Optimización de Metales: Procesos y Efectos en Propiedades Mecánicas

Tratamientos de los Metales: Mejora de Propiedades y Aplicaciones

Los tratamientos metalúrgicos son procesos fundamentales en la ingeniería de materiales, diseñados para modificar las propiedades físicas, químicas y mecánicas de los metales y aleaciones. Si bien la mayoría de estos procesos buscan alterar la estructura cristalina sin cambiar la composición química global del material, algunos tratamientos específicos, como los termoquímicos, sí modifican la composición de la superficie para lograr características deseadas.

Un concepto importante relacionado con la mejora de propiedades es el endurecimiento por solución sólida, un mecanismo que provoca un aumento significativo en la dureza y resistencia del metal debido a la presencia de átomos de soluto en la red cristalina del disolvente.

Tipos Principales de Tratamientos de Metales

1. Tratamientos Térmicos

Los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y enfriamiento controlados a los que se somete un metal. Su objetivo principal es modificar su estructura cristalina interna para mejorar sus propiedades mecánicas, sin alterar su composición química. Los más comunes son:

• Recocido: El metal se calienta a una temperatura determinada, se mantiene durante un tiempo y después se enfría lentamente. Este proceso reduce la dureza, aumenta la ductilidad y elimina tensiones internas.
• Temple: Consiste en calentar el metal y, posteriormente, enfriarlo bruscamente. Este enfriamiento rápido busca obtener una estructura martensítica, lo que incrementa significativamente la dureza y resistencia del material.
• Revenido: Es un tratamiento complementario del temple, aplicado a los metales ya templados. Se calienta el metal a una temperatura inferior a la del temple y se enfría lentamente para reducir la fragilidad y mejorar la tenacidad, manteniendo una dureza adecuada.

2. Tratamientos Termoquímicos

Los tratamientos termoquímicos implican operaciones de calentamiento y enfriamiento de los metales, complementadas con la aportación de otros elementos químicos en la superficie de las piezas. Esto modifica la composición química de la capa exterior, mejorando propiedades superficiales como la dureza, resistencia al desgaste y a la corrosión. Los principales tipos incluyen:

• Cementación: Proceso de adición de carbono a la superficie de aceros con bajo contenido de este elemento. Se busca crear una capa superficial dura y resistente al desgaste, manteniendo un núcleo tenaz.
• Nitruración: Es un proceso de endurecimiento del acero por absorción de nitrógeno a una temperatura determinada. Forma nitruros duros en la superficie, mejorando la resistencia al desgaste, la fatiga y la corrosión.
• Cianuración: Un tratamiento intermedio entre la cementación y la nitruración, donde se incorporan carbono y nitrógeno simultáneamente a la superficie del acero, generalmente a partir de sales fundidas.
• Carbonitruración: Consigue aumentar la dureza de los aceros mediante la absorción simultánea de carbono y nitrógeno a una temperatura determinada, similar a la cianuración pero a menudo usando atmósferas gaseosas.
• Sulfinización: Mediante la inmersión del metal en un baño especial, se consigue incorporarle una capa superficial de carbono, nitrógeno y azufre. Este tratamiento mejora las propiedades antifricción y la resistencia al agarrotamiento.

3. Tratamientos Mecánicos

Los tratamientos mecánicos mejoran las características de los metales mediante deformación plástica, con o sin aplicación de calor. Estos procesos modifican la microestructura del material, aumentando su resistencia y dureza. Se dividen en:

• Tratamientos mecánicos en caliente: Consisten en calentar un metal a una temperatura determinada (por encima de su temperatura de recristalización) para luego deformarlo, generalmente golpeándolo fuertemente o laminándolo. Esto permite grandes deformaciones con menor esfuerzo y evita el endurecimiento por deformación.
• Tratamientos mecánicos en frío: Consisten en deformar el metal a temperatura ambiente (por debajo de su temperatura de recristalización), golpeándolo, estirándolo o laminándolo. Este proceso aumenta la dureza y la resistencia, pero reduce la ductilidad y puede introducir tensiones internas.

4. Tratamientos Superficiales

Los tratamientos superficiales buscan mejorar las propiedades de la superficie de los metales sin variar su composición química másica (global). Estos procesos se centran en la capa más externa del material para conferirle características específicas como resistencia a la corrosión, al desgaste o mejorar su aspecto estético. Algunos ejemplos son:

• Metalización: Se proyecta un metal fundido sobre la superficie de otro material para formar una capa protectora o decorativa.
• Cromado: Se deposita una capa de cromo sobre la superficie del metal, generalmente mediante electrólisis. Proporciona una excelente resistencia a la corrosión, dureza y un acabado estético brillante.