El tratamiento térmico es el proceso de calentamiento y enfriamiento de metales utilizando ciertos métodos preseleccionados para obtener las propiedades deseadas. Tanto los metales ferrosos como los no ferrosos se someten a un tratamiento térmico antes de su uso. El tratamiento del acero y otros materiales estructurales es un proceso altamente tecnológico de tratamiento de piezas en bruto, que requiere cada vez más de herramientas y máquinas muy precisas. La microestructura del material y sus propiedades mecánicas, tecnológicas y químicas.
Las piezas de trabajo, las forjas, los estampados, así como las piezas y herramientas terminadas se someten a un tratamiento térmico para darles las propiedades necesarias: dureza, resistencia, resistencia al desgaste, elasticidad, eliminación de tensiones internas y mejora de la maquinabilidad.
La esencia del tratamiento térmico es calentar el metal a una temperatura que esté ligeramente por encima o por debajo de las temperaturas críticas, manteniendo estas temperaturas y enfriando rápido o lento. En el proceso de enfriamiento, ocurren cambios alotrópicos en la estructura del metal, como resultado de lo cual las propiedades mecánicas cambian drásticamente.
Con el tiempo, se han desarrollado muchos métodos diferentes. Aún hoy, los metalúrgicos trabajan constantemente para mejorar los resultados y la rentabilidad de estos procesos. Para ello, desarrollan ciclos para la producción de diferentes variedades.
Con la tecnología actual y respetando los tiempos es posible producir metales de varios estándares con propiedades físicas y químicas muy específicas.
Beneficio del tratamiento térmico de los metales
Las razones para el tratamiento térmico de los metales pueden ser diferentes. Algunos procedimientos suavizan el metal, mientras que otros aumentan la dureza. También pueden afectar la conductividad eléctrica y térmica de estos materiales.
Algunos métodos de tratamiento térmico alivian las tensiones de los procesos de trabajo en frío anteriores. Otros dan a los metales las propiedades químicas deseadas. La elección del método ideal depende del tipo de metal y de las propiedades requeridas.
En algunos casos, una pieza metálica puede sufrir varios tratamientos térmicos. Por ejemplo, algunas superaleaciones utilizadas en la industria aeronáutica pueden pasar por hasta seis pasos diferentes de tratamiento térmico para optimizarlas para la aplicación.
Etapas del proceso de tratamiento térmico de los metales
El tratamiento térmico es el proceso de calentar un metal, mantenerlo a esa temperatura y luego enfriarlo. Durante el procesamiento, una pieza de metal sufre cambios en sus propiedades mecánicas. Esto se debe al hecho de que la temperatura alta cambia la microestructura del metal, lo que juega un papel importante en las propiedades mecánicas del material.
El resultado final depende de muchos factores diferentes. Estos incluyen el tiempo de calentamiento, el tiempo de mantenimiento de una pieza metálica a una temperatura determinada, la velocidad de enfriamiento, las condiciones ambientales, etc.
Los parámetros dependen del método de tratamiento térmico, el tipo de metal y el tamaño de la pieza.
Durante estos procesos, las propiedades del metal cambiarán. Entre estas propiedades se encuentran la resistencia eléctrica, el magnetismo, la dureza, la tenacidad, la ductilidad, la fragilidad y la resistencia a la corrosión.
El calentamiento de los metales
Como ya hemos mencionado, la microestructura de las aleaciones cambiará durante el tratamiento térmico. El calentamiento se realiza de acuerdo con un perfil térmico dado.
Cuando se calienta, la aleación puede estar en uno de tres estados diferentes. Puede ser una mezcla mecánica, una solución sólida o una combinación de ambas.
Una mezcla mecánica es similar a una mezcla de hormigón en la que el cemento une arena y grava. La arena y la grava aún son visibles como partículas separadas. En el caso de las aleaciones metálicas, la mezcla mecánica la mantiene el metal base.
Por otro lado, en una solución sólida, todos los componentes se mezclan homogéneamente. Esto significa que no se pueden identificar individualmente, ni siquiera bajo un microscopio.
Cada estado trae consigo diferentes cualidades. De acuerdo con el diagrama de fase, es posible cambiar el estado por calentamiento. Sin embargo, el enfriamiento determina el resultado final. La aleación puede estar en uno de tres estados, dependiendo únicamente del método.
¿Cómo afectan los cambios de temperatura a los metales?
Con enfriamiento rápido de los metales, aumenta la dureza, la resistencia al desgaste, la elasticidad, etc., con enfriamiento lento: más ductilidad y resistencia al impacto. Además, existe un tratamiento térmico asociado a un cambio en la composición química del material del producto, el denominado tratamiento químico-térmico.
Según el método de calentamiento y la profundidad se producen transformaciones alotrópicas en toda la sección transversal o solo en las capas superficiales de las piezas. Cuando se calienta a una temperatura determinada, se mantiene a esta temperatura y se enfría a una velocidad determinada, la microestructura de las piezas cambia en toda su estructura.
Un cambio en la composición química de las capas superficiales va acompañada de su endurecimiento o de un cambio de propiedades.
Existen los siguientes métodos de tratamiento térmico de los aceros:
- Tratamiento térmico volumétrico de aceros, realizado para cambiar la microestructura de las aleaciones metálicas en estado sólido y darles las propiedades necesarias en todo el volumen de las piezas mecanizadas (templado, revenido, recocido, normalización).
- Tratamiento térmico superficial del acero, provocando un cambio en la estructura y propiedades solo en la capa superficial del producto.
- Tratamiento químico-térmico, que consiste en calentar productos metálicos junto con sustancias que pueden cambiar la composición y estructura, principalmente de la capa superficial de la pieza.
- Tratamiento electrotérmico realizado por calentamiento por inducción con corrientes de alta frecuencia, así como por calentamiento por contacto y calentamiento en electrolitos.
- Tratamiento termomecánico asociado con el calentamiento de productos sometidos, por ejemplo, a operaciones de laminado, estirado y similares, para eliminar el endurecimiento causado por la deformación plástica.
¿Qué ocurre cuando calentamos metales?
Las transformaciones de metales durante el calentamiento están asociadas con temperaturas críticas por parte de las aleaciones. Por ejemplo, con calentamiento lento, la tasa de transformación de perlita en austenita depende directamente del contenido de carbono del acero. Ocurren cosas curiosas, como que a una temperatura de 768 °C los aceros pierden sus propiedades magnéticas.
El final del proceso de transformación se caracteriza por la formación de austenita y la desaparición de la perlita.
Una característica importante del acero es la tendencia al crecimiento del grano de austenita cuando se calienta. Con el crecimiento del grano con un ligero sobrecalentamiento por encima del punto crítico, se considera que el acero es hereditariamente de grano grueso.
El crecimiento del grano está muy influenciado por varias impurezas que aparecen en el acero durante el proceso de fundición.
El tamaño de grano afecta las propiedades de los aceros. El acero de grano fino tiene una resistencia al impacto significativamente mayor que el acero de grano grueso, por lo que este factor debe tenerse en cuenta durante el tratamiento térmico de los aceros.
Extracción del metal y calentamiento
Durante el mantenimiento, el metal se mantiene a la temperatura alcanzada. La duración depende de los requisitos. Por ejemplo, el endurecimiento de la superficie solo requiere cambios estructurales del metal para aumentar la dureza de la superficie. Al mismo tiempo, se requieren propiedades comunes para otros métodos. En este caso, el período de tenencia es más largo.
El tiempo de mantenimiento también depende del tipo de material y del tamaño de la pieza. Las piezas más grandes llevan más tiempo cuando el objetivo son las propiedades uniformes. Esto se debe al hecho de que el núcleo de una gran parte tarda más en alcanzar la temperatura requerida.
Proceso de enfriamiento
Después de completar la fase de exposición, el metal debe enfriarse de la manera indicada. Los cambios estructurales también ocurren en esta etapa. La solución sólida puede permanecer inalterada al enfriarse, transformarse total o parcialmente en una mezcla mecánica, dependiendo de varios factores.
La velocidad de enfriamiento está controlada por varios medios, como solución salina, agua, aceite o aire. La secuencia anterior de medios de enfriamiento está en orden descendente de velocidad de enfriamiento efectiva. La solución de sal absorbe el calor más rápido y el aire más lentamente.
También es posible utilizar el horno en el proceso de enfriamiento. El entorno controlado garantiza una alta precisión cuando se requiere un enfriamiento lento.
Fundamentos del tratamiento térmico de metales y aleacionesFundamentos del tratamiento térmico de metales y aleacionesFundamentos del tratamiento térmico de metales y aleacionesFundamentos del tratamiento térmico de metales y aleaciones.
