Hoy conoceremos qué son los tratamientos térmicos, en qué consisten y cuáles son sus tipos, su clasificación, su finalidad, además una explicación detallada del procesos de cada uno de los tipos de tratamientos térmicos en metales como el acero y sus aplicaciones.
Nuestro objetivo será analizar los cambios que experimentan los materiales y específicamente el acero al ser sometidos a tratamientos que implican cambios drásticos de temperatura para modificar su estructura interna.
¿Qué es el tratamiento térmico?
Los tratamientos térmicos en metales son procesos controlados que implican cambios de temperatura para alterar las propiedades físicas y mecánicas de un material metálico. Estos tratamientos se aplican mediante calentamientos y enfriamientos controlados, ajustando la intensidad, velocidad y medios de enfriamiento, con el objetivo de mejorar la dureza, resistencia, elasticidad, ductilidad y otras características del metal según las necesidades específicas de la aplicación.
Los tratamientos térmicos comunes incluyen el recocido, el temple, el revenido, la normalización y la cementación, entre otros, y son fundamentales en la industria metalúrgica para garantizar que los metales tengan las propiedades adecuadas para su uso en diversas aplicaciones.
¿Para qué sirven los tratamientos térmicos?
Los tratamientos térmicos sirven para modificar las propiedades y características mecánicas de los materiales, en este caso del acero. Cuando el acero es sometido a variaciones extremas de temperatura, su estructura interna cambia, haciendo que adquiera nuevas propiedades como la resistencia, tenacidad, dureza y entre otras.
En fin, cambiar las propiedades de un material, evidentemente crea la posibilidad de que estos puedan ser utilizados en ciertas aplicaciones que requieran un grado de propiedades mecánicas específicas. Por ejemplo el acero después de un tratamiento térmico puede adquirir mayor dureza y ser empleado para la fabricación de herramientas de corte para otros aceros menos duros.
Clasificación y Tipos de tratamientos térmicos
- Temple
- Normalizado
- Recocido
- Revenido
- Cementación
- Cianuración
- Nitruración
La clasificación de tratamientos térmicos está relacionada al objetivo que se desea conseguir después del proceso. Existe una gran clasificación de tratamientos térmicos, desde el temple, recocido, normalizado, revenido, etc. Veamos en qué consisten.
En nuestro caso específico abordarnos los tipos de tratamientos térmicos a las que se suelen someter a los ACEROS.
1. El temple
El temple es un tratamiento térmico cuyo objetivo es aumentar la dureza y la resistencia del acero, esto se consigue elevando la presencia de los constituyentes martensíticos en el acero.
El proceso de temple se realiza en tres etapas generalmente:
- Calentamiento del metal.- consiste en elevar la temperatura del metal hasta una temperatura elevada; la temperatura será determinada por el tipo de acero en cuestión, por poner un ejemplo: Para un acero SAE 1045 la temperatura de temple es aproximado a 805 grados centígrados.
- Uniformizar la temperatura.- Una vez alcanzado la temperatura de temple; esta debe estar uniforme en todo el cuerpo del metal y mantenerse un breve tiempo a temperatura constante.
- Enfriamiento rápido.- Una vez el metal haya permanecido a temperatura de temple constate por un tiempo, debe ser enfriado rápidamente; los medios de enfriamiento también son seleccionados de acuerdo al tipo de acero, estos pueden ser: agua, aceites, aire, etc. Por ejemplo, el acero SAE 1045 se enfría en agua.
2. El revenido
El revenido es un tratamiento térmico que se realiza después de un tratamiento de temple; esto con la finalidad de reducir las tensiones internas producidas por el temple. El aumento de dureza y resistencia obtenida con el temple, trae consigo que el metal adquiera una mayor fragilidad.
El revenido se practica para reducir dicha fragilidad, si apenas disminuir su propiedad de dureza y resistencia ya adquirida con el temple.
Por otro lado, el revenido se realiza a temperaturas menores a la del temple; de acuerdo a ello podemos distinguir los siguientes tipos de revenidos:
- Revenidos a bajas temperaturas.- entre 180 y 220 grados centígrados.
- Revenidos a medianas temperaturas.- entre 300 y 400 grados centígrados.
- Revenidos a altas temperaturas.- entre 5000 y 550 grados centígrados.
El proceso de revenido se realiza en tres pasos generalmente:
- El primer paso consiste en calentar el metal lentamente hasta la temperatura de revenido según las especificaciones de cada metal y los objetivos. Por ejemplo la temperatura para revenido del acero SAE 1045 es de 430 grados Celsius.
- En el segundo paso, el calentamiento debe ser suficiente para dar tiempo a que se eliminen las tensiones internas del metal templado.
- Finalmente, debe enfriarse el metal, esta vez el enfriamiento se realiza más lentamente que en el temple, generalmente al aire o en aceite.
3. El recocido
El recocido es un tratamiento térmico que se realiza para ablandar al acero, básicamente consiste en elevar la temperatura del metal hasta superar la temperatura de temple, seguidamente se mantiene por un tiempo controlado a una temperatura constante.
