MICROESTRUCTURA DE LOS MATERIALES- ADOLFO ANGEL MONTES GUZMAN

 

Tratamientos Térmicos de Templado y Revenido Superficial

Los procesos de temple se utilizan para impartir determinadas propiedades mecánicas a un componente, con el fin de que resulte apto para el uso.
El revenido es un tratamiento térmico a baja temperatura (150ºC a 650ºC) destinado a eliminar las tensiones y la fragilidad provocadas por el enfriamiento rápido y a desarrollar las propiedades mecánicas requeridas. En los cuales destacan los siguientes:

Temple Neutro

También denominado temple martensítico, el temple neutro es un tratamiento térmico utilizado para lograr una gran dureza/resistencia en el acero. Consiste en la austenización, el enfriamiento rápido y el revenido, a fin de conservar una estructura de martensita o bainita revenida.

Beneficios

Dependiendo del tipo de acero, el temple neutro aporta varias ventajas:

Las piezas pesadas pueden obtener una combinación óptima de gran resistencia, solidez y, en su caso, resistencia a la temperatura.

Gracias a un grado superior de resistencia, es posible aligerar el peso y aumentar la rigidez de estas piezas.

Las herramientas y matrices obtienen la resistencia al desgaste y/o al calor necesaria manteniendo la dureza.

Las piezas que deben rectificarse para reducir la rugosidad adquieren la capacidad de mecanización requerida.

Por todos estos motivos, si las piezas están fabricadas con aceros inoxidables martensíticos, la resistencia a la corrosión sólo se obtiene tras el tratamiento térmico

Aceros para herramientas: las propiedades deseadas de gran dureza, resistencia al desgaste, resistencia al calor y capacidad de mecanización sólo pueden proporcionarse mediante el temple.

Aceros inoxidables martensíticos: estos aceros sólo obtienen su resistencia máxima a la corrosión mediante el temple.

Todos los tipos de acero: durante la conformación de las partes (se lleva a cabo antes del tratamiento térmico), el material es relativamente blando, y por lo tanto fácil de mecanizar.

Aplicaciones y materiales

Aceros de ingeniería:

Las piezas con gran carga, como árboles de transmisión, barras de soporte, marcos, horquillas de carretillas elevadoras, tuercas y tornillos, argollas de izado, etc.

Piezas similares sometidas a temperaturas elevadas.

Muelles de cualquier tipo y dimensiones

Herramientas: corte, martilleo, laminado, es decir: cualquier tipo de herramientas para trabajar tanto en frío como en caliente.

Matrices: corte, laminado, estampado y martilleo, así como fundición de plástico y aluminio y matrices de extrusión.

Piezas de acero inoxidable que requieren una gran resistencia a la corrosión (industria alimentaria y médica).

Detalles del proceso

Los procesos de temple descriptos aquí son habitualmente neutros, lo que significa que la composición química de la superficie de acero de las piezas no se modificará durante el proceso.

El temple directo por enfriamiento es la práctica más habitual para el endurecimiento del acero.

El primer paso permite calentar en etapas hasta la temperatura de temple, que está según el tipo de acero, entre los 800 y los 1.220 °C. A una temperatura de entre 730 y 900 °C (dependiendo del tipo de acero), se produce una transformación de la microestructura en la austenita.

El segundo paso consiste en mantener a esta temperatura de temple y austenización, para igualar la temperatura de las piezas y transformar la microestructura en austenita. NB: esto aporta una reducción en el volumen específico.

El tercer paso consiste en enfriar la pieza directamente desde la temperatura de austenización, en un medio frío. Este tipo de medio de enfriamiento es normalmente agua, sal líquida, aceite o nitrógeno a alta presión, dependiendo del tipo de acero y de las dimensiones de la pieza. La velocidad de enfriamiento debe ser lo suficientemente alta para evitar que el material regrese a la estructura blanda original.

Temple Escalonado

Técnica de enfriamiento (limitada a determinados aceros de aleación con gran resistencia) que reduce las tensiones residuales internas y la distorsión resultante de la transformación no uniforme y el choque térmico típico del enfriamiento convencional en aceite.

Consiste en calentar el acero a temperatura adecuada y mantenerlo hasta que se transforme en austenita. 

