Fundamentos de Ensayos de Dureza y Procesos de Tratamiento Térmico en Aceros

Ensayo de Dureza

Consiste en la aplicación de una carga en la superficie de un material empleando un penetrador estandarizado, produciendo una marca superficial o impresión. Los métodos principales son:

• Por Rayado
• Por Penetración
• Por Rebote

La fórmula aplicada es: P = K x D² (donde K es una constante por el diámetro).

Dureza Rockwell

Se calcula la dureza en base a la profundidad de penetración y la carga total no se aplica en forma continua. El proceso incluye:

• Una carga inicial y otra adicional (la cual varía según las condiciones de ensayo).

Relación entre Tratamientos y Microestructuras

• Temple (Martensita): Muy alta dureza.
• Revenido (Martensita Revenida): Alta dureza.
• Austempering (Bainita): Alta dureza.
• Normalizado (Perlita y Ferrita de morfologías finas): Baja dureza.
• Recocido (Perlita y Ferrita de morfologías groseras): Muy baja dureza.

Estudio del Acero 1045

• Microestructura antes del T.T. (Tratamiento Térmico): Posible enfriamiento en aire. Presenta áreas claras de Ferrita Libre y áreas oscuras de Perlita (15 HRC).
• Enfriamiento en Agua: Se observan agujas de Martensita (57 HRC).
• Enfriamiento en Aceite: Agujas de Martensita (claras) con regiones oscuras de Perlita y Bainita (48 HRC - 57 HRC).

SAE 1020 – Microestructura

• Microestructura antes del T.T.: Posible enfriamiento en horno apagado. Áreas claras de Ferrita y áreas oscuras de Perlita (10 HRC).
• Microestructura luego del T.T. (Enfriado en Agua): Agujas de Martensita de bajo carbono (25 HRC).

Designación de Materiales

La AISI (American Iron and Steel Institute) y la SAE (Society of Automotive Engineers) han organizado sistemas de designación que utilizan un número de cuatro o cinco dígitos. Los primeros dos dígitos se refieren a los principales elementos de aleación presentes, y los últimos dos o tres dígitos corresponden al porcentaje de carbono.

Tratamiento Térmico

El Tratamiento Térmico involucra varios procesos de calentamiento y enfriamiento para efectuar cambios estructurales en un material, los cuales modifican sus propiedades mecánicas. El objetivo de los tratamientos térmicos es proporcionar a los materiales unas propiedades específicas adecuadas para su conformación o uso final.

Etapas del Tratamiento Térmico

Un tratamiento térmico consta de tres etapas fundamentales:

1. Calentamiento: La elevación de temperatura debe ser uniforme en la pieza.
2. Permanencia: Su fin es la completa transformación del constituyente estructural de partida. Puede considerarse suficiente una permanencia de unos 2 minutos por milímetro de espesor.
3. Enfriamiento: Este enfriamiento tiene que ser rigurosamente controlado en función del tipo de tratamiento que se realice.

Principales Tipos de Tratamientos Térmicos

• Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etcétera.
• Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentando la tenacidad.
• Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta la temperatura de austenitización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza.
• Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.