Tratamientos térmicos: Es una combinación de operaciones de calentamiento y enfriamiento a temperaturas, tiempos y en condiciones determinadas a las que se someten a un metal o a una aleación en el estado sólido, para conseguir propiedades y características deseadas. En el caso del acero, todos los procesos básicos de tratamientos térmicos incluyen la transformación de la austenita. La naturaleza de estos productos de transformación determinan las propiedades físicas y mecánicas del acero.

Se los aplica para producir cambios estructurales en el acero (microestructura). se consigue:

• Una estructura de menor dureza o mejor maquinabilidad.
• Eliminar la acritud (aumento de dureza y resistencia a la deformación cuando el acero ha sido tratado mecánicamente en frío).
• Eliminar tensiones de cualquier origen, que pueden ser la causa de deformaciones después del maquinado, o producir roturas en servicio.

Los objetivos del tratamiento térmico de recocido austenítico

• Aumentar la elasticidad mientras que disminuye la dureza.
• Se facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material. (mejorando la ductilidad, resistencia, dureza, etc).
• Se elimina la acritud que produce el trabajo en frío. Se eliminan las tensiones internas.
• Se modifican las propiedades físicas y químicas.

Recocido – Revenido – Normalizado – Temple – Cementación – Nitruración – Tratamientos isotérmicos

Soluciones sólidas intersticiales: los átomos de soluto se sitúan en los intersticios (espacios) que hay entre los átomos del cristal matriz. Se pueden formar soluciones sólidas intersticiales solo cuando el átomo de la matriz es mucho mayor que el otro, de modo que los intersticios de la matriz sean suficientemente grandes para el tamaño del soluto (impureza).

Soluciones sólidas de sustitución: los átomos de soluto (impureza) sustituyen, en términos de posición, a átomos de la matriz (cristal madre o solvente). Para este tipo de solubilidad los dos átomos deben ser similares en radio atómico, estructura cristalina, electro-negatividad y valencia.

Normalizado: se lleva a cabo, calentando al acero unos 50 ℃, por encima de la temperatura crítica superior, A₃ o Acm, seguida de un enfriamiento en aire quieto, hasta la temperatura ambiente. Es similar al recocido de austenización completa pero su enfriamiento es a mayor velocidad, debido a esto último, se logra una estructura de grano fino, con perlita y ferrita, normales y homogéneas, con buenas características mecánicas y aceptable maquinabilidad, aunque algo aumenta la dureza y la resiliencia.

El propósito del normalizado es obtener un acero más duro y fuerte que el obtenido por recocido de manera que para algunas aplicaciones el normalizado pueda ser tratamiento térmico final. Para los aceros hiper eutectoides es necesario calentar por encima de Acm a fin de disolver la red de cementita.

• Eliminar heterogeneidad o irregularidad mecánica y cristalográfica proveniente del laminado o forjado.
• Eliminar heterogeneidad del grano, característica del acero bruto de colada.
• La estructura del acero normalizado es más fina y homogénea que la obtenida por recocido.
• Regenerar y afinar el grano del acero sobrecalentado por un tratamiento térmico previo o por trabajo de deformación plástica en caliente (laminado, forjado, estampado, etc.).
• Regenerar o afinar y uniformar el grano en los aceros soldados, cuyas propiedades son similares a la estructura bruta de colada.

Recocido esferoidal o recocido austenítico incompleto: Se usa en aceros de más de 0,50% de C, para ablandarlos y mejorar su maquinabilidad.

Se calienta por debajo de Ac₃ (10 a 30 ℃) con una permanencia de 1 a 2 hs x pulg. de espesor. Enfriando en forma lenta se produce la coalescencia de las láminas de perlita transformándolas en esferas, por lo que lo llama también Recocido Esferoidal.

Temple: Es un tratamiento térmico que consiste en calentar durante cierto tiempo un producto siderúrgico, a una temperatura por encima del punto crítico superior A₁ (generalmente) y luego enfriarlo bruscamente con el propósito de modificar y/o otorgarle propiedades mecánicas y tecnológicas a la pieza que se está tratando.

También, podemos decir que con este tratamiento, se impide que la estructura austenítica se transforme en perlítica obteniéndose una estructura martensítica. En este tratamiento, se consigue que aumenten, la tensión de rotura a la tracción, el límite elástico y la dureza, también aumenta el volumen de los aceros o hierros fundidos. Disminuyen, el alargamiento, la estricción y la resiliencia. En resumen, el producto, se hace más duro y resistente pero más frágil.

Velocidad crítica de temple: Es la mínima velocidad de enfriamiento que permite la formación de martensita. Esta velocidad es tal que impide la salida de los átomos de C del retículo FCC del Fe γ, obligándolo a permanecer en el retículo BCC del Fe α. Esta velocidad es tanto más alta cuanto menor es el contenido de C en el acero.

