Tratamiento Del Acero

5.5. GENERALIDADES Y CLASIFICACION DE LOS TRATAMIENTO TERMICOS

Los tratamientos térmicos son procedimientos que tienen por finalidad mejorar o alcanzar propiedades y características en

los materiales a partir de la consecución de la microestructura deseada. Cada procedimiento consiste en calentar y mantener

las pieza o herramientas a temperaturas adecuadas, durante un cierto tiempo y enfriarlas luego en condiciones convenientes,

por tanto, en un tratamiento térmico es importante la relación entre la temperatura, el tiempo y la velocidad de enfriamiento.

De esta forma se modifica la microestructura de los aceros por medio de transformaciones de fase de estado sólido.

Dependiendo del tipo de tratamiento, las piezas pueden o no variar su composición química.

El tiempo y la temperatura son los factores más importantes y que hay que fijarlos siempre de antemano, de acuerdo con la

composición del acero, la forma, el tamaño de las piezas y las propiedades que se desean obtener.

En dependencia del efecto producido sobre las piezas, los tratamientos térmicos se pueden dividir en volumétricos o

superficiales. Los primeros afectan las propiedades de toda la pieza tratada y se dividen en tratamientos térmicos continuos

e isotérmicos (denominados también totales). Los segundos sólo afectan las propiedades de la superficie y algunos de ellos

modifican la composición química global de las piezas y son conocidos como tratamientos termoquímicos.

El calentamiento hasta la temperatura de austenización y el tiempo de sostenimiento a esa temperatura son dos variables

bastante importantes a tener en cuenta en algunos tratamientos térmicos. A continuaciones hace una breve descripción de

estas variables.

5.5.1. Temperatura de austenización

Para cada tipo de acero hay una temperatura de austenización, determinada fundamentalmente por la composición. Sin

embargo, ha sido la experimentación la que ha señalado el intervalo de temperatura hasta la cual se debe calentar el acero, la

cual se escoge para que dé la máxima dureza y al mismo tiempo mantenga también una estructura de grano fino; ello porque

el valor de la temperatura depende, entre otras variables, de la forma de la pieza y del medio templante. El tamaño de la

pieza a tratar puede variar el tiempo de sostenimiento, pero no la temperatura.

Algunos manuales traen la temperatura de austenización, pero ésta también se puede determinar templando varias probetas

desde distintas temperaturas. Se mide la dureza superficial, se fractura y se obtiene el intervalo de temperatura de

austenización.

En la práctica se usa la temperatura que, como ya fue mencionado, produzca la máxima dureza con la estructura más fina

posible y que debe coincidir con la zona rayada en una curva como en la figura 28; el máximo se presenta porque al

aumentar la temperatura también lo hace el tamaño de grano y la austenita retenida. Se debe tener en cuenta que la

templabilidad también aumenta debido a la mayor cantidad de carburos que se disuelven y al mayor tamaño de grano.

Esto indica que la estructura inicial también influye sobre la temperatura de austenización, pues la martensita revenida se

austeniza más fácilmente que la esferoidita. Además, si el acero tiene grano fino se tiene un intevalo de temperatura de

austenización más amplio.

En general, la temperatura de austenización para los aceros hipoeutectoides es A3 + 50°C; en estos aceros hay que

austenizar completamente porque si no se hace, al enfriar, quedaría ferrita en la estructura, este es el principio de los aceros

bifásicos, o sea mal templados

Figura 28. Temperatura de austenización para el temple de un acero AISI 1045. 9

Los aceros hipoeutectoides se templan todos desde la misma temperatura: A3 + 50°C. Por encima de A1, estos aceros están

constituidos por austenita y cementita; dado que la última microestructura es más dura que la martensita misma, el acero

queda suficientemente duro. Con rspecto a los aceros hipereutectoides, si se calienta por encima de Acm, al templar quedará

totalmente martensítico, pero sus propiedades respecto a la estructura cementita-martensita no serán mucho menores, por el

contrario, se pierde tiempo y energía y se aumenta el peligro de grietas en estos aceros hipertemplados.

20

5.5.2. Tiempo de sostenimiento

Si la temperatura de austenización se ha escogido correctamente, el acero estará en estado austenítico una vez la alcance,

pues se supone que toda la pieza está a la temperatura del homo. En ese momento se empieza a contar el verdadero tiempo

de sostenimiento, necesario para preparar la estructura adecuadamente. Este tiempo depende del grado de disolución de los

carburos que se desee. Como la cantidad de carburos es diferente para los distintos tipos de acero, el tiempo de permanencia

también depende del acero.

