Los 4 tipos de tratamiento térmico al que se somete el acero

En nuestra última entrada del blog, cubrimos las tres etapas del tratamiento térmico que incluyen calentar el metal a una temperatura determinada (la etapa de calentamiento), mantenerlo a esa temperatura durante un tiempo específico (la etapa de remojo), y enfriarlo hasta la temperatura ambiente con un método que depende del tipo de metal y las propiedades deseadas (la etapa de enfriamiento). En este artículo, trataremos los cuatro tipos básicos de tratamiento térmico a los que se somete el acero hoy en día: recocido, normalización, endurecimiento y revenido.

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Acero para tratamiento térmico: Recocido

El propósito del recocido es hacer lo contrario del endurecimiento. Los metales se recuecen para aliviar la tensión, ablandar el metal, aumentar la ductilidad y mejorar sus estructuras de grano.

Sin una etapa de precalentamiento adecuada, la soldadura puede dar lugar a un metal con temperaturas desiguales, incluso zonas fundidas junto a zonas que están a temperatura ambiente. En esas circunstancias, la soldadura puede debilitar el metal: a medida que la soldadura se enfría, se desarrollan tensiones internas junto a puntos duros y quebradizos. El recocido es una forma de solucionar problemas comunes como éstos y aliviar las tensiones internas.

Recocer el acero

Para recocer los aceros y otros metales ferrosos para producir el mayor nivel de ductilidad, debe calentar el metal lentamente hasta la temperatura adecuada, sumergirlo y luego dejar que se enfríe lentamente, ya sea enterrándolo en algún tipo de material aislante o simplemente apagando el horno y dejando que tanto el horno como la pieza se enfríen lentamente juntos.

La cantidad de tiempo que deje el metal en remojo depende tanto de su tipo como de su masa. Si se trata de un acero de bajo contenido en carbono, necesitará la mayor temperatura de recocido posible y, a medida que el contenido en carbono aumente, su temperatura de recocido disminuirá. Para saber más sobre el recocido, puedes revisar nuestra guía de recocido para una explicación más extensa.

Tratamiento térmico del acero: Normalización

El propósito de la normalización es eliminar cualquier tensión interna del tratamiento térmico, el mecanizado, la forja, la formación, la soldadura o la fundición. El fallo del metal puede ser consecuencia de una tensión incontrolada, por lo que normalizar el acero antes de cualquier endurecimiento puede ayudar a garantizar el éxito de los proyectos.

¿Cuál es la diferencia entre el recocido y la normalización?

La normalización sólo se aplica a los metales ferrosos como el acero. Pero hay otra diferencia clave en el proceso de tratamiento térmico: cuando se normaliza, después de que el metal se calienta a una temperatura más alta, se enfría con aire tras sacarlo del horno.

El acero normalizado es más fuerte que el recocido. Con alta resistencia y alta ductilidad, es más resistente que el acero recocido. Si la pieza metálica necesita soportar impactos o tener la máxima dureza para resistir las tensiones externas, suele recomendarse que se normalice en lugar de que se recueza.

Dado que los metales normalizados se refrigeran por aire, la masa del metal es un determinante clave de la velocidad de enfriamiento y del nivel de dureza de la pieza resultante. Durante el normalizado, las piezas más delgadas se enfriarán más rápido en el aire y se volverán más duras que las piezas más gruesas. Pero, con el recocido y su enfriamiento en el horno, la dureza de las piezas gruesas y finas será comparable.

Tratamiento térmico del acero: endurecimiento

La intención del endurecimiento no es sólo endurecer el acero, sino también hacerlo más fuerte. Desgraciadamente, el endurecimiento no sólo tiene ventajas. Aunque el endurecimiento aumenta la resistencia, también disminuye la ductilidad, haciendo que el metal sea más frágil. Tras el endurecimiento, puede ser necesario templar el metal para eliminar parte de la fragilidad.

Para endurecer la mayoría de los aceros, se utilizan las dos primeras etapas del tratamiento térmico (calor a baja temperatura seguido de un remojo durante un tiempo determinado hasta alcanzar una temperatura uniforme), la tercera etapa es diferente. Cuando se endurecen los metales, se enfrían rápidamente sumergiéndolos en agua, aceite o salmuera. La mayoría de los aceros requieren un enfriamiento rápido, llamado temple, para ser endurecidos, pero hay algunos que pueden ser enfriados al aire con éxito.