Templabilidad: La capacidad de un acero aleado para transformarse en martensita durante un determinado temple depende de la composición química y está relacionado con un parámetro llamado Templabilidad. Templabilidad es un término utilizado para describir la aptitud de un acero para endurecerse por la formación de martensita como consecuencia de un tratamiento térmico.

Un acero de alta Templabilidad es aquel que endurece o forma martensita, no solo en su superficie sino, también en su interior, es decir, la Templabilidad es una medida de la profundidad a la cual una aleación puede endurecerse.

Los factores que tienen una relación directa con el temple son: Composición química y estado estructural de la pieza a templar – Temperatura de temple – Tiempo de calentamiento – Velocidad de enfriamiento.

En los aceros hiper eutectoides la austenización es completa o incompleta? Es incompleta porque tengo cementita.

¿Para qué se emplea el ensayo Jominy? El ensayo Jominy se emplea para reproducir en una sola probeta las sucesivas velocidades de enfriamiento, mediante la cual se obtiene sus respectivas curvas.

¿Por qué aparece en los diagramas Jominy una banda de templabilidad y no una línea definida? En los diagramas Jominy aparece una banda de templabilidad debido a las pequeñas variaciones en composición química aceptables en el grado.

La MARTENSITA es una estructura metaestable obtenida a bajas temperaturas en los aceros al C. Las correspondientes fases de equilibrio son la ferrita α y la cementita Fe3C. Ella se obtiene por enfriamiento rápido desde el campo austenítico, de aleaciones Fe – C con contenidos de C normalmente superiores a 0,2% de C. Por ser metaestable la martensita no se indica en el diagrama Fe – C.

Trazado de las curvas TTT- BRAIN – Diagrama de transformación isotérmica: Se parte de una serie de probetas de un mismo acero. Para trazar la curva de la austenita a 500 ℃ se procede así:

1. Se calienta la probeta a una temperatura superior al punto crítico Ac3, manteniendo así el tiempo necesario para austenización completa.
2. Se introduce la probeta en un horno para sales de temperatura controlada a 500 ℃.
3. Después de 5 segundos se extrae la probeta del horno y se enfría bruscamente hasta la temperatura ambiente.
4. Se examina al microscopio la estructura de la probeta, si solo tengo austenita, significa que aún no se ha iniciado la transformación, pero si sen trazas de otras estructuras, esto indica que se ha iniciado la transformación. El inicio está determinado por el punto de ordenada 400 ℃ y abscisa 7 segundos.
5. Se van extrayendo las demás probetas a intervalos de tiempos sucesivo enfriándolas bruscamente y observándolas al microscopio. El final de la transformación está determinado por una probeta cuya estructura sea completamente bainítica. El punto correspondiente al final de la transformación está determinado por el tiempo de permanencia en el baño y por estructura de la probeta. Procediendo de igual manera para las distintas temperaturas de los baños isotérmicos y uniendo los puntos se obtienen las curvas de Bain. Para mayor comodidad, la escala de tiempo se toma en forma logarítmica, ya que las transformaciones isotérmicas completas requieren de un tiempo prolongado.
6. En los aceros al C la forma y posición de la curva depende del contenido de carbono y del tamaño del grano de la austenita. (mientras más grande el grano mas rápido es el temple).

Austemplado: Se logra una estructura 100% Bainita. Se calienta la pieza a temperatura de austenización, sigue un rápido enfriamiento en un baño de sales fundidas de unos 350 ℃, se deja la pieza en el baño hasta que se complete la transformación, el acero pasa de austenita a Bainita y en ningún momento pasa por la fase martensítica.

Se utiliza para aceros que no aceptan el temple martensítico.

• Es más efectivo para evitar grietas y deformaciones (aceros muy tenaces).
• Calentamiento: Ac1 + 50 °C: en hiper eutectoides.
• Enfriamiento brusco poco antes de Ms (antes de formarse la martensita) sobre 350ºC.
• Se introduce en baño de sales (isotérmica), transformando austenita en bainita (mucha tenacidad).
• Posteriormente se enfría rápidamente.

Martemplado: Realizando temple directo la velocidad de enfriamiento es muy elevada, la martensita se forma rápidamente en la zona superficial de la pieza creando así tensiones internas peligrosas entre la parte exterior y el interior no transformado. La martensita que se forma en el centro de la pieza lo hace con un cierto retraso con respecto a la que se forma en la superficie. Esto puede evitarse o reducirse, interrumpiendo el enfriamiento algunos grados por encima de la línea de inicio de formación de martensita Ms y mantenerlo en esas condiciones dando ocasión a que se igualen las temperaturas en todas las partes de la pieza. Con ello se superponen las curvas de enfriamiento, a partir de aquí, seguimos enfriando al aire a temperatura ambiente.

