OPTIMIZANDO LA RESISTENCIA Y DURABILIDAD: UNA MIRADA PROFUNDA A LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS EN LA INDUSTRIA METALMECÁNICA
En el apasionante mundo de la metalurgia y la ingeniería de materiales, los tratamientos térmicos juegan un papel fundamental en la optimización de las propiedades mecánicas y la durabilidad de los componentes del acero. En este blog, exploraremos en detalle qué son los tratamientos térmicos, cómo afectan las propiedades del acero y su relevancia en diversas aplicaciones industriales.
¿Qué son los tratamientos térmicos?
Los tratamientos térmicos son procesos controlados de calentamiento y enfriamiento aplicados a los materiales metálicos con el fin de inducir cambios en la estructura interna (modificar la distribución atómica) para alterar sus propiedades físicas y mecánicas. Estos procesos pueden variar desde simples operaciones de calentamiento y enfriamiento hasta tratamientos más complejos que involucran múltiples etapas y condiciones específicas.
Importancia de los tratamientos térmicos en la industria metalmecánica
En la industria metalmecánica, la capacidad de controlar las propiedades del acero es esencial para cumplir con los requisitos de diseño y rendimiento de los componentes. Los tratamientos térmicos permiten ajustar la dureza, resistencia, tenacidad y otras características del acero, lo que a su vez mejora su capacidad para resistir cargas, impactos y ambientes corrosivos.
Principales procesos de tratamiento térmico
Entre los tratamientos térmicos más comunes se encuentran:
Temple: Consiste en un calentamiento del acero hasta una temperatura de Austenización (la cual depende de la composición química) y un posterior tiempo de sostenimiento (en el cual ocurre una transformación de la estructura que posee el acero a temperatura ambiente), seguido de un enfriamiento a una velocidad apropiada dependiendo del material. Con el temple se obtiene:
- Aumento en la dureza en forma considerable.
- Incremento de propiedades mecánicas y resistencia al desgaste abrasivo
- Favorece el brillo.
Si el temple no se realiza dentro de los parámetros descritos en la ficha técnica de cada material, puede tener efecto contrario al esperado y producir efectos negativos tales como pérdida de dimensiones, durezas heterogéneas y disminución de la tenacidad.
Revenido: Este proceso es indispensable aplicárselo al material que haya sido templado. Aquí se somete la pieza a una temperatura y un enfriamiento apropiado. Este tratamiento permite neutralizar lentamente las tensiones internas producidas durante el temple.
Recocido: El recocido se aplica para acondicionar los diversos materiales y facilitar los procesos de conformación, bien sea para arranque de viruta o por trabajo en frío. El recocido alivia las tensiones internas, mejora la maquinabilidad y suaviza el material.
Se recomienda hacer a los aceros que están bonificados antes del temple cuando se quiere mejorar la dureza de suministro del fabricante del acero.
Ejemplos aceros AISI P20 (2738 – 2311) – INOXIDABLES AISI 420 (2316) y aceros SAE 4140 Y 4340
El recocido en su paso inicial busca restablecer las propiedades físicas del acero, considerando la reducción de separaciones en la estructura de la pieza, que alivia la tensión residual y mejorar la ductilidad. La segunda parte es la recristalización que busca ajustar la deformación plástica producto del proceso de arranque de viruta, pues al calentar el material arriba de su temperatura de recristalización (propia de cada referencia de acero), con esto se homogeniza la estructura cristalina (se ocupan los lugares vacíos con la formación de nuevos granos ocupando el lugar de los granos deformados o alargados producto de la deformación plástica por arranque de viruta). Por último, el crecimiento de grano que está dada por la temperatura del proceso frente a la referencia de acero que se trata.
Normalizado: El objetivo del tratamiento de normalizado es cambiar la estructura irregular de granos gruesos, (que aparece durante la colada o la conformación en caliente), a una estructura uniforme de grano fino, es decir, homogeneizar toda la masa.
Alivio de tensiones: Si el acero sufre durante el proceso de mecanizado un alto nivel de arranque de viruta, se inducirán esfuerzos importantes que provocará tensiones internas y cuando estas superan el límite de elasticidad del acero, son liberadas como deformación. Por lo tanto es necesario controlar el nivel de dichas tensiones (deformaciones) por medio de un alivio de tensiones, el cual se realiza entre 600 y 650 ºC. Se sugiere realizarlo cuando se haya mecanizado el 50% de la masa y al final a fin de minimizar las deformaciones en el tratamiento térmico y disminuir los riesgos de fisuras en diseños complicados.
