¿Qué es el tratamiento térmico? - Proceso y métodos

¿Qué es el Tratamiento Térmico?

El tratamiento térmico es el proceso de calentamiento y enfriamiento de metales, utilizando métodos específicos predeterminados para obtener las propiedades deseadas. Tanto los metales ferrosos como los no ferrosos se someten a un tratamiento térmico antes de ponerlos en uso.

Con el tiempo, se han desarrollado muchos métodos diferentes. Incluso hoy en día, los metalúrgicos trabajan constantemente para mejorar los resultados y la rentabilidad de estos procesos. Para eso, desarrollan nuevos horarios o ciclos para producir una variedad de grados. Cada programa se refiere a una velocidad diferente de calentamiento, mantenimiento y enfriamiento del metal.

Estos métodos, cuando se siguen meticulosamente, pueden producir metales de diferentes estándares con propiedades físicas y químicas muy específicas.

Los beneficios del tratamiento térmico

Hay varias razones para llevar a cabo un tratamiento térmico. 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 inducidas en procesos anteriores de trabajo en frío. Otros desarrollan propiedades químicas deseables para los metales. Elegir el método perfecto realmente se reduce al tipo de metal y las propiedades requeridas.

En algunos casos, una pieza de metal puede pasar por varios tratamientos térmicos. Por ejemplo, algunas superaleaciones utilizadas en la industria de fabricación de aeronaves pueden someterse a hasta seis pasos diferentes de tratamiento térmico para optimizarlas para la aplicación.

Pasos del proceso de tratamiento térmico

En términos simples, el tratamiento térmico es el proceso de calentar el metal, mantenerlo a esa temperatura y luego enfriarlo nuevamente. Durante el proceso, la pieza metálica sufrirá cambios en sus propiedades mecánicas. Esto se debe a que la alta temperatura altera la microestructura del metal. Y la microestructura juega un papel importante en las propiedades mecánicas de un material.

El resultado final depende de muchos factores diferentes. Estos incluyen el tiempo de calentamiento, el tiempo de mantenimiento de la pieza metálica a cierta temperatura, 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.

En el transcurso de este proceso, las propiedades del metal cambiarán. Entre esas propiedades se encuentran la resistencia eléctrica, el magnetismo, la dureza, la tenacidad, la ductilidad, la fragilidad y la resistencia a la corrosión.

1. Calefacción

Como ya comentamos, la microestructura de las aleaciones cambiará durante el tratamiento térmico. El calentamiento se lleva a cabo de acuerdo con un perfil térmico prescrito.

Una aleación puede existir en uno de tres estados diferentes cuando se calienta. Puede ser una mezcla mecánica, una solución sólida o una combinación de ambos.

Una mezcla mecánica es análoga a una mezcla de concreto donde el cemento une la arena y la grava. La arena y la grava aún son visibles como partículas separadas. Con las aleaciones metálicas, la mezcla mecánica se mantiene unida por el metal base.

En cambio, 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. Es posible cambiar el estado mediante calefacción según el diagrama de fase. Sin embargo, el enfriamiento determina el resultado final. Es posible que la aleación termine en uno de los tres estados, dependiendo únicamente del método.

2. Sosteniendo

Durante la etapa de mantenimiento o remojo, el metal se mantiene a la temperatura alcanzada. La duración de eso depende de los requisitos.

Por ejemplo, el cementado solo requiere cambios estructurales en la superficie del metal para aumentar la dureza de la superficie. Al mismo tiempo, otros métodos necesitan propiedades uniformes. En este caso, el período de tenencia es más largo.

El tiempo de remojo también depende del tipo de material y del tamaño de la pieza. Las piezas más grandes necesitan más tiempo cuando las propiedades uniformes son el objetivo. Solo que el núcleo de una pieza grande tarda más en alcanzar la temperatura requerida.

3. Refrigeración

Una vez completada la etapa de remojo, el metal debe enfriarse de la manera prescrita. También en esta etapa se producen cambios estructurales. Una solución sólida al enfriarse puede permanecer igual, convertirse en una mezcla mecánica total o parcialmente, dependiendo de varios factores.

Diferentes medios como salmuera, agua, aceite o aire forzado controlan la velocidad de enfriamiento. La secuencia de medios de enfriamiento mencionada anteriormente está en orden decreciente de velocidad efectiva de enfriamiento. La salmuera absorbe el calor más rápido, mientras que el aire es el más lento.

También es posible utilizar hornos en el proceso de enfriamiento. El entorno controlado permite una alta precisión cuando es necesario un enfriamiento lento.

Métodos de tratamiento térmico

Hay bastantes técnicas de tratamiento térmico para elegir. Cada uno de ellos trae consigo ciertas cualidades.

Los métodos de tratamiento térmico más comunes incluyen:

• Recocido
• Normalizando
• Endurecimiento
• Envejecimiento
• Aliviar el estrés
• Templado
• Carburación

1. Recocido

En el recocido, el metal se calienta más allá de la temperatura crítica superior y luego se enfría a un ritmo lento.

El recocido se lleva a cabo para ablandar el metal. Hace que el metal sea más adecuado para el conformado y el trabajo en frío. