Tratamientos Térmicos del Acero
Los tratamientos térmicos modifican las propiedades del acero mediante ciclos de calentamiento y enfriamiento controlados. A continuación, se describen los tratamientos más comunes:
Recocido
El recocido busca ablandar el acero, facilitar su mecanizado o conformarlo en frío. Se aplica principalmente a aceros muy aleados (ej. aceros de herramientas) para obtener una estructura ferrito-perlíticas en lugar de bainíticas o martensíticas. Existen diferentes tipos de recocido:
- Recocido de ablandamiento: Reduce la dureza para facilitar el mecanizado o conformado en frío.
- Enfriamiento continuo: Enfriamiento lento desde temperaturas de austenización.
- Recocido isotermo: Enfriamiento rápido hasta una temperatura ligeramente inferior a Ac1 (menos de 50ºC), manteniéndola constante (baños de sales fundidas) hasta completar las transformaciones.
- Recocido de globulización: Busca obtener cementita esférica dispersa en una matriz de ferrita (globulita), mejorando la deformabilidad en frío y la maquinabilidad. Se debe evitar temperaturas muy por encima de Ac1 para prevenir estructuras laminares durante el enfriamiento. Alternar la temperatura antes del enfriamiento acelera la globulización.
- Recocido de estabilización o alivio de tensiones: Elimina tensiones residuales (mecanizado, soldadura, temple, etc.) que pueden causar cambios dimensionales, agrietamiento y reducción de la resistencia a la fatiga. La temperatura varía según el tipo de acero: 450-650 ºC para aceros no aleados y de baja aleación; 600-750 ºC para aceros de herramientas de trabajo en caliente y aceros rápidos.
- Recocido de recristalización: Elimina la acritud (endurecimiento por deformación en frío). La temperatura oscila entre 500ºC y Ac1 + 75ºC, dependiendo de la calidad y el grado de deformación. El acero recupera las propiedades previas a la deformación.
Normalizado
El normalizado implica un enfriamiento al aire calmado, similar al recocido de regeneración, pero con mayor velocidad de enfriamiento. Comparado con el recocido de regeneración, es más fácil y económico, produce una microestructura más fina (menor tamaño de grano y espaciado interlaminar de la perlita), una estructura más homogénea y mayor dureza final (ventaja o desventaja).
Temple
El temple (Quenching) requiere un enfriamiento más rápido que la velocidad crítica para que la austenita se transforme completamente en martensita, evitando la formación de perlita o bainita. Su objetivo es aumentar la resistencia y la dureza. Siempre se complementa con un revenido posterior. El tiempo de mantenimiento debe ser mínimo para lograr una estructura homogénea con todo el carbono en disolución. Tiempos prolongados aumentan el tamaño de grano de la austenita y la fragilidad. La capacidad de temple se refiere a la dureza máxima alcanzable tras el temple y aumenta con el contenido de carbono. La severidad del temple (H) mide la capacidad de enfriamiento del medio. Un medio con H=infinito implica que la superficie de la pieza adquiere instantáneamente la temperatura del medio, pero el núcleo se enfría más lentamente. Cada medio tiene una severidad diferente. Si la severidad es elevada, existe riesgo de agrietamiento por choque térmico.
Etapas del enfriamiento:
- Fase vapor: Se forma una capa de vapor en la superficie, reduciendo la velocidad de enfriamiento (por radiación o conducción a través del vapor).
- Fase vapor-líquido: Se forman burbujas de vapor que entran en contacto con el líquido de temple «frío», aumentando la velocidad de enfriamiento.
- Fase líquido: Por debajo del punto de ebullición del líquido de temple, la velocidad de enfriamiento disminuye.
Defectos del temple:
- Oxidaciones y descarburaciones
- Exceso de fragilidad (temperatura alta aumenta el tamaño de grano, temperatura baja reduce la dureza)
- Descarburación
- Velocidad de calentamiento o enfriamiento desigual
- Apoyo inadecuado
- Forma de introducción
- Grietas por enfriamiento desigual o tensiones en cambios bruscos de sección
Tipos de Temple:
- Temple de enfriamiento continuo
- Temple isotérmico:
- Martempering: Para piezas grandes, evita deformaciones y tensiones.
- Austempering: Obtiene 100% bainita, con menor dureza pero mayor tenacidad, sin necesidad de revenido.
- Temples interrumpidos: Enfriamiento rápido hasta pasar la «nariz» de la curva TTT (ej. agua + aceite).
- Temple criogénico: Evita la austenita residual en aceros muy aleados.
- Ausforming: Enfriamiento hasta una temperatura intermedia, conformado de la estructura austenítica, obteniendo propiedades elevadas.
- Tratamiento subcero
Revenido
El revenido se aplica exclusivamente a estructuras templadas. Mejora la ductilidad, la tenacidad y reduce tensiones internas. El carbono atrapado en la red precipita formando carburos. Aunque el enfriamiento puede ser rápido (no se vuelve a templar), se recomienda un enfriamiento lento para evitar tensiones térmicas. Se utiliza para reducir la austenita residual. Las propiedades mecánicas tras el revenido dependen de la temperatura y el tiempo de tratamiento.
Designaciones de Aceros
- No aleado especial: C35 (0,35% C)
- Baja aleación: 35CrMn3-5 (0,35% C, 0,3-0,4% Cr, 0,5-0,7% Mn)
- Alta aleación: X35CrMn6-3 (0,35% C, 0,6% Cr, 0,3% Mn)
- Aceros rápidos: %W + %Mo + %V + %Co / 7
- Aceros no aleados generales: 13Q24 (0,13% C, 0,24% Mn)
Los elementos de aleación se representan con su símbolo químico (ej. Cr para cromo, Mn para manganeso). Los números indican el porcentaje aproximado del elemento. La designación «X» indica alta aleación.