Temple superficial: Sin modificación de la composición química

• Endurecimiento por flama
• Endurecimiento por inducción

Tratamientos termoquímicos: Con modificación de la composición química

• Cementación o Carburización
• Nitruración
• Cianuración o Carbonitruración

Los tratamientos termoquímicos (cementación carburización, nitruración y cianuración o carbonitruración modifican la composición química del acero.

La cementación se emplea para endurecer principalmente superficies de piezas de acero de bajo carbono y aceros aleados de bajo carbono, generalmente de 0.08 a 0.25 %C.

Es un proceso de endurecimiento superficial en el que el endurecedor es el carbono.

El proceso de carburización puede resumirse en los siguientes pasos:

1. Calentar la pieza hasta la temperatura de austenización (815-1090 ºC).
2. Someter la pieza a un medio carburante (sólido, líquido o gaseoso) por un determinado tiempo (de algunas horas a días, dependiendo del medio carburante).
3. Temple la pieza: La superficie carburada, de mayor templabilidad, forma martensita. El núcleo de la pieza, cuya composición química no es alterada, posee menor templabilidad y no forma martensita.
4. Luego, se aplica un Revenido de la microestructura martensítica superficial.
5. De esta forma, se obtiene en la pieza un gradiente superficial en la concentración de carbono. Como consecuencia, se genera un gradiente de dureza, que es mayor en la superficie y decrece hacia el interior. Así se genera una superficie dura (50-65 HRC) y resistente al desgaste, conservando la tenacidad del interior de la pieza.

Nitrurado: Es una técnica de endurecimiento superficial de aleaciones ferrosas en la que se consiguen durezas extraordinarias en la periferia de las piezas por absorción de nitrógeno en una atmósfera de amoníaco y sin la necesidad de un temple final.

Las piezas que se desean nitrurar son siempre templadas y revenidas antes de la nitruración. La nitruración se realiza en una atmósfera de amoníaco a 500-575 ºC, durante 20 a 80 horas. Se alcanzan profundidades de capa de 0.20 a 0.70 mm y durezas de hasta 70 HRC.

Luego de efectuar un cementado, se debe emplear el temple.

La martensita es inestable a altas temperaturas ya que intenta volver a su estado natural.

Metalografía

La aplicación de estas técnicas persigue los siguientes fines.

• Conocer las propiedades de los materiales, la influencia de la composición química o de los tratamientos térmicos.
• Evaluar el futuro comportamiento de una pieza en servicio.
• Determinar las posibles causas del fallo en servicio de una pieza y las formas de evitarlo en el futuro.
• Seleccionar los materiales más adecuados para un determinado uso.

Ensayos Metalográficos: Ensayos practicados sobre una probeta metálica con o sin la ayuda de un microscopio, para observar la macro y microestructura, es decir, el tratamiento mecánico y térmico que ha sufrido un material.

Ensayos Metalográficos8: clasificación.

• Macroscópicos: desde simple vista hasta 15 aumentos.
• Microscópicos: desde 15 aumentos en adelante.

Macrografía: Es la parte de metalurgia que estudia la estructura de los metales con observaciones a simple vista o con la ayuda de muy pocos aumentos (lupas) usualmente unos 15 diámetros, se la emplea principalmente en la determinación de las imperfecciones estructurales de tamaños apreciables. Por otra parte, el ensayo macrográfico permite determinar la presencia de defectos en piezas forjadas y fundidas, controlar las líneas de forja y verificar en cordones de soldadura la penetración y/o defectos inherentes del proceso.

La Macrografía consiste en el examen de una sección plana de una pieza o muestra metálica. La misma debe estar debidamente pulida y atacada a posterior por un reactivo químico adecuado. El tamaño de la pieza no debe superar los 30 cm. El aspecto de la una superficie así tratada, se llama macro estructura y se puede observar a simple vista o con la ayuda de una lupa con aumento no mayor de 15x.

Micrografía: Es la parte de la Metalurgia que estudia en forma profunda las estructuras de los metales utilizando microscopios metalográficos con aumentos elevados, observando y determinando los constituyentes de las aleaciones, el tamaño y forma de los granos, defectos microscópicos, efectos de los tratamientos térmicos, etc.

Objetivo: Con la aplicación de un proceso mecánico, prepararemos una muestra de un material metálico para poder examinarlo, buscando observar micro estructuras, inclusiones, tratamientos térmicos a los que haya sido sometido, rechupes, con el fin de determinar si dicho material cumple con los requisitos para los cuales fue diseñado. Se conocerá también, la distribución de las fases que componen la aleación, la presencia de segregaciones y algunas otras irregularidades.