Temple y Tratamientos Termoquímicos del Acero: Mejora de Dureza y Resistencia

Temple del Acero: Fundamentos y Proceso

El temple tiene como finalidad aumentar la resistencia y la dureza del material. Consiste en calentar el acero a una temperatura suficientemente alta para que se transforme en austenita y, una vez en este estado, enfriarlo rápidamente para transformar la austenita en martensita, con el consiguiente aumento de dureza.

Factores y Fases del Temple

En el temple, como en todos los tratamientos térmicos, se distinguen dos fases principales:

• Calentamiento
• Enfriamiento

Calentamiento

El objetivo del calentamiento es conseguir que toda la masa del acero se transforme en austenita. La temperatura de calentamiento ideal se sitúa aproximadamente en Ac3 + 50ºC o Ac1 + 50ºC, dependiendo de si los aceros son hipoeutectoides o hipereutectoides, respectivamente. Un calentamiento excesivo puede incrementar el tamaño del grano, lo cual no es deseable. Se estima que, una vez alcanzada la temperatura de austenización, se necesitan 2 minutos de permanencia por cada milímetro de espesor para lograr una austenización completa.

Los aceros hipoeutectoides (con ferrita y perlita, constituyentes blandos) requieren que toda la masa se transforme en austenita para que, al enfriarse rápidamente, se convierta en martensita. En cambio, los aceros hipereutectoides (con cementita y perlita) solo necesitan transformar la perlita en austenita, ya que la cementita es más dura que la martensita.

Enfriamiento

En esta fase, se busca transformar toda la austenita en martensita mediante un enfriamiento rápido. Este enfriamiento debe ser lo suficientemente veloz para impedir la transformación de la austenita hasta alcanzar la temperatura "Mi". La velocidad mínima de enfriamiento necesaria se conoce como velocidad crítica de temple, que varía entre 250 y 750°C por segundo, según el tipo de acero. La forma y el tamaño de la pieza también influyen, ya que en piezas grandes, el núcleo debe enfriarse a la velocidad crítica para asegurar un temple completo.

Los medios de enfriamiento más comunes son:

• Agua: Proporciona temples fuertes debido a su rápido enfriamiento. Se recomienda agitar la pieza para mejorar la uniformidad del temple. Añadir sales, como cloruro sódico, y agitar aumenta la eficacia.
• Aceite: Es el medio más utilizado. Ofrece una velocidad de enfriamiento menor que el agua, ideal para obtener temples suaves y uniformes. Se usa en piezas pequeñas de acero con alto contenido de carbono o aceros aleados con baja velocidad crítica de temple.
• Metales y sales fundidas: Materiales como el plomo y ciertas sales, gracias a su alta conductividad térmica, enfrían rápidamente la pieza. Son útiles para templar aceros especiales, como muelles y alambres.
• Aire: Se emplea en aceros con baja velocidad crítica de temple (aceros de autotemple). Puede aplicarse con aire en calma o a presión.

Defectos del Temple

El temple aumenta la dureza, pero puede generar fragilidad, especialmente si el calentamiento fue excesivo o el tiempo de permanencia prolongado, lo que incrementa el tamaño del grano. La dureza deseada puede no alcanzarse si hay descarburación superficial, si no se alcanzó la temperatura adecuada o si el enfriamiento fue lento. También pueden surgir deformaciones, grietas o roturas debido a contracciones y dilataciones irregulares.

Métodos de Temple

• Temple continuo de austenización completa: Para aceros hipoeutectoides. Se calienta hasta Ac3 + 50°C y luego se enfría rápidamente.
• Temple continuo de austenización incompleta: Para aceros hipereutectoides. Se calienta solo hasta transformar la perlita en austenita, formando martensita y cementita.
• Martempering: Se calienta hasta la temperatura de austenización, se enfría en un baño de sales fundidas hasta una temperatura ligeramente superior a la de inicio de transformación en martensita (Ms) y luego se enfría al aire. Esto minimiza las tensiones internas.
• Austempering: Similar al Martempering, pero el enfriamiento isotérmico se realiza a una temperatura entre 450°C y Mi, formando bainita. Esto minimiza deformaciones y grietas, obteniendo una microestructura más tenaz.

Temple Superficial

El temple superficial consiste en calentar rápidamente solo la superficie de la pieza para lograr una capa dura, mientras el núcleo permanece tenaz. Es ideal para piezas como engranajes, que requieren alta dureza superficial y resistencia al desgaste, pero manteniendo un núcleo tenaz para resistir impactos.

Revenido

El revenido es un tratamiento complementario al temple que reduce la fragilidad y elimina las tensiones residuales, mejorando la tenacidad del acero templado. Consiste en calentar la pieza a una temperatura inferior a la crítica inferior (Ac1) y luego enfriarla, generalmente al aire.

Tratamientos Termoquímicos

Los tratamientos termoquímicos modifican la composición química de la superficie de la pieza mediante la difusión de elementos como carbono o nitrógeno. Esto mejora la dureza superficial, la resistencia al desgaste y la resistencia a la corrosión. Los principales tratamientos termoquímicos son:

• Cementación: Aumenta el contenido de carbono en la superficie, mejorando la dureza superficial y manteniendo el núcleo tenaz. Puede realizarse con agentes sólidos, líquidos o gaseosos.
• Nitruración: Introduce nitrógeno en la superficie, aumentando la dureza superficial y la resistencia al desgaste. Provoca una pequeña expansión de la pieza.
• Cianuración: Combina cementación y nitruración, introduciendo carbono y nitrógeno. Es ideal para aceros de bajo o medio carbono.

Estos procesos permiten obtener piezas con una excelente combinación de dureza superficial y tenacidad en el núcleo, optimizando su rendimiento en diversas aplicaciones.