Seguidamente se enfría con una temperatura uniforme en un baño de sales hasta transformarlo en bainita.

Revenido

El revenido es un tratamiento térmico a baja temperatura (por debajo de A1) que se realiza normalmente después de un proceso de temple neutro, temple doble, carburación en atmósfera, carbonitruración o temple por inducción, con el objetivo de alcanzar la proporción de dureza y resistencia deseada.

Revenido. Es el tratamiento térmico efectuado sobre un producto templado con el fin de obtener modificaciones que le confiera las características de empleo deseadas. Revenido. Es el tratamiento térmico efectuado sobre un producto templado con el fin de obtener modificaciones que le confiera las características de empleo deseadas.

El tratamiento de revenido consiste en calentar al acero después de normalizado o templado, a una temperatura inferior al punto crítico, seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rápido cuando se pretenden resultados altos en tenacidad, o lento, para reducir al máximo las tensiones térmicas que pueden generar deformaciones.

El ciclo térmico se compone de las siguientes etapas:

Calentamiento hasta una temperatura determinada pero inferior a Ac1.

Uno o varios mantenimientos a una o varias temperaturas determinadas.

Uno o varios enfriamientos hasta la temperatura ambiente (generalmente al aire, agua o aceite).

Objetivos

Mejorar la tenacidad de los aceros templados, a costa de disminuir la dureza, la resistencia mecánica y su límite elástico.

Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un estado de mínima fragilidad.

Disminuir las tensiones internas de transformación, que se originan en el temple.

Modificar las características mecánicas, en las piezas templadas produciendo los siguientes efectos:

Disminuir la resistencia a la rotura por tracción, el límite elástico y la dureza.

Aumentar las características de ductilidad; alargamiento estricción y las de tenacidad; resiliencia.

En el revenido se consigue también eliminar, o por lo menos disminuir, las tensiones internas del material producidas a consecuencia del temple.

El proceso completo de temple más revenido se conoce como bonificado, que como su nombre lo indica, mejora o beneficia el acero, aumentando su vida.

Factores que influyen en el revenido

Los factores que influyen en el revenido son los siguientes:

La temperatura de revenido sobre las características mecánicas

El tiempo de revenido (a partir de un cierto tiempo límite la variación es tan lenta que se hace antieconómica su prolongación, siendo preferible un ligero aumento de temperatura de revenido).

La velocidad de enfriamiento (es prudente que el enfriamiento no se haga rápido).

Las dimensiones de la pieza (la duración de un revenido es función fundamental del tamaño de la pieza recomendándose de 1 a 2 horas por cada 25mm de espesor o diámetro).

El acero templado se vuelve frágil, siendo inútil en estas condiciones, por eso esta operación viene es para que las tiranteces y tensiones generadas en el acero no tengan tiempo de actuar provocando deformaciones o grietas. Este proceso hace más tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza.

Temperatura de revenido

Calentando por encima de 650°C, se obtiene estructura de grano grueso, al bajar la temperatura de revenido, se van obteniendo estructuras cada vez más finas y más duras, en términos generales la temperatura de revenido varía entre 200 y 6500C.

Duración del revenido

Para un acero dado, la permanencia a la temperatura del revenido depende de la forma y dimensiones de la pieza, en general, para los aceros con contenido medio de carbono se recomienda una hora, más una hora por pulgada de espesor.

Normalizado/Recocido 

El normalizado es el tratamiento térmico consistente en enfriar al aire. Se obtiene una estructura equiaxial fina de ferrita y perlita de láminas finas con dureza superior al del recocido.

La normalización tiene como objetivo proporcionar una estructura uniforme y de grano fino al acero. El proceso se utiliza para obtener una microestructura predecible y una garantía de las propiedades mecánicas del acero.

¿Qué es el recocido?

