Tratamientos termicos

Definición de los tratamientos térmicos

El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil.

En que consiste
Tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecidos.
Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro–hierro–carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos.

Tipos de tratamiento
Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. Los principales tratamientos térmicos son:
Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950ºC) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etcétera.
Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.
Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización (800-925ºC) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.
Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.
Tratamientos superficiales
En el caso de los tratamientos termoquímicos no sólo se producen cambios en la estructura del acero sino también en su composición química, añadiendo diferentes productos químicos durante el proceso del tratamiento. Estos tratamientos tienen un efecto sólo superficial en las piezas tratadas y consiguen aumentar la dureza superficial de los componentes, dejando el núcleo más blando y flexible. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento en atmósferas especiales.
Cementación: Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.
Nitruración: Al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400-525 ºC, dentro de una corriente de gas amoniaco, más nitrógeno.
Sulfinización: Aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorporó al metal por calentamiento a baja temperatura (565 ºC) en un baño de sales.
Cianuración: Endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 ºC.
Bonificado
Es el enfriamiento de un acero -normalmente de construcción- en el medio que le corresponda, seguido por un revenido a altas temperaturas, para conseguir con tal tratamiento térmico una determinada resistencia a la tracción, combinada con una gran elasticidad del material.
Normalizado
Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.
Temple (con revenido)
Después que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o frágil lo que impide su manejo pues se rompe con el mínimo golpe debido a la tensión interior generada por el proceso de endurecimiento. Para contrarrestar la fragilidad se recomienda el temple del acero (en algunos textos a este proceso se le llama revenido y al endurecido temple). Este proceso hace más tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza. El proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo para luego calentarla hasta la temperatura =) adecuada (ver tabla), para después enfriarla con rapidez en el mismo medio que se utilizó para endurecerla.

Recocido
El recocido es el tratamiento térmico que, en general, tiene como finalidad principal el ablandar el acero, regenerar la estructura de aceros sobrecalentados o simplemente eliminar las tensiones internas que siguen a un trabajo en frío. (Enfriamiento en el horno).

Recocido de Regeneración
También llamado normalizado, tiene como función regenerar la estructura del material producido por temple o forja. Se aplica generalmente a los aceros con más del 0.6% de C, mientras que a los aceros con menor porcentaje de C sólo se les plica para finar y ordenar su estructura
Ejemplo:
Después de un laminado en frío, donde el grano queda alargado y sometido a tensiones, dicho tratamiento devuelve la micro estructura a su estado inicial.

Recocido de Globular
Es usado para los aceros hipereutectoides, es decir con un porcentaje mayor al 0,89 % de C, para conseguir la menor dureza posible que en cualquier otro tratamiento, mejorando la maquinabilidad de la pieza. La temperatura de recociodo está entre AC3 y AC1.
Ejemplo:
- El ablandamiento de aceros aleados para herramientas de más de 0.8% de C.

Recocido de Sub-crítico
Se usa para aceros de forja o de laminación, para lo cual se usa una temperatura de recocido inferior a AC1, pero muy cercana. Mediante este procedimiento se destruyen las tensiones internas producidas por su moldeo y mecanización. Comúnmente es usado para aceros aleados de gran resistencia, al Cr-Ni, Cr-Mo, ecetera. Este procedimiento es mucho más rápido y sencillo que los antes mencionados, su enfriamiento es lento.

Tratamiento térmico aplicado
Se encontró una correlación entre la micro estructura y la dureza muy similar para los dos ciclos de tratamiento térmico aplicados.
La máxima dureza corresponde al mayor tiempo de permanencia en la zona bifásica y al enfriamiento rápido (agua), generando fase a acicular, mientras que la dureza mínima se asocia a la coalescencia significativa de la fase a debido al enfriamiento lento (aire). A partir de los patrones de difracción de electrones, se identificaron las fases a y b , como hcp con parámetros de red a= 2,95 Å y c= 3,68 Å , y bcc con a = 3,30 Å , respectivamente.

APLICACON DEL TEMPLE Y REVENIDO: Troqueles, punzones, cuchillas, fresas, brocas, moldes para plástico, matrices para forja, matrices para fundición a presión de aleaciones no ferrosas, etc.

APLICACIÓN EN CEMENTACIÓN Y CARBONITRURACIÓN: Elementos de máquinas tales como: piñones, engranajes, ejes de transmisión, ruedas dentadas, placas de desgastes, bocinas, bujes, columnas de prensas, etc.

APLICACIÓN EN NITRURACIÓN: Moldes para inyección de metales no ferrosos y de plásticos, tornillos sin fin para extrusión de plásticos, matrices de extrusión de aluminio, punzones y matrices de forja, engranajes, árboles de leva, puntas de ejes, columnas, bocinas, grupos rotatorios, asientos de bombas hidráulicas de sistemas hidrostáticos, etc.

HORNOS UTILIZADOS PARA LOS TRATAMIENTOS TERMICOS
El horno es el elemento principal de los tratamientos térmicos es un instrumento constituido por una caja susceptible de calentamiento y que permite el control y la regulación del tiempo, de la temperatura, de la atmósfera, y de las velocidades de calentamiento y de enfriamiento.

Tipos de hornos
Calentamiento: Eléctrico (por resistencia, por inducción), a Gas, a fuel Oil.
Según la atmósfera reinante en el horno: Vació, Neutra (Argon, Helio, Nitrógeno), Reductora (Exogas, Endoga, Amoniaco Disociado, Hidrogeno de atmósfera sintética.
Según la Solera: Discontinua, Continua, (Horizontal, Vertical).
Todos nuestros hornos se caracterizan por su adecuación o adaptación a la aplicación concreta exigida. Dicha exigencia se refiere siempre a aspectos de:
· Comodidad y funcionalidad operativa.
· Dimensionado de la cámara de tratamiento particularizando en función del tipo de piezas a tratar.
· Fabricación adaptada a las diversas fuentes de energía.

HORNOS PARA TEMPLES / RECOCIDO:
Se diseña para poder alcanzar unas temperatura de trabajo de 1100 ºC - 1400 ºC, máximas capaces de provocar el cambio necesario de la estructura metalografía del metal a tratar.
En la versión de horno eléctrico se prevé una entrada de gas protector ( generalemte nitrógeno) a la cámara de tratamiento con el fin de proteger a las piezas a tratar contra la descarburación.
Cuando se trata de hornos a combustible liquido o gaseoso la regulación del circuito de combustión permite obtener en la cámara de tratamiento una atmósfera oxidante, neutra o reductora.
En este caso los quemadores a instalar son básicamente de dos tipos en función del sistema de aportación del aire necesario para la combustión.
Hornos según el sistema de calentamiento: El calentamiento por gas tiene como ventaja la economía y como inconveniente la dificultad del control de la temperatura.
El sistema de resistencia eléctrica que aprovecha el calor generado según la ley Joule. La disposición de la resistencia da nombre a los hornos, que son de tipo mufla o cajas.