Tratamientos Térmicos y Termoquímicos del Acero: Tipos y Aplicaciones

Tipos de Temple

Temple Continuo

• De austenización completa: Se aplica a aceros hipoeutectoides. La secuencia es: temperatura de calentamiento Ac3 + 50ºC, se mantiene el tiempo necesario y finalmente se realiza el enfriamiento.
• De austenización incompleta: Se aplica a aceros hipereutectoides. Se eleva la temperatura hasta lograr transformar solamente la perlita en austenita. La austenita coexistirá en ese estado con la cementita y al realizar el temple se obtiene un compuesto formado por cementita y martensita.

Temple Isotérmico

Modernos hornos de temple con temperatura controlada.

• Martempering: Se calienta el acero hasta la temperatura de austenización, permaneciendo hasta homogeneizar la masa. Se enfría rápidamente hasta una temperatura ligeramente superior a la de formación de la martensita, donde el acero permanecerá estable hasta que toda la pieza tenga la misma temperatura. Luego se extrae y se enfría rápidamente. Es beneficioso porque la transformación de austenita en martensita se produce simultáneamente y se reducen las piezas defectuosas, grietas, etc.
• Austempering: Similar al martempering, pero la permanencia isotérmica se hace aproximadamente a 450ºC y Mi. Se permanecerá en ella hasta que la austenita se transforme en bainita. Luego se enfría naturalmente hasta temperatura ambiente. Ventajas: las deformaciones, tensiones internas o grietas son mínimas y se puede evitar el revenido.

Temple Superficial

Para piezas como engranajes, levas, etc. Se realiza un calentamiento superficial mediante soplete o por inducción. Al templar, el material se endurece, pero también aumenta la fragilidad. Por eso, si calentamos la superficie hasta la temperatura de austenización y luego aplicamos un enfriamiento rápido, logramos una capa exterior templada que presentará dureza y un núcleo interior tenaz y resistente.

Revenido

Tratamiento complementario del temple para eliminar las tensiones residuales y disminuir la fragilidad de los aceros templados, mejorando así la tenacidad. Se calienta nuevamente la pieza templada hasta una temperatura inferior a Ac1, se efectúa un mantenimiento prolongado y se vuelve a enfriar. Al sobrepasar los 200ºC se empieza a perder dureza, por eso se usan 400ºC en materiales de construcción y unos 200ºC para herramientas. Con este tratamiento se logran las propiedades finales que se buscan para el acero.

Tratamientos Termoquímicos

Cementación

Para aumentar la concentración de carbono en la superficie de la pieza. Se calienta la pieza hasta la temperatura de austenización en presencia de un producto rico en carbono. Este carbono se irá difundiendo en el acero. El espesor de la capa cementada dependerá del tiempo de exposición. Se suelen emplear profundidades entre 0,5 y 1,5 mm. Una vez terminado, se realizará un temple y revenido, obteniendo una pieza con gran dureza superficial, muy resistente al desgaste y con buena ductilidad y resiliencia. Los aceros a los que se aplica tendrán bajo contenido en carbono (aproximadamente 0,3%). El espesor de la capa cementada aumentará conforme a la duración del proceso. Se usan medios sólidos, líquidos o gaseosos.

• Sólidos: Con carbón vegetal o coque se puede aumentar la concentración de carbono en el acero aproximadamente un 0,6%. Aunque se suele usar el carbón, mezcla de carbón vegetal y carbonato bárico. Se logra una profundidad de cementación de 0,15 mm por cada hora. Las piezas se introducen en cajas metálicas rodeadas del elemento cementante, se cierran herméticamente para calentarlas. Es costoso y manual.
• Líquidos: Como cementante se suele emplear una mezcla de sales fundidas formadas por cianuro sódico y otros productos como NaCl, Na2CO3 o BaCl2. Se introducen las piezas. Es rápido, pero la penetración es menor, alcanzando 0,25 mm. Ventajas: mejor control y homogeneidad de la superficie tratada. Inconvenientes: se usa cianuro sódico, que es venenoso.
• Gases: La cementación en atmósfera gaseosa carburante, como la mezcla de hidrocarburos diluidos con CO, H2 y N2 a 850-950ºC entre 1-8 horas, logra espesores de 0,2-1,5 mm. Es limpio y puede ser automatizado.

Nitruración

Se trata de aportar nitrógeno a la superficie de un acero para endurecerlo superficialmente. Consiste en calentar la pieza entre 500-525ºC en presencia de una corriente de gas de amoníaco durante 24-96 horas. Se logran capas superficiales más duras, resistentes al desgaste y con menor coeficiente de rozamiento. Aumento del volumen de la pieza entre 1-2 centésimas de milímetro. No se realiza en aceros con menos del 0,1% de carbono. Se emplea en aceros aleados con bajos porcentajes de Cr, Al, V, Mo, ya que en presencia de estos el nitrógeno genera nitruros que proporcionan elevada dureza.

Cianuración

Enriqueceremos la capa superficial con carbono y nitrógeno. Se realiza introduciendo las piezas en un baño de cloruro, cianuro y carbonato sódico a unos 800-900ºC durante 1 hora, obteniendo una penetración inferior a 0,5 mm. Le suele seguir un temple. Es adecuada para aceros de bajo o medio contenido en carbono.