Tratamientos Térmicos y Termoquímicos en Aceros: Mejora de Propiedades y Aplicaciones

Tratamientos Térmicos: Mejora de las Propiedades de los Materiales

El objetivo principal de los tratamientos térmicos es mejorar las propiedades de los materiales, obteniendo productos que respondan mejor a las condiciones bajo las que trabajarán. Para que sus propiedades cambien, es necesario que la estructura interna de los materiales también se modifique, lo que se logra por medio de calentamientos y enfriamientos adecuados. Los tratamientos térmicos pueden:

• Aumentar o disminuir la dureza de los materiales.
• Mejorar la maquinabilidad.
• Eliminar tensiones internas residuales.
• Eliminar la aspereza que pueden presentar ciertos materiales sometidos a conformación en frío.

Tratamientos Termoquímicos

En los tratamientos termoquímicos, modificamos la composición química de la superficie de la pieza. Mediante un proceso de difusión, introducimos en el material ciertos elementos. Así, podemos lograr aumentar la dureza, la resistencia al desgaste, entre otras propiedades.

Revenido

El revenido es un tratamiento complementario del temple, ya que se puede emplear para eliminar tensiones residuales y disminuir la fragilidad de los aceros templados. En definitiva, se logra mejorar la tenacidad. Para realizarlo, se calienta nuevamente la pieza templada hasta una temperatura inferior a Ac1, efectuándose un mantenimiento más o menos prolongado a esa temperatura; después, se vuelve a enfriar. Con este tratamiento, se logran las propiedades finales que se buscan para el acero. Por ello, decimos que el temple prepara el material y el revenido lo acondiciona.

Cianuración

La cianuración es una mezcla de cementación y de nitruración. El proceso se realiza introduciendo las piezas en un baño de cloruro, cianuro y carbonato sódico, a una temperatura de entre 800-900ºC. El proceso tiene una duración aproximada de 1 hora, obteniendo una penetración inferior a 0,5 mm. A esta operación le suele seguir un temple.

Martensita

La martensita se obtiene enfriando bruscamente la austenita, ya que se genera una solución sobresaturada de carbono en Fe α.

Bainita

La bainita aparece al transformarse isotérmicamente la austenita entre los 215-540ºC. Su microestructura dependerá de la temperatura a la que se forme. Por lo que tendremos dos tipos:

• Bainita superior: se forma en rangos de temperatura inmediatamente inferiores a los de la perlita.
• Bainita inferior: se forma a temperaturas ligeramente superiores a las de la martensita.

Diagrama Fe-C

El estudio del diagrama Fe-C nos servirá para establecer las bases de la clasificación de las aleaciones y, sobre todo, para empezar a comprender la esencia de los tratamientos térmicos, entre otros. Una vez analizados los constituyentes estructurales de los aceros, vamos a estudiar las transformaciones que sufren. Esto depende de las proporciones de hierro-carbono y de la temperatura a la que se encuentren. Los cambios de estado surgen cuando la variación de la temperatura se hace lentamente.

Diagrama TTT

El diagrama TTT (Temperatura, Tiempo, Transformación) es una herramienta fundamental en el estudio de los tratamientos térmicos.

Estados Alotrópicos del Hierro

Podemos distinguir 4 estados alotrópicos:

• Hierro alfa: Este hierro no es capaz de disolver carbono, ya que los espacios interatómicos son muy pequeños. Además, como todos sabemos, el hierro ordinario posee carácter magnético a esta temperatura.
• Hierro beta: Su principal diferencia radica en que no es magnético. Este hierro va a permanecer con sus propiedades entre los 768ºC y los 900ºC. Los espacios interatómicos son ligeramente superiores.
• Hierro gamma: Presenta espacios interatómicos grandes, por lo que tendrá gran capacidad de formar soluciones sólidas, y podrá disolver hasta un 2% de carbono.
• Hierro delta: Se formará a temperaturas comprendidas entre los 1400 y 1539ºC, cristaliza en red cúbica centrada en el cuerpo. Tiene poco interés en el estudio de los tratamientos y poca aplicación industrial.

Temple

El temple consiste en aumentar la resistencia y la dureza del material.