Tratamientos Térmicos del Acero: Recocido, Temple y sus Tipos

Tratamientos Térmicos del Acero

Los tratamientos térmicos mejoran las propiedades de los materiales, obteniendo productos que responden mejor a las condiciones de trabajo. Para modificar sus propiedades, es necesario alterar la estructura interna mediante calentamientos y enfriamientos controlados. Estos procesos:

• Aumentan o disminuyen la dureza de los materiales, variando la resistencia.
• Mejoran la maquinabilidad.
• Eliminan tensiones internas residuales.
• Eliminan la acritud que ciertos materiales presentan en la conformación en frío.

Transformaciones en Austenita

La austenita es el punto de partida de casi todos los tratamientos térmicos. El material se calienta lentamente hasta alcanzar una temperatura elevada, asegurando un calentamiento uniforme en toda la pieza. Una vez alcanzada la temperatura de austenización, se mantiene para asegurar que toda la estructura del cuerpo sea austenita. En este estado, el acero puede someterse a:

• Un enfriamiento lento, obteniendo los constituyentes del diagrama Fe-C.
• Un enfriamiento rápido, obteniendo constituyentes en equilibrio aparente que pueden cambiar a un estado más estable (metaestables).

Velocidad de Enfriamiento

• Enfriamientos lentos: Siguen las leyes del diagrama Fe-C (<50 ºC/s).
• Enfriamientos medios: Entre 50 y 200 ºC/s. Se logran estructuras de tipo perlítico.
• Enfriamientos rápidos: 250-500 ºC/s. Se obtiene una mezcla de perlita fina y martensita.
• Enfriamientos muy rápidos: >500 ºC/s. Se obtiene martensita.

Tratamientos Térmicos de los Aceros

Los tratamientos térmicos de los aceros constan de tres fases:

1. Calentamiento.
2. Mantenimiento de la temperatura.
3. Enfriamiento.

Calentamiento

Consiste en elevar progresivamente la temperatura del elemento mediante un dispositivo, como un horno. La temperatura inicial suele ser la ambiente, y en la mayoría de los tratamientos se alcanza la temperatura de austenización. El calentamiento debe ser progresivo para que todo el material aumente la temperatura uniformemente. Una vez alcanzada la temperatura de austenización, se mantiene un tiempo determinado para que todo el material se transforme en austenita y sea homogénea, con el grano lo más fino posible.

Enfriamiento: Tipos

Recocido

El recocido busca ablandar el material, homogeneizar la estructura, afinar el grano, eliminar la acritud y facilitar el mecanizado. Se parte de un calentamiento correcto hasta que todo el material esté en estado austenítico, seguido de un enfriamiento lento. Esta operación puede realizarse en un horno que regule automáticamente la disminución de temperatura.

Tipos de Recocido

1. Recocido de homogeneización: Se emplea en productos semielaborados para eliminar segregaciones de azufre. La temperatura de calentamiento es de Ac3+200 ºC.
2. Recocido de regeneración: Se aplica en aceros sobrecalentados para obtener un grano fino, mejorando las características mecánicas. La temperatura suele ser Ac3+50 ºC, enfriando luego en horno hasta unos 500 ºC y luego al aire.
3. Recocido de ablandamiento: Similar al anterior, se aplica en piezas templadas que serán mecanizadas, disminuyendo la dureza del material.
4. Recocido contra acritud: Reduce el endurecimiento y fragilidad del material, mejorando la maleabilidad y ductilidad. Se calienta a una temperatura entre 500 y Ac1 -75 ºC y se enfría en horno o al aire.
5. Recocido globular: Se emplea en aceros de herramientas, logrando que la cementita adopte forma esférica para facilitar la mecanización. La temperatura es superior a Ac1, seguido de un enfriamiento muy lento.
6. Recocido de estabilización: Estabiliza la pieza de las tensiones internas. La temperatura de calentamiento es baja, inferior a Ac1.
7. Doble recocido: Puede ser necesario para conseguir un material final mecanizable.
8. Recocido isotérmico: Se emplea en piezas cuyo proceso de fabricación ya implica una temperatura. El enfriamiento es controlado, disminuyendo la temperatura hasta Ac1 (700-750 ºC), seguido de un enfriamiento al aire.

Temple

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

Fases y Factores del Temple

• Calentamiento: La temperatura de calentamiento es aproximadamente de Ac3+50 ºC, manteniéndose el tiempo mínimo necesario para evitar el aumento del grano. En aceros hipoeutectoides, se busca que toda la masa se transforme en austenita, que al enfriarse rápidamente se convertirá en martensita. En aceros hipereutectoides, se busca transformar la perlita en austenita.
• Enfriamiento: Se busca transformar toda la austenita en martensita. El enfriamiento debe ser tan rápido que no permita a la austenita transformarse hasta la temperatura “Mi”. La velocidad de enfriamiento mínima para que tenga lugar este fenómeno se llama velocidad crítica de temple, que está entre 250 y 750 ºC.

Medios de Enfriamiento

Es crucial elegir el medio de enfriamiento adecuado, que logre disminuir la temperatura a una velocidad superior a la crítica de temple. Los medios más utilizados son:

1. Agua: Se obtienen temples fuertes, ya que disminuye rápidamente la temperatura del cuerpo.
2. Aceite: Es el medio más empleado, con una velocidad de enfriamiento menor que el agua, dependiendo de la viscosidad. Se aplica en piezas de poca sección.
3. Metales y sales fundidas: Se puede emplear plomo y estaño, que disminuyen la temperatura de la pieza sumergida.
4. Aire: No tiene gran aplicación, solo en aceros con una velocidad de temple muy baja.

Defectos del Temple

El aumento de dureza producido por el temple implica fragilidad, sobre todo si la temperatura de calentamiento ha sido muy alta. En ocasiones, puede que no se obtenga la dureza deseada. Si el acero de partida no posee el contenido de carbono suficiente, no se logrará el producto final deseado.

Tipos de Temple

Temple Continuo

• De austenización completa: Para aceros hipoeutectoides. La secuencia es: temperatura de calentamiento Ac3 + 50 ºC, mantenimiento y enfriamiento.
• De austenización incompleta: Para aceros hipereutectoides. Se eleva la temperatura para transformar solo la perlita en austenita, coexistiendo con la cementita. Al templar, se obtiene un compuesto de cementita y martensita.

Temple Isotérmico

Son temples controlados modernos.

• Martempering: Se calienta el acero hasta la temperatura de austenización, se enfría rápidamente hasta una temperatura ligeramente superior a la de formación de la martensita, se mantiene hasta que toda la pieza tenga la misma temperatura y luego se enfría rápidamente. Reduce defectos como grietas.
• Austempering: Similar al martempering, pero la permanencia isotérmica se hace a unos 450 ºC y Mi, hasta que la austenita se transforme en bainita. Luego se enfría naturalmente. Minimiza deformaciones, tensiones internas y grietas, y puede evitar el revenido.

Temple Superficial

Para piezas como engranajes y levas. Se realiza un calentamiento superficial mediante soplete o inducción. Al templar, se endurece el material, pero también aumenta la fragilidad. Calentando solo la superficie hasta la temperatura de austenización y enfriando rápidamente, se logra una capa exterior templada con dureza y un núcleo interior tenaz y resistente.