Templabilidad y Tratamientos Superficiales en Aceros: Factores y Aplicaciones

Templabilidad del Acero

La templabilidad se define como la aptitud de un acero para formar martensita en toda su sección. Esta propiedad es función de:

• Forma de las curvas TTT: Dependen de la composición y microestructura del acero.
• El producto HD (severidad x diámetro de la pieza).

La templabilidad se mide a través del diámetro crítico, las curvas de la U y el ensayo Jominy.

Influencia de la Composición en la Templabilidad

Los elementos en solución sólida aumentan la templabilidad porque retrasan el inicio de las transformaciones perlítica y bainítica (desplazan las curvas TTT hacia la derecha). Elementos como el Cr y el Mo tienen un efecto muy marcado. Los elementos de aleación (excepto Co y Al) disminuyen la temperatura Ms. El carbono tiene un efecto muy acusado, incrementando la austenita retenida.

Influencia del Tamaño de Grano de Austenita

Un tamaño de grano grande aumenta la templabilidad al retrasar las transformaciones perlítica y/o bainítica, debido a un menor número de lugares de nucleación (junta de grano). No se recomienda esta forma de aumentar la templabilidad, ya que incrementa la fragilidad del material tras temple y revenido. El tamaño de grano no influye en la temperatura Ms.

Influencia de Segundas Fases

La presencia de inclusiones o precipitados disminuye la templabilidad, ya que favorecen las transformaciones perlíticas y/o bainíticas al actuar como lugares de nucleación o limitar el tamaño de grano de austenita.

Medida de la Templabilidad

Diámetro crítico: Diámetro para el que la estructura contiene un 50% de martensita. Depende del medio refrigerante. Si H=inf, se le llama diámetro crítico ideal.

Curvas de la U: Representan la dureza en función de la distancia a la superficie. Cuanto más planas sean las curvas, mayor es la templabilidad del acero.

Tratamientos Superficiales

Objetivo: Aportar únicamente a la superficie de una pieza propiedades específicas (funcionales o decorativas) para mejorar las propiedades globales del conjunto.

Funcionales: Mejora del comportamiento frente a la corrosión y/o la fricción-desgaste.

Cementación

La cementación es un tratamiento termoquímico que consiste en el endurecimiento superficial del acero por incremento del %C.

• Se obtienen piezas con buena resistencia al desgaste junto con una tenacidad en el núcleo muy superior a la que presentan aceros con mayor contenido en C.
• La capa cementada aporta a la pieza una mayor resistencia a la fatiga (generación de tensiones de compresión).
• Aplicaciones: engranajes, levas, coronas y ruedas dentadas.
• Se aplica a aceros de bajo C (<0,2%) en la periferia, que se enriquece hasta 0,7- 1%C.
• Se rodea la pieza con un medio carburante que aporta C a la superficie (hidrocarburos gaseosos, sales fundidas, chatarra de fundición).
• La velocidad de difusión del C es función de la temperatura y del tiempo.
• Temperatura de tratamiento entre 900 y 1000ºC (acero en estado austenítico) para facilitar la difusión del C.
• Se obtiene aproximadamente 0,1 mm de capa por cada hora de tratamiento a 900ºC.
• Aunque el espesor de la capa puede ser de varios mm, en general suele ser de 0,2-2 mm.
• La estructura de la capa debe ser martensítica, por lo que tras la cementación se templa el acero y se le da un revenido a baja temperatura (150-200ºC) para aliviar tensiones, pero sin reducir de manera importante la dureza.

Defectos en la Cementación

• Dureza de la capa insuficiente: Templabilidad insuficiente, presencia de austenita residual por temperatura de temple demasiado alta o presencia de elementos de aleación gammágenos.
• Descascarillado: Formación de redes de carburos por presencia de elementos carburígenos (Cr, Mo), dureza del núcleo insuficiente.
• Deformaciones de la pieza: Temperatura Ms demasiado baja, diseño de la pieza incorrecto.