
     • TEMPLABILIDAD
       • Se puede definir la templabilidad como la aptitud de un acero para endurecerse por formación de martensita, como consecuencia de un tratamiento térmico. Para determinar el grado de templabilidad de un acero se realiza el ensayo Jominy. El ensayo consiste en realizar el templado de una probeta de dimensiones determinadas según un proceso definido. El estudio de los resultados permite definir el comportamiento del material ante el tratamiento de temple.
     • TIPOS DE TEMPLE
       • TEMPLE CONTINUO DE AUSTENIZACION COMPLETA
         • se aplica a los aceros hipoeutectoides. Se calienta el material a 50ºC por encima de la temperatura crítica superior A3, enfriándose en el medio adecuado para obtener martensita.
       • TEMPLE CONTINUO DE AUSTENIZACIO INCOMPLETA
         • - se aplica a los aceros hipereutectoides. Se calienta el material hasta AC1 + 50ºC, transformándose la perlita en austenita y dejando la cementita intacta. Se enfría a temperatura superior a la crítica, con lo que la estructura resultante es de martensita y cementita.
       • TEMPLE SUPERFICIAL
         • el núcleo de la pieza permanece inalterable, blando y con buena tenacidad, y la superficie se transforma en dura y resistente al rozamiento. Con el temple superficial se consigue que solamente la zona más exterior se transforme en martensita, y para ello el tiempo durante el que se mantiene el calentamiento debe ser el adecuado para que solamente un reducido espesor de acero se transforme en austenita.
       • TEMPLE ESCALONADO
         • consiste en calentar el acero a temperatura de austenización y mantenerlo el tiempo necesario para que se transforme completamente en austenita. Posteriormente se enfría en un baño de sales bruscamente hasta una temperatura próxima pero superior a Ms, con el fin de homogeneizar la temperatura en toda la masa y se acaba reduciendo la temperatura para que toda la pieza se transforme en martensita.

5. RECOCIDO

   • Se trata de calentar el metal hasta una determinada temperatura y enfriarlo después muy lentamente (incluso en el horno donde se calentó). De esta forma se obtienen estructuras de equilibrio. Son generalmente tratamientos iniciales mediante los cuales se ablanda el acero. Su finalidad es suprimir los defectos del temple. Mediante el recocido se consigue: − Aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad. − Eliminar la acritud. − Afinar el grano y homogeneizar la estructura.
     • RECOCIDO COMPLETO
       • afina el grano cuando ha crecido producto de un mal tratamiento. Se realiza en aceros hipoeutectoides.
     • RECOCIDO INCOMPLETO
       • elimina tensiones pero sólo recristaliza la perlita. Es más económico que el anterior.
     • RECOCIDO DE GLOBALIZACION
       • mejora la mecanibilidad en los aceros eutectoides e hipereutectoides.
     • RECOCIDO DE RECRISTALIZACION
       • reduce tensiones y elimina la acritud.
     • RECOCIDO DE HOMOGENIZACION
       • elimina la segregación química y cristalina. Se obtiene grano grueso por lo que es necesario un recocido completo posterior

6. NORMALIZADO

   • Se trata de calentar el metal hasta su austenización y posteriormente dejarlo enfriar al aire. La ventaja frente al recocido es que se obtiene una estructura granular más fina y una mayor resistencia mecánica. La desventaja es que la dureza obtenida es mayor. Mediante este proceso se consigue: − Subsanar defectos de las operaciones anteriores de la elaboración en caliente (colada, forja, laminación,…) eliminando las posibles tensiones internas. − Preparar la estructura para las operaciones tecnológicas siguientes (por ejemplo mecanizado o temple). El normalizado se utiliza como tratamiento previo al temple y al revenido, aunque en ocasiones puede ser un tratamiento térmico final.

7. REVENIDO

   • Como ya se ha visto, el temple produce un aumento de la fragilidad debido a las tensiones internas que se generan al producirse la transformación martensítica. Para evitarlo, se somete el metal a un proceso de revenido, que consiste en elevar la temperatura hasta una inferior a la de transformación (punto crítico AC1) para transformar la martensita en formas más estables. Mediante el revenido se consigue: − Disminuir la resistencia mecánica y la dureza. − Aumentar la plasticidad y la tenacidad.