¿Qué es el recocido térmico? Definición

Los metales se pueden tratar térmicamente para alterar las propiedades de resistencia , ductilidad , tenacidad , dureza o resistencia a la corrosión. Hay una serie de fenómenos que ocurren en metales y aleaciones a temperaturas elevadas. Por ejemplo, recristalización y descomposición de austenita. Estos son eficaces para alterar las características mecánicas cuando se utilizan tratamientos térmicos o procesos térmicos adecuados. De hecho, el uso de tratamientos térmicos en aleaciones comerciales es una práctica muy común. Los procesos habituales de tratamiento térmico incluyen recocido, endurecimiento por precipitación, temple y revenido.

Recocido Térmico

El término recocido térmico se refiere a un tratamiento térmico en el que un material se expone a una temperatura elevada durante un período de tiempo prolongado y luego se enfría lentamente. Este proceso altera las propiedades físicas y, a veces, químicas de un material para aumentar su ductilidad y reducir su dureza , haciéndolo más manejable. En este proceso, los átomos migran en la red cristalina y el número de dislocacionesdisminuye, dando lugar a un cambio de ductilidad y dureza. El metal elimina las tensiones y hace que la estructura de la veta sea grande y de bordes blandos, de modo que cuando el metal es golpeado o estresado, se abolla o quizás se dobla, en lugar de romperse. Normalmente, el recocido se lleva a cabo para aliviar tensiones, aumentar la suavidad, ductilidad y tenacidad; y / o producir una microestructura específica.

Generalmente, en aceros al carbono simples, el recocido produce una microestructura de ferrita-perlita. Los aceros se pueden recocer para facilitar el trabajo en frío o el mecanizado, para mejorar las propiedades mecánicas o eléctricas o para promover la estabilidad dimensional. Los aceros estructurales más comunes producidos tienen una microestructura mixta de ferrita-perlita. Sus aplicaciones incluyen vigas para puentes y edificios de gran altura, placas para barcos y barras de refuerzo para carreteras. Estos aceros son relativamente económicos y se producen en grandes tonelajes.

Cualquier ciclo de recocido consta de tres etapas:

• calentar a la temperatura deseada ,
• mantener o «remojar» a esa temperatura ,
• enfriamiento, generalmente a temperatura ambiente .

El tiempo y la temperatura de recocido son parámetros importantes en estos procedimientos. Especialmente la temperatura objetivo define el ciclo térmico de recocido.

Ciclos térmicos de recocido

En la práctica, se utilizan ciclos térmicos específicos de una variedad casi infinita para lograr los diversos objetivos del recocido. Estos ciclos se dividen en varias categorías amplias que pueden clasificarse según la temperatura a la que se calienta el acero y el método de enfriamiento utilizado.