Los aceros ordinarios al carbono y los estructurales de baja aleación que contienen carburos fácilmente solubles, sólo

requieren unos minutos de sostenimiento. Para asegurarse que ha habido suficiente disolución de los carburos, un

sostenimiento de 20 min es suficiente para secciones pequeñas; sobre éste se aumenta el tiempo según el diámetro D de la

barra.

t(min) = 20 +D/2 (mm)

Esto para espesores menores de 25 mm; si la sección es mayor, el tiempo mínimo es media hora y, en general, la fórmula

empírica es: t (horas) = 1/2 + D/120 (mm). Para los aceros estructurales de media aleación, se recomienda un tiempo de

unos 25 min, no importa la dimensión.

De otro lado, los aceros de herramientas de baja aleación requieren un tiempo definido de permanencia con el fin de

asegurar la dureza necesaria. Se sugiere un tiempo de 0,5 min por cada mm de espesor; sin embargo, el máximo debe ser 1h

y el mínimo 5 min.

Los aceros de alto cromo requieren un tiempo de permanencia más largo que todos los aceros de herramientas. Sin embargo,

esto depende de la temperatura de austenización, por ejemplo, si está en la parte superior del intevalo se recomienda 0,5 min

por milímetro de espesor; si está en la parte inferior se usa 0,8 min por milímetro de sección. El máximo debe ser 1h y el

mínimo 10 min. Los aceros para trabajo en caliente contienen carburos que no se disuelven hasta 1000°C; a esta

temperatura el grano crece muy rápidamente, por lo que debe limitarse el tiempo de permanencia. Si el calentamiento se

hace en un baño de sales, donde es fácil ver cuándo el acero ha alcanzado la temperatura adecuada, el tiempo es de unos 30

min, independientemente de las dimensiones. Si la herramienta está empacada en una caja para ser tratada en un horno de

mufla, se debe usar una temperatura en la parte inferior del intervalo y así se puede dejar más tiempo, que no debe exceder

de 1h.

Los aceros rápidos son los aceros de herramientas de más alta aleación. Sus temperaturas de austenización están entre 1200

y 1300°C. Para evitar el excesivo crecimiento del grano, lo común es usar sostenimiento de unos pocos minutos. Según el

espesor (en mm) el tiempo está dado en minutos para inmersión en baños de sales así:

t(mm)= D/3 (mm)

Si D<10mm, t=3min.

Los datos anteriores sólo son una orientación para aplicarse a casos concretos con suficiente cuidado.

5.6. TIPOS DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Como fue mencionado antes, una de las formas de clasificación de los tratamientos es de acuerdo a la forma como es

enfriada la pieza, así, los tratamientos pueden ser divididos en continuos e isotérmicos.

5.6.1. Tratamientos continuos

De estos tratamientos se distinguen básicamente cuatro tipos: recocido, normalizado, temple y revenido. Estos tratamientos

se inician con la etapa de calentamiento hasta que la pieza a tratar alcance la temperatura a partir de la cual se hará el

enfriamiento, seguido por un tiempo de sostenimiento a esa temperatura y finalmente se le hace un enfriamiento adecuado.

Cada uno de estos tratamientos se resumen a continuación.

5.6.1.1. Recocido

Con este nombre se conocen varios tratamientos cuyo objetivo principal es ablandar el acero, eliminar tensiones o

recristalizar el material. El recocido consiste en calentar adecuadamente la pieza y luego enfriarla de una forma tan lenta que

semeje enfriamientos en condiciones de equilibrio, esto se logra si el enfriamiento se hace dentro del horno. Los tipos de

recocido son.

- Recocido de ablandamiento

Es un tratamiento térmico utilizado para reducir los niveles de dureza de un acero a un valor específico. Este tratamiento

requiere que el material se caliente a una temperatura un poco inferior a A1 y se mantenga por un tiempo prolongado, o

calentando y enfriando alternadamente entre Ac1 y Ar1 y a veces también superior a ac1, pero enfriando muy lentamente

21

dentro del horno a 15º c por hora hasta 650ºC y luego en aire. En el caso de aceros no aleados, la temperatura debe ser de

700°C. Esto se hace con la finalidad de producir un estado lo más blando posible (para propósitos de maquinado), donde la

perlita u otros tipos de carburos laminares son esferoidizados, reduciendo el desgaste de la herramienta.

En los aceros de

...