Cementación: Es un proceso termo químico que consiste en adicionar carbono a la superficie de un acero por medio de difusión, con el fin de lograr un incremento en su resistencia mecánica (Desgaste abrasivo).
Nitruración: Se basa en la formación de una solución sólida de nitrógeno y nitruros en la capa superficial de la pieza de acero terminada. Los nitruros son extremadamente duros, por lo que confieren mucha dureza a la capa superficial de la pieza, se emplea para mejorar las resistencias al desgaste, corrosión y fatiga de piezas de acero.
El proceso de nitruración se produce a temperaturas relativamente bajas (500-600°C), y en un medio amoniacal que al descomponerse desprende nitrógeno elemental capaz de reaccionar con el metal.
La duración de la capa superficial tratada por nitruración es aproximadamente 10 veces mayor que la de la cementación, necesitando unas 20-50 horas para alcanzar una profundidad de 0.2-0.4 mm.
La nitruración exige el uso de acero aleado, de cromo, molibdeno, vanadio o tungsteno etc. Formadores de nitruros.
Nitruración iónica es una técnica de difusión asistida por plasma, que se aplica con éxito para endurecer aceros inoxidables austeníticos sin disminuir su resistencia a la corrosión, mientras que en aceros Martensíticos no ha dado tan buenos resultados, debido a que, en la mayoría de los casos, afecta su resistencia a la corrosión.
Tenifer: Es una nitrocarburación en baño de sales no contaminantes que origina una capa de compuestos Nitrurados de hierro y una capa de difusión cuyas durezas y espesores varían según la composición del acero.
Consideraciones generales
- Para que un material reciba temple debe tener un % de carbono > al 0,30 % de lo contrario debe someterse a un tratamiento de cementación antes de ser templado.
- El tenifer se desarrolla a una temperatura entre 500 y 550 ºC, por lo tanto para revisar si a un material se le debe o no realizar tenifer se debe examinar la curva de revenido con el fin de verificar si a esa temperatura, la dureza obtenida en el temple disminuye.
- Existe una regla de oro en los tratamientos térmicos que dice que se debe realizar el revenido a la temperatura más alta posible con el fin de optimizar la estructura interna del material y obtener los mejores resultados.
- Tener en cuenta la velocidad de calentamiento y de enfriamiento frente a la geometría y masa de la pieza, el tiempo de sostenimiento, geometría de la pieza, condiciones de ajuste final por distorsiones dimensionales eliminación de rebabas, cambios de sección bruscos, concentradores de esfuerzo, limpieza de la pieza (grasas, químicos).
- Todo acero al ser sometido a un tratamiento térmico, se verá modificado en sus propiedades mecánicas registradas en su MTR.
- Es importante contar con el trabajo en equipo entre quien diseña, fabrica y quien realiza el tratamiento térmico.
- Cada acero tiene una curva de tratamiento térmico, la cual la sala debe conocer y en caso de duda, consultar a quien comercializa y/o transforma el acero.
Aplicaciones industriales de los tratamientos térmicos
Los tratamientos térmicos se aplican en una amplia gama de industrias, incluyendo la automotriz, aeroespacial, construcción, manufactura de herramientas y maquinaria, entre otras. Desde engranajes y ejes hasta herramientas de corte y componentes estructurales, la aplicación adecuada de tratamientos térmicos puede marcar la diferencia entre el éxito y el fracaso en el rendimiento de los productos.
En conclusión, los tratamientos térmicos son una herramienta indispensable en la industria metalmecánica. Con la capacidad de modificar las propiedades del acero según las necesidades específicas de cada aplicación, estos procesos permiten a los ingenieros y fabricantes alcanzar niveles óptimos de rendimiento, durabilidad y confiabilidad en sus productos.
RECUERDA: SIN EL TRATAMIENTO TÉRMICO ADECUADO, INCLUSO EL MEJOR ACERO DEL MUNDO NO ALCANZARÁ SU MÁXIMO POTENCIAL Y TERMINANDO FALLANDO ANTES DE LO PROVISTO.
Si deseas más información sobre cómo los tratamientos térmicos pueden beneficiar tus proyectos o productos, no dudes en contactar a nuestros asesores especialistas. Estamos aquí para ayudarte a alcanzar tus objetivos de fabricación y rendimiento.
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