El Temple del Acero
Introducción
El tratamiento térmico convencional del acero busca obtener aceros martensíticos, caracterizados por su alta dureza y resistencia mecánica. Para lograrlo, se somete el acero a un calentamiento hasta la temperatura de formación de la austenita y posteriormente se enfría rápidamente con un fluido como agua, aceite o aire. Este proceso genera un acero con alto contenido en martensita, responsable de la resistencia mecánica adicional.
La cantidad de martensita depende del tipo de acero, específicamente de la cantidad de carbono presente. La capacidad de formar martensita se mide con la templabilidad, que indica la capacidad del acero de endurecerse por formación de martensita. La cantidad de martensita formada depende de dos factores: la cantidad de carbono inicial y la velocidad de enfriamiento.
Ensayo de Templabilidad (Ensayo Jominy)
Para medir la templabilidad se utiliza el ensayo de templabilidad, también conocido como ensayo Jominy. El ensayo consiste en someter una probeta normalizada de 25 mm de diámetro x 100 mm de longitud a la temperatura de austenización. El tiempo necesario para que se transforme en austenita dependerá de la composición del acero. Luego, se templa un extremo de la pieza con un chorro de agua a temperatura y caudal constante, creando un gradiente de templado.
Una vez enfriada la probeta, se desbasta 0,4 mm en toda su superficie y se mide la dureza a lo largo de los primeros 50 mm. Esto genera una gráfica de dureza Rockwell C frente a la distancia al extremo templado, conocida como curva de templabilidad.
Factores que Influyen en el Temple
- Composición del acero: El porcentaje de carbono máximo es del 0,6%. Por encima de este valor, no se observan aumentos significativos en la dureza.
- Temperatura de calentamiento: Depende del contenido en carbono para alcanzar la austenización y de la presencia de otros metales de aleación.
- Tiempo de calentamiento: Está relacionado con el tamaño de la pieza. Piezas más grandes requieren mayor tiempo para alcanzar la austenización.
- Velocidad de enfriamiento: Es el factor determinante, como se mencionó anteriormente.
- Medio para enfriar: Puede ser agua, aceite o aire. El agua es común por su bajo coste, pero en aceros con alto contenido en carbono puede producir deformaciones y grietas. Los aceites industriales se utilizan para evitar estos problemas. El aceite, aunque con menor coeficiente de transmisión de calor que el agua, produce gradientes de temperatura más suaves y temples más uniformes.
Tipos de Temple
1. Temple Continuo de Austenización Completa
Se aplica a aceros hipoeutectoides. Se calienta a 50ºC por encima de la curva A3 (ver diagrama de fases del acero) y se enfría rápidamente, obteniendo martensita como componente principal.
2. Temple Continuo de Austenización Incompleta
Se aplica en aceros hipereutectoides, a unos 30ºC por encima de la línea A1. Afecta a la austenita pero no a la cementita. La perlita se transforma en austenita y la cementita permanece intacta. Se enfría con velocidad superior a la crítica, formándose una estructura mixta de martensita y cementita.
3. Temple Martensítico
Se calienta hasta alcanzar la austenización y se mantiene el tiempo necesario para la transformación completa de la austenita. Luego, se enfría en un baño de sales a temperatura constante.
4. Temple Austempering
Similar al anterior, pero el tiempo de permanencia en el baño de sales es mayor para que la austenita se transforme en bainita. Este tratamiento confiere dureza sin fragilidad. Se aplica a aceros con alto contenido en carbono, como engranajes, ejes y piezas sometidas a desgaste.
5. Temple Superficial
Se calienta la superficie del material rápidamente, de forma que solo una fina capa sufre el temple. El núcleo de la pieza no se altera.