• Recocido de proceso . El recocido de proceso es un tratamiento térmico específico que restaura parte de la ductilidad de un producto que se trabaja en frío para que se pueda trabajar en frío sin romperse. Se utiliza comúnmente durante los procedimientos de fabricación que requieren una gran deformación plástica, para permitir una continuación de la deformación sin fracturas o un consumo excesivo de energía. El rango de temperatura para el proceso de recocido varía de 260°C a 760°C, dependiendo de la aleación en cuestión. Este proceso es principalmente adecuado para acero con bajo contenido de carbono. Esto se lleva a cabo principalmente en acero laminado en frío como acero trefilado, tubería de hierro dúctil fundido centrífugo, etc.
• Recocido para aliviar el estrés . El recocido antiestrés se utiliza para aliviar el estrés del trabajo en frío. A diferencia del proceso de recocido, este tratamiento térmico se realiza normalmente después de que se ha elaborado el producto. Se debe tener cuidado para asegurar un enfriamiento uniforme, particularmente cuando un componente está compuesto por tamaños de sección variables. Si la velocidad de enfriamiento no es constante y uniforme, pueden resultar nuevas tensiones residuales que son iguales o mayores que las que se pretendía aliviar con el proceso de tratamiento térmico. La temperatura de recocido es típicamente relativamente baja, de modo que los efectos resultantes del trabajo en frío y otros tratamientos térmicos no se ven afectados. El tratamiento térmico para aliviar la tensión puede reducir la distorsión y las tensiones elevadas de la soldadura que pueden afectar el rendimiento del servicio.
• Recocido de recristalización . El recocido por recristalización de los aceros trabajados en frío (contenido de carbono de hasta 0,5%) puede producir una nueva estructura de grano sin inducir un cambio de fase. El metal se calienta a una temperatura en la que se elimina el endurecimiento causado por el trabajo en frío anterior. Durante la recristalización, los enlaces internos entre los átomos cambian, la red cristalina no cambia. Las temperaturas de recocido están entre 550-700°C y la resistencia es de aproximadamente 1 hora o más, enfriando al aire. Se utiliza como recocido interoperativo en conformado en frío, especialmente para piezas bajas en carbono.
• Recocido completo . El recocido completo produce una microestructura que es más blanda y más susceptible a otros procesos, como el conformado o el mecanizado. Las temperaturas para el recocido completo son típicamente 50°C por encima de la temperatura crítica superior (A₃) para aceros hipoeutécticos y la temperatura crítica más baja (A₁) para aceros hipereutectoides. Se lo conoce como recocido completo porque logra la austenización completa de los aceros hipoeutectoides. A continuación, la aleación se enfría en el horno. Eso significa que el horno de tratamiento térmico se apaga y tanto el horno como el acero se enfrían a temperatura ambiente a la misma velocidad, lo que lleva varias horas. La velocidad de enfriamiento del acero debe ser lo suficientemente lenta como para que la austenita no se transforme en bainita o martensita, sino que se transforme completamente en perlita y ferrita o cementita. Un recocido completo normalmente da como resultado el segundo estado más dúctil que puede asumir un metal para una aleación de metal. El metal alcanza niveles relativamente bajos de dureza, límite elástico y resistencia máxima con alta plasticidad y tenacidad. El recocido completo se utiliza a menudo en aceros de bajo y medio carbono que se mecanizarán o experimentarán una gran deformación plástica durante una operación de conformado. Los aceros inoxidables y de alta aleación se pueden austenitizar (recocido completamente) y templar para minimizar la presencia de carburos en los límites de grano o para mejorar la distribución de la ferrita.
• Normalizando. La normalización es un proceso de recocido que se aplica a las aleaciones ferrosas para refinar el tamaño de grano, hacer que su estructura sea más uniforme, hacerla más sensible al endurecimiento y mejorar la maquinabilidad. La normalización se realiza en aceros que se han deformado plásticamente mediante, por ejemplo, una operación de laminación. Estos aceros trabajados en frío consisten en granos de perlita, que son de forma irregular y relativamente grandes y varían sustancialmente en tamaño. La normalización es un ciclo de calentamiento austenitizante seguido de enfriamiento en aire quieto o ligeramente agitado. Normalmente, las temperaturas de normalización son aproximadamente 55 ° C por encima de la línea crítica superior. La temperatura de normalización es más alta que la temperatura para el recocido completo, por otro lado el enfriamiento es más intenso. La normalización mejora la maquinabilidad de un componente y proporciona estabilidad dimensional si se somete a más procesos de tratamiento térmico. La principal diferencia entrerecocido y normalización es que el recocido permite que el material se enfríe a una velocidad controlada en un horno. La normalización permite que el material se enfríe colocándolo en un ambiente a temperatura ambiente y exponiéndolo al aire en ese ambiente.

Recocido de recipientes a presión del reactor

El cuerpo de la vasija del reactor está construido de acero al carbono de baja aleación de alta calidad y todas las superficies que entran en contacto con el refrigerante del reactor están revestidas con un mínimo de aproximadamente 3 a 10 mm de acero inoxidable austenítico para minimizar la corrosión.

Durante el funcionamiento de una planta de energía nuclear , el material de la vasija de presión del reactor y el material de otros componentes internos del reactor están expuestos a radiación de neutrones (especialmente a neutrones rápidos> 0,5 MeV), lo que da como resultado una fragilización localizada del acero y las soldaduras en el área del núcleo del reactor. Este fenómeno, conocido como fragilidad por irradiación , da como resultado:

• Aumento constante de DBTT . No es probable que el DBTT se acerque a la temperatura de funcionamiento normal del acero. Sin embargo, existe la posibilidad de que cuando se apague el reactor o durante un enfriamiento anormal, la temperatura pueda caer por debajo del valor DBTT mientras la presión interna aún sea alta.
• Suelta la energía de fractura de la plataforma superior . Los efectos de la radiación también se manifiestan por una caída en la energía de fractura de la plataforma superior y una disminución en la tenacidad de la fractura.

Todos estos efectos deben ser monitoreados por los operadores de la planta. Por lo tanto, los reguladores nucleares exigen que se lleve a cabo un programa de vigilancia del material de la vasija del reactor en reactores de potencia refrigerados por agua.

Una vez que un material de RPV se degrada por fragilización por radiación (por ejemplo, aumento significativo de la temperatura de transición dúctil-frágil de Charpy o reducción de la tenacidad a la fractura), el recocido térmico del RPV es la única forma de recuperar las propiedades de tenacidad del material RPV.

De acuerdo con 10 CFR 50,66 – Requisitos para el recocido térmico de la vasija de presión del reactor:

«Para aquellos reactores de energía nuclear de agua ligera donde la radiación de neutrones ha reducido la tenacidad a la fractura de los materiales de la vasija del reactor, se puede aplicar un recocido térmico a la vasija del reactor para recuperar la tenacidad a la fractura del material».

 El recocido térmico ( método «seco» ) de la vasija de presión del reactor es un método por el cual la vasija de presión (con todas las partes internas del reactor retiradas) se calienta hasta cierta temperatura (generalmente entre 420 y 460°C) mediante el uso de una fuente de calor externa ( calentadores eléctricos, aire caliente), se mantienen durante un período determinado ( por ejemplo, 100-200 horas ) y luego se enfrían lentamente. El equipo de recocido suele ser un horno en forma de anillo con elementos calefactores en su superficie externa. La potencia de salida de los calentadores instalados puede alcanzar hasta 1 MWe. Se demostró que para los materiales especialmente fabricados, el estante superior se recuperó al 100% después de 24 horas de recocido y más rápidamente que la temperatura de transición. El recocido durante 168 horas recuperó el 90% del cambio de temperatura de transición.

Recocido húmedo

También existe la posibilidad del llamado método de recocido «húmedo» que se aplicó en EE. UU. Y Bélgica. El recocido a esa temperatura ~ 340°C se alcanzó sin calentamiento externo, pero aumentando la temperatura del refrigerante lograda por la energía de las bombas de circulación del circuito primario. Este tipo de recocido proporciona solo una recuperación parcial del material debido a la limitación de la temperatura máxima.

Referencia especial: Recocido y re-fragilización de materiales de recipientes a presión de reactores. Informe AMES N.19; ISSN 1018-5593. Comunidades Europeas, 2008.

Otros procesos

• Recocido . El término recocido se refiere a un tratamiento térmico en el que un material se expone a una temperatura elevada durante un período de tiempo prolongado y luego se enfría lentamente. En este proceso, el metal elimina las tensiones y hace que la estructura de la veta sea grande y de bordes blandos, de modo que cuando el metal es golpeado o estresado, se abolla o quizás se dobla, en lugar de romperse; también es más fácil lijar, moler o cortar metal recocido.
• Enfriamiento . El término temple se refiere a un tratamiento térmico en el que un material se enfría rápidamente en agua, aceite o aire para obtener ciertas propiedades del material, especialmente la dureza. En metalurgia, el temple se usa más comúnmente para endurecer el acero mediante la introducción de martensita. Existe un equilibrio entre dureza y tenacidad en cualquier acero; cuanto más duro es el acero, menos tenaz o resistente a los impactos es, y cuanto más resistente a los impactos, menos duro es.
• Templado . El término templado se refiere a un tratamiento térmico que se utiliza para aumentar la tenacidad de las aleaciones a base de hierro. El revenido generalmente se realiza después del endurecimiento, para reducir parte del exceso de dureza, y se realiza calentando el metal a una temperatura por debajo del punto crítico durante un cierto período de tiempo, luego dejándolo enfriar en aire tranquilo. El templado hace que el metal sea menos duro y lo hace más capaz de soportar impactos sin romperse. El revenido hará que los elementos de aleación disueltos se precipiten o, en el caso de los aceros templados, mejore la resistencia al impacto y las propiedades dúctiles.
• Envejecimiento . El endurecimiento por envejecimiento, también llamado endurecimiento por precipitación o endurecimiento por partículas, es una técnica de tratamiento térmico basada en la formación de partículas extremadamente pequeñas y uniformemente dispersas de una segunda fase dentro de la matriz de fase original para mejorar la resistencia y dureza de algunas aleaciones metálicas. El endurecimiento por precipitación se utiliza para aumentar el límite elástico de los materiales maleables, incluidas la mayoría de las aleaciones estructurales de aluminio, magnesio, níquel, titanio y algunos aceros y aceros inoxidables. En las superaleaciones, se sabe que provoca anomalías en el límite elástico, lo que proporciona una excelente resistencia a altas temperaturas.

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