El tratamiento térmico del acero implica procesos controlados de calentamiento y enfriamiento para alterar sus propiedades físicas y mecánicas, como la dureza, la resistencia, la ductilidad y la tenacidad. Los principales métodos son el recocido, el temple, el revenido, la normalización, la cementación y el temple. Cada método sigue una secuencia específica de calentamiento a una temperatura precisa, mantenimiento a esa temperatura durante un tiempo determinado y enfriamiento en condiciones controladas. Estos procesos se adaptan para conseguir las características deseadas del material para aplicaciones específicas, como mejorar la maquinabilidad, aumentar la resistencia al desgaste o reducir las tensiones internas.
Explicación de los puntos clave:
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Pasos básicos del tratamiento térmico:
- Calentamiento: El acero se calienta a una temperatura específica, que puede oscilar entre unos pocos cientos de grados y los 2.400 °F, dependiendo del resultado deseado.
- Mantenimiento: El material se mantiene a la temperatura deseada durante un periodo determinado, que puede variar de segundos a varias horas, para garantizar una distribución uniforme del calor y cambios estructurales.
- Enfriamiento: El acero se enfría utilizando métodos prescritos, como el enfriamiento por aire, el temple en aceite o el temple en agua, para conseguir las propiedades deseadas.
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Métodos habituales de tratamiento térmico:
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Recocido:
- Finalidad: Ablandar el acero, mejorar la maquinabilidad y aliviar las tensiones internas.
- Proceso: El acero se calienta a una temperatura superior a su rango crítico, se mantiene y luego se enfría lentamente, a menudo en un horno.
- Resultado: Aumento de la ductilidad y reducción de la dureza.
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Endurecimiento (Through Hardening):
- Finalidad: Aumentar la dureza y la resistencia del acero.
- Proceso: El acero se calienta a alta temperatura y luego se enfría rápidamente (templado) en agua, aceite o aire.
- Resultado: Dureza elevada pero ductilidad reducida.
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Revenido:
- Finalidad: Reducir la fragilidad y mejorar la tenacidad tras el temple.
- Proceso: El acero templado se recalienta a una temperatura inferior a su intervalo crítico y luego se enfría.
- Resultado: Dureza y tenacidad equilibradas.
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Normalizado:
- Finalidad: Afinar la estructura del grano y mejorar las propiedades mecánicas.
- Proceso: El acero se calienta por encima de su temperatura crítica y después se enfría con aire.
- Resultado: Microestructura uniforme y mejora de la resistencia.
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Case Hardening (Endurecimiento superficial):
- Finalidad: Endurecer la superficie manteniendo un núcleo resistente.
- Proceso: Se utilizan métodos como el carburizado, la nitruración o el endurecimiento por inducción para introducir carbono o nitrógeno en la capa superficial.
- Resultado: Una superficie dura y resistente al desgaste con un núcleo dúctil.
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Enfriamiento:
- Finalidad: Enfriar rápidamente el acero para conseguir una dureza elevada.
- Proceso: El acero se calienta y luego se sumerge en un medio de temple (agua, aceite o aire).
- Resultado: Dureza elevada pero fragilidad potencial, a menudo seguido de revenido.
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Temple por precipitación:
- Finalidad: Aumentar la resistencia mediante la formación de finos precipitados en el acero.
- Proceso: El acero se calienta a una temperatura específica, se mantiene y luego se enfría para permitir la formación de precipitados.
- Resultado: Mayor resistencia y dureza sin pérdida significativa de ductilidad.
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Recocido:
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Aplicaciones del tratamiento térmico:
- Recocido: Se utiliza para mejorar la maquinabilidad y reducir las tensiones internas en las piezas que se someterán a un tratamiento posterior.
- Temple y revenido: Se aplica a herramientas, engranajes y componentes estructurales que requieren una gran solidez y resistencia al desgaste.
- Cementación: Ideal para componentes como engranajes y ejes que necesitan una superficie dura para resistir el desgaste y un núcleo duro para resistir los impactos.
- Normalizado: Se utiliza habitualmente para preparar el acero para su posterior procesamiento o para conseguir una microestructura uniforme.
- Temple: Esencial para conseguir una gran dureza en las herramientas de corte y otros componentes resistentes al desgaste.
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Factores que influyen en el tratamiento térmico:
- Composición del material: Los elementos de aleación específicos del acero determinan el método y los parámetros de tratamiento térmico adecuados.
- Temperatura y tiempo: El control preciso de las velocidades de calentamiento y enfriamiento es fundamental para conseguir las propiedades deseadas.
- Medio de enfriamiento: La elección del medio de enfriamiento (agua, aceite, aire) afecta a la velocidad de enfriamiento y a las propiedades finales del acero.
Al conocer estos métodos y sus aplicaciones, los fabricantes pueden adaptar el proceso de tratamiento térmico para lograr el equilibrio óptimo de propiedades para componentes de acero específicos.
Tabla resumen:
Método | Finalidad | Proceso | Resultado |
---|---|---|---|
Recocido | Ablandar el acero, mejorar la maquinabilidad, aliviar tensiones | Calentar por encima del rango crítico, mantener, enfriar lentamente en el horno | Aumento de la ductilidad, reducción de la dureza |
Endurecimiento | Aumento de la dureza y la resistencia | Calentar a alta temperatura, enfriar rápidamente (enfriar en agua, aceite o aire) | Dureza elevada, ductilidad reducida |
Revenido | Reducir la fragilidad, mejorar la tenacidad | Recalentar el acero templado por debajo del rango crítico, enfriar | Dureza y tenacidad equilibradas |
Normalizado | Refinar la estructura del grano, mejorar las propiedades | Calentar por encima de la temperatura crítica, enfriar con aire | Microestructura uniforme, resistencia mejorada |
Cementación | Endurecer la superficie, mantener la dureza del núcleo | Introducir carbono/nitrógeno mediante carburación, nitruración o endurecimiento por inducción | Superficie dura, núcleo dúctil |
Temple | Alcanzar una dureza elevada | Calentar, sumergir en medio de temple (agua, aceite, aire) | Dureza elevada, fragilidad potencial |
Endurecimiento por precipitación | Aumentar la resistencia mediante precipitados finos | Calentar, mantener, enfriar para formar precipitados | Mayor resistencia, mínima pérdida de ductilidad |
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