A medida que se añaden aleaciones al acero, la velocidad de enfriamiento que se requiere para endurecerlo disminuye. Esto tiene un lado positivo: la menor velocidad de enfriamiento reduce el riesgo de agrietamiento o deformación. La dureza del acero al carbono depende de su contenido de carbono: hasta un 0,80% de carbono, la capacidad de endurecimiento aumenta junto con el contenido de carbono. Más allá del 0,80%, puede aumentar la resistencia al desgaste debido a la formación de cementita dura, pero no puede aumentar la dureza.

Cuando se añaden aleaciones al acero para aumentar su dureza, también se aumenta la capacidad del carbono para endurecerse y fortalecerse. Esto significa que el contenido de carbono necesario para producir el mayor nivel de dureza es menor en los aceros aleados que en los aceros al carbono. Como resultado, los aceros aleados suelen ofrecer un mejor rendimiento que los aceros al carbono simples..

Cuando el acero al carbono se endurece, el acero debe enfriarse a menos de 1000°F en menos de un segundo. Pero, una vez que se añaden aleaciones al acero y se aumenta la eficacia del carbono, se aumenta ese límite de tiempo más allá de un segundo. Eso le permite seleccionar un medio de enfriamiento más lento para obtener la dureza especificada.

Típicamente, los aceros al carbono se templan en salmuera o agua, mientras que los aceros aleados se templan en aceite. Desgraciadamente, el temple es un proceso que produce altas tensiones internas y, para aliviar el acero, una opción es templarlo. Justo antes de que la pieza se enfríe, se saca del baño de temple a una temperatura de 200°F y se deja enfriar al aire. El intervalo de temperatura entre la temperatura ambiente y los 200°F se denomina «intervalo de craqueo», y no se desea que el acero en el medio de temple lo atraviese. Siga leyendo para saber más sobre el temple.

Tratamiento térmico del acero: Temple

Después de endurecer un metal, ya sea por el caso o por la llama, e introducir tensiones internas después del rápido enfriamiento inherente al proceso, el acero es a menudo tanto más duro de lo necesario como demasiado frágil. La respuesta puede ser templar el acero para reducir esa fragilidad y eliminar o aliviar las tensiones internas.

Durante el templado:

• Calentar el acero hasta una temperatura establecida por debajo de su temperatura de endurecimiento
• Mantener el acero a esa temperatura durante un periodo determinado
• Enfriar el acero, normalmente al aire libre

Si esto te suena, ¡estás en lo cierto! El revenido consta de las mismas tres etapas que el tratamiento térmico. La principal diferencia es la temperatura de revenido y su efecto sobre la dureza, la resistencia y, por supuesto, la ductilidad.

Cuando se templa una pieza de acero, se reduce la dureza provocada por el temple y se desarrollan determinadas propiedades físicas. El temple siempre sigue al endurecimiento y, aunque reduce la fragilidad, también ablanda el acero. Por desgracia, el ablandamiento del acero con el temple es inevitable. Pero, la cantidad de dureza que perderá se puede controlar en función de la temperatura durante el revenido.

Mientras que los otros procesos de tratamiento térmico de recocido, normalización y endurecimiento siempre incluyen temperaturas por encima del punto crítico superior del metal, el revenido siempre se realiza a temperaturas por debajo del mismo.

Cuando se recalienta el acero que ha sido endurecido, se comienza el revenido a 212 °F y se continúa hasta que se aproxima al punto crítico inferior. Para seleccionar la dureza y la resistencia que se desea, se puede preajustar la temperatura de revenido. El mínimo para el revenido debe ser de una hora si la pieza tiene menos de una pulgada de espesor; si tiene más de una pulgada de espesor, puede añadir otra hora por cada pulgada adicional de espesor.

La velocidad de enfriamiento del revenido no tiene efecto en la mayoría de los aceros. Después de sacar una pieza de acero del horno de revenido, normalmente se enfría en aire quieto, igual que en el proceso de normalización. Pero, al igual que con todos los diferentes procesos de tratamiento térmico, hay algunas diferencias que están más allá del alcance de esta entrada del blog.

Si está interesado en el templado, sólo tiene que saber que el templado alivia las tensiones internas del temple, reduce la fragilidad y la dureza, y puede realmente aumentar la resistencia a la tracción del acero templado hasta una temperatura de 450 °F; más allá de 450 °F, la resistencia a la tracción disminuye.

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