Los aceros son recocidos generalmente para sean apropiadamente maquinados, ya que este proceso facilita el trabajo en frio o mecanizado de los materiales.
También cabe destacar que en los aceros, este proceso produce una microestructura interna de ferrita-perlita.
Aplicación del recocido
Por ejemplo para taladrar una pieza de acero templado, este debería pasar primero por un recocido para ablandar al metal y que este sea mecanizado adecuadamente; después de la operación, se vuelve a templar para que recupere sus propiedades de dureza y resistencia.
Tratamientos termoquímicos
Los tratamientos termoquímicos procedimientos en las que interviene el cambio de temperatura y además de un proceso químico, con la finalidad de obtener propiedades mecánicas adecuadas para la aplicación de las piezas tratadas.
4. Cementación
Este proceso consiste en elevar el contenido de carbono de un acero en sus superficie, de esta manera se obtiene una acero con mayor contenido de carbono en sus superficie. Mediante un proceso de temple se conseguirá que la superficie con mayor contenido de carbono se vuelva más duro y el núcleo tenaz.
Con este tratamiento se consigue obtener piezas metálicas duras por la superficie pero que no sean frágiles en general.
Los materiales empleados como cementantes pueden ser entre varios, una mezcla pulverizada de carbón de madera, el ferrocianuro potásico y carbonato de vario.
Procedimiento de cementación
Las piezas de acero son rodeadas por sustancias ricas en carbono y colocadas en cajas cerradas que serán introducidos en hornos para ser calentados hasta altas temperaturas entre 850 a 940 grados centígrados, además el tiempo aproximado será de una hora por cada 0.1mm de espesor de capa cementada.
Después del calentamiento, se debe dejar enfriar en aire estático, seguidamente se le practica un revenido entre 150 y 250 grados centígrados con enfriamiento al aire para eliminar tensiones internas.
Aplicaciones de la cementación
La cementación se le da a piezas como ejes, piñones, engranes, etc. en general a elementos que estarán sometidos a grandes fuerzas de roce o fricción que naturalmente exigen mayor resistencia al desgaste en su superficie.
5. Cianuración
La cianuración es un tratamiento termoquímico que consiste en una cementación líquida; el acero es sometido en sales fundidas, a base de cianuro sódico; de esta manera se consigue endurecer la superficie del acero, debido a la formación de carburos y nitruros de hierro.
Un inconveniente de este proceso es que los vapores de cianuro son venenosos, por lo que se deben emplear el procedimiento adecuado para evitar contacto peligroso con ellos; por otro lado, el espesor endurecido mediante este método suele ser inferior al endurecido por la cementación sólida.
6. Nitruración
Este tratamiento termoquímico se trata de una cementación gaseosa; el acero es sometido a gases de amoniaco a temperaturas de entre 400 y 525 grados centígrados para formar nitruros de hierro en su superficie. Mediante este proceso se puede conseguir superficies más duras que con la cementación sólida.
Este proceso puede resultar de alguna manera lenta, ya que para conseguir un espesor de 0.5 mm. de superficie nitrurada, es necesario exponer a la pieza a una corriente de amoniaco durante 60 y 100 horas, para completar el proceso hace falta un tratamiento de temple posteriormente.
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Muy buena explicación sobre el tratamiento térmico a los metales…
Gracias hombre.
mis felicitaciones, breve y bien explicada las definiciones de los diferentes TT.
de ser posible incluyesen métodos artesanales para lograr los mas usuales seria perfecto, ya que muchos no tenemos accesos a equipos sofisticados para realizar los mismos en piezas pequeñas.
Cual es la diferencia entre temple y normalizado?
La velocidad y el medio de enfriamiento. En el templado se sumerje el acero rápidamente en un baño de aceite o agua. En el normalizado se enfría mediante aire (estático o forzado con ventilación). El primer método consigue un incremento mayor de la dureza. Con el segundo se evita la fragilización.
Información básica muy importante la cual permite profundizar en el tema e investigar.
Muy explicativo para los estudiantes y docentes para ponerlo en práctica
Excelente artículo, me gusto, Gracias!
1 Se templa solo la superficie o todo el cuerpo metaluco
2. El tiempo de calentamiento es para cualquier volumen o como se calcula
Hola Humberto! El temple puede afectar tanto la superficie como todo el cuerpo metálico, dependiendo de la técnica de enfriamiento utilizada y la geometría de la pieza. En el temple por inmersión, por ejemplo, toda la pieza se sumerge en el medio de enfriamiento, lo que resulta en un temple en toda su estructura. En el temple superficial, como el temple por inducción, solo la capa superficial se calienta y se enfría rápidamente, manteniendo el núcleo más frío y menos afectado.
El tiempo de calentamiento depende del tamaño y la composición del acero, así como de la temperatura a la que se desea alcanzar. Para aceros al carbono, por ejemplo, el tiempo de calentamiento suele ser de varios minutos a una hora, dependiendo del tamaño de la pieza y la temperatura de temple requerida. Para cálculos precisos, se suelen seguir tablas y gráficos proporcionados por los fabricantes de acero o normativas específicas.