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.
Temple
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 las aleaciones ferrosas, el temple se usa más comúnmente para endurecer el acero mediante la introducción de martensita , mientras que las aleaciones no ferrosas generalmente se volverán más suaves de lo normal. Por encima de esta temperatura crítica, un metal está parcial o totalmente austenitizado, la velocidad de enfriamiento del acero debe ser rápida para permitir que la austenita se transforme en bainita o martensita metaestable.
La selección de un medio de extinción depende de la templabilidad de la aleación en particular, el grosor y la forma de la sección involucrada y las velocidades de enfriamiento necesarias para lograr la microestructura deseada.
La martensita es una estructura metaestable muy dura con una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). La martensita se forma en los aceros cuando la velocidad de enfriamiento de la austenita es tan alta que los átomos de carbono no tienen tiempo para difundirse fuera de la estructura cristalina en cantidades suficientemente grandes para formar cementita (Fe3C). Por tanto, es producto de una transformación sin difusión . Cualquier difusión da como resultado la formación de fases de ferrita y cementita. Lleva el nombre del metalúrgico alemán Adolf Martens (1850-1914).
La microestructura de la martensita en los aceros tiene diferentes morfologías y puede aparecer como martensita de listones o martensita de placa. Para el acero con 0-0,6% de carbono, la martensita tiene la apariencia de una malla y se llama martensita de malla . Para acero con más del 1% de carbono, formará una estructura en forma de placa llamada martensita de placa . La placa de martensita, como su nombre indica, se forma como cristales lenticulares (en forma de lente) con un patrón en zigzag de placas más pequeñas. Entre esos dos porcentajes, la apariencia física de los granos es una mezcla de los dos. La fuerza de la martensita se reduce a medida que aumenta la cantidad de austenita retenida.
Transformación martensítica
El endurecimiento por transformación, también conocido como endurecimiento por transformación martensítica, es uno de los métodos más comunes de endurecimiento, que se utiliza principalmente para aceros (es decir, aceros al carbono y aceros inoxidables). Sin embargo, la transformación martensítica no es exclusiva de las aleaciones de hierro y carbono. Se encuentra en otros sistemas y se caracteriza, en parte, por la transformación sin difusión.
Los aceros martensíticos utilizan predominantemente niveles más altos de C y Mn junto con tratamiento térmico para aumentar la resistencia. El producto terminado tendrá una microestructura dúplex de ferrita con niveles variables de martensita degenerada. Esto permite diferentes niveles de fuerza. 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.
La martensita se produce a partir de austenita como resultado del enfriamiento rápido u otra forma de enfriamiento rápido. La austenita en las aleaciones de hierro y carbono generalmente solo está presente por encima de la temperatura eutectoide crítica (723°C) y por debajo de 1500°C, dependiendo del contenido de carbono. En el caso de velocidades de enfriamiento normales, a medida que la austenita se enfría, el carbono se difunde fuera de la austenita y forma carburo de hierro rico en carbono (cementita) y deja ferrita pobre en carbono. Dependiendo de la composición de la aleación, se puede formar una capa de ferrita y cementita, llamada perlita. Pero en caso de enfriamiento rápido, el carbono no tiene tiempo suficiente para difundirse y se transforma en una forma tetragonal centrada en el cuerpo muy tensa llamada martensita que está sobresaturada con carbono. Todos los átomos de carbono permanecen como impurezas intersticiales en la martensita.
Endurecimiento de superficies basado en temple
El endurecimiento de la superficie o endurecimiento de la superficie es el proceso en el que se mejora la dureza de la superficie (carcasa) de un objeto, mientras que el núcleo interno del objeto permanece elástico y resistente. El endurecimiento por cementación por tratamiento superficial se puede clasificar además como tratamientos de difusión o tratamientos de calentamiento localizado. Los métodos de calentamiento localizados para el endurecimiento de la carcasa incluyen:
Endurecimiento por llama . El endurecimiento por llama es una técnica de endurecimiento de la superficie que utiliza un solo soplete con un cabezal especialmente diseñado para proporcionar un medio muy rápido de calentar el metal, que luego se enfría rápidamente, generalmente con agua. Esto crea una «caja» de martensita en la superficie, mientras que el núcleo interno del objeto permanece elástico y resistente. Es una técnica similar al endurecimiento por inducción. Se necesita un contenido de carbono de 0,3 a 0,6% en peso de C para este tipo de endurecimiento.- Endurecimiento por inducción . El endurecimiento por inducción es una técnica de endurecimiento de la superficie que utiliza bobinas de inducción para proporcionar un medio muy rápido de calentar el metal, que luego se enfría rápidamente, generalmente con agua. Esto crea una «caja» de martensita en la superficie. Se necesita un contenido de carbono de 0,3 a 0,6% en peso de C para este tipo de endurecimiento.
- Endurecimiento por láser . El endurecimiento por láser es una técnica de endurecimiento de la superficie que utiliza un rayo láser para proporcionar un medio muy rápido de calentar el metal, que luego se enfría rápidamente (generalmente por autoenfriamiento). Esto crea una «caja» de martensita en la superficie, mientras que el núcleo interno del objeto permanece elástico y resistente.
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 suaves, de modo que cuando el metal es golpeado o sometido a tensión, 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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