Como se mencionó anteriormente, el recocido es un método de tratamiento térmico que generalmente altera las propiedades físicas y, a veces, las propiedades químicas del material cuando se expone al calor. En el proceso de recocido. El material se calienta primero más allá de su punto crítico / temperatura de recristalización y se mantiene a esta temperatura durante un tiempo antes de enfriarlo. Esto generalmente se hace cuando se necesita reducir la dureza del material para que sea fácilmente moldeable. El recocido también aumenta la ductilidad de un material. La ductilidad es la capacidad de un material de deformarse bajo tensión, lo que lo hace más suave y fácil de manejar. El proceso de enfriamiento generalmente se realiza a un ritmo lento al dejar que el material se enfríe en el aire, o también se puede hacer mucho más rápido enfriándolo en agua.

¿Qué es la normalización?

La normalización es otro tipo de tratamiento térmico, aplicado específicamente a las aleaciones hechas de hierro, para lograr un tamaño de grano uniforme. En realidad se considera como Un tipo de recocido que solo se realiza para ferrosas o aleaciones de hierro.. En el proceso de normalización, el metal / aleación se calienta a una temperatura por encima del punto crítico y luego se enfría en aire. En este caso, es importante enfriarlo lentamente en el aire en lugar de enfriarlo en el agua como ocurre con los otros metales. Este paso ayuda a obtener un tamaño de grano uniforme en toda la aleación. Sin embargo, la normalización produce menos aleaciones dúctiles en contraste con un proceso de recocido completo.

Diferencia entre el recocido y la normalización

Definición

Recocido Es un método de tratamiento térmico utilizado para hacer metales dúctiles y menos duros.

Normalizar es un tipo de proceso de recocido que solo es específico de las aleaciones ferrosas.

Proceso de enfriamiento

En recocido. Los metales se pueden enfriar después de calentarlos enfriándolos en el aire o apagándolos en agua.

En normalizar, es importante que el proceso de enfriamiento se realice lentamente, por eso siempre se enfría en el aire y no se enfría en agua.

Tamaño de grano

No es crucial lograr un tamaño de grano uniforme durante el proceso de recocido.

La obtención de un tamaño de grano uniforme es importante para la normalizar proceso.

Dureza del producto final.

Los metales están hechos para ser menos duros y dúctiles después de recocido.

Las aleaciones siguen siendo más duras después. normalizar en comparación con un proceso de recocido completo.

Esferizado y la Deformación en Frío

La laminación es el proceso que consiste en reducir el espesor o cambiar la sección transversal de una pieza de trabajo largo mediante fuerzas de compresión aplicadas con un conjunto de rodillos y a una temperatura muy alta para su moldeado.

Es similar al laminado de la masa para pan, en el que se emplea un rodillo para reducir su espesor. La laminación, que incluye a casi 90% de todos los metales producidos mediante procesos de conformado.

Deformación en frío

Se logra una mayor exactitud dimensional y una mejor terminación superficial y destacada mejora de las propiedades mecánicas. Asimismo, aumenta la resistencia pero disminuye la ductilidad.

DEFORMACIÓN Y TRANSFORMACIÓN DEL METAL EN EL ESTAMPADO EN FRÍO

La deformación del metal, básicamente se refiere al cambio o transformación de tamaño y forma que sufre un cuerpo en virtud a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre él, y en el caso del estampado en frío, se incluye influencia de la dilatación térmica o cambio de temperatura. A diferencia de otras alternativas industriales, esta técnica, entre otras ventajas, reduce considerablemente la cantidad de residuos dejados, por lo que el ahorro del material es mayor.

Para llevar acabo este proceso, no es estrictamente necesario aplicar o llevar el material a temperaturas por debajo de los cero grados (0°C), pues también son aplicables a temperatura ambiente. La deformación del estampado en frío, es una de las más demandadas, no solo por el ahorro energético al no tener que calentar el material, sino por las propiedades mecánicas y los detallados acabados que pueden obtenerse.

ESPECIFICACIONES IMPORTANTES A CONSIDERAR EN EL ESTAMPADO EN FRÍO

     Los metales más recomendados para este tipo de estampado son el oro, la plata y el bronce, pues su maleabilidad permite una excelente deformación en frío con el uso de maquinarias con una alta potencia de acción. A pesar de que varios de estos procesos requieren un gasto de inversión considerable, las piezas obtenidas son altamente aprovechables, sin considerar la reducción de personal, tiempo y esfuerzo que todo ello implica.

Para conocer más de cerca todos los beneficios y ventajas de la deformación a través del estampado en frío.