El propósito del tratamiento térmico del acero al carbono es cambiar las propiedades mecánicas del acero, generalmente ductilidad, dureza, límite elástico o resistencia al impacto. Tenga en cuenta que la conductividad eléctrica y térmica sólo se modifica ligeramente. Como ocurre con la mayoría de las técnicas de fortalecimiento del acero, el módulo de Young (elasticidad) no se ve afectado. Todos los tratamientos del acero comercializan ductilidad para aumentar la resistencia y viceversa. El hierro tiene una mayor solubilidad del carbono en la fase austenita; por lo tanto, todos los tratamientos térmicos, excepto la esferoidización y el recocido de proceso, comienzan calentando el acero a una temperatura a la que pueda existir la fase austenítica. Luego, el acero se enfría (se extrae calor) a un ritmo elevado, lo que provoca que la cementita precipite y, finalmente, que el hierro puro restante se solidifique. La velocidad a la que se enfría el acero a través de la temperatura eutectoide afecta la velocidad a la que el carbono se difunde fuera de la austenita y forma cementita. En términos generales, un enfriamiento rápido dejará el carburo de hierro finamente disperso y producirá una perlita de grano fino (hasta que se alcance la temperatura crítica de martensita) y un enfriamiento lento dará una perlita más gruesa. El enfriamiento de un acero hipoeutectoide (menos de 0,77% en peso de C) da como resultado una estructura laminar-perlítica de capas de carburo de hierro conα-ferrita (hierro puro) entre. Si se trata de acero hipereutectoide (más de 0,77% en peso de C), entonces la estructura es perlita completa con pequeños granos (más grandes que la laminilla de perlita) de cementita esparcidos por todas partes. Las cantidades relativas de constituyentes se encuentran utilizando la regla de la palanca. La siguiente es una lista de los tipos de tratamientos térmicos posibles:
·Esferoidización: la esferoidita se forma cuando el acero al carbono se calienta a aproximadamente 700°C durante más de 30 horas. La esferoidita se puede formar a temperaturas más bajas, pero el tiempo necesario aumenta drásticamente, ya que se trata de un proceso controlado por difusión. El resultado es una estructura de varillas o esferas de cementita dentro de la estructura primaria (ferrita o perlita, dependiendo de en qué lado del eutectoide se encuentre). El propósito es ablandar los aceros con alto contenido de carbono y permitir una mayor conformabilidad. Esta es la forma de acero más blanda y dúctil. La imagen de la derecha muestra dónde suele ocurrir la esferoidización.
Recocido completo: el acero al carbono se calienta a aproximadamente 40°C por encima de Ac3? o Acm? durante 1 hora; esto asegura que toda la ferrita se transforme en austenita (aunque aún podría existir cementita si el contenido de carbono es mayor que el eutectoide). A continuación, el acero debe enfriarse lentamente, alrededor de 20°C (36°F) por hora. Por lo general, simplemente se enfría en un horno, donde el horno se apaga con el acero todavía dentro. Esto da como resultado una estructura perlítica gruesa, lo que significa que las "bandas" de perlita son gruesas. El acero totalmente recocido es blando y dúctil, sin tensiones internas, lo que suele ser necesario para un conformado rentable. Sólo el acero esferoidizado es más blando y dúctil.
·Recocido de proceso: proceso utilizado para aliviar la tensión en un acero al carbono trabajado en frío con menos de 0,3% en peso de C. El acero generalmente se calienta hasta 550–650°C durante 1 hora, pero a veces temperaturas tan altas como 700°C. La imagen de la derecha [se necesita aclaración] muestra el área donde ocurre el proceso de recocido.
Recocido isotérmico: es un proceso en el que el acero hipoeutectoide se calienta por encima de la temperatura crítica superior y esta temperatura se mantiene durante un tiempo y luego la temperatura desciende por debajo de la temperatura crítica más baja y se mantiene nuevamente. Luego finalmente se enfría a temperatura ambiente. Este método elimina cualquier gradiente de temperatura.
Normalización: el acero al carbono se calienta a aproximadamente 55°C por encima de Ac3 o Acm durante 1 hora; esto asegura que el acero se transforme completamente en austenita. Luego, el acero se enfría con aire, lo que supone una velocidad de enfriamiento de aproximadamente 38°C (100°F) por minuto. Esto da como resultado una estructura perlítica fina y una estructura más uniforme. El acero normalizado tiene una mayor resistencia que el acero recocido; tiene una resistencia y dureza relativamente altas.
Enfriamiento: El acero al carbono con al menos 0,4% en peso de C se calienta hasta temperaturas de normalización y luego se enfría (apaga) rápidamente en agua, salmuera o aceite hasta la temperatura crítica. La temperatura crítica depende del contenido de carbono, pero como regla general es menor a medida que aumenta el contenido de carbono. Esto da como resultado una estructura martensítica; una forma de acero que posee un contenido de carbono sobresaturado en una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC) deformada, propiamente denominada tetragonal centrada en el cuerpo (BCT), con mucha tensión interna. Por tanto, el acero templado es extremadamente duro pero frágil, normalmente demasiado frágil para fines prácticos. Estas tensiones internas provocan grietas por tensión en la superficie. El acero templado es aproximadamente tres o cuatro veces (con más carbono) más duro que el acero normalizado.
Martempering (Marquenching): El martempering no es en realidad un procedimiento de templado, de ahí el término “marquenching”. Es una forma de tratamiento térmico isotérmico que se aplica después de un enfriamiento inicial, generalmente en un baño de sales fundidas a una temperatura justo por encima de la "temperatura inicial de martensita". A esta temperatura, se alivian las tensiones residuales dentro del material y se puede formar algo de bainita a partir de la austenita retenida que no tuvo tiempo de transformarse en otra cosa. En la industria, este es un proceso utilizado para controlar la ductilidad y dureza de un material. Con un endurecimiento más prolongado, la ductilidad aumenta con una pérdida mínima de resistencia; el acero se mantiene en esta solución hasta que las temperaturas interior y exterior se igualan. Luego, el acero se enfría a una velocidad moderada para mantener el gradiente de temperatura al mínimo. Este proceso no sólo reduce las tensiones internas y las grietas por tensión, sino que también aumenta la resistencia al impacto.
Templado y revenido: Este es el tratamiento térmico más común que se encuentra, porque las propiedades finales pueden determinarse con precisión por la temperatura y el tiempo del revenido. El templado implica recalentar el acero templado a una temperatura inferior a la temperatura eutectoide y luego enfriarlo. La temperatura elevada permite que se formen cantidades muy pequeñas de esferoidita, lo que restaura la ductilidad, pero reduce la dureza. Las temperaturas y tiempos reales se eligen cuidadosamente para cada composición.
Austempering: El proceso de austempering es el mismo que el martempering, excepto que el acero se mantiene en el baño de sal fundida a través de las temperaturas de transformación de bainita y luego se enfría moderadamente. El acero bainita resultante tiene mayor ductilidad, mayor resistencia al impacto y menor distorsión. La desventaja del austemperado es que sólo se puede utilizar en unos pocos aceros y requiere un baño de sal especial.
Hora de publicación: 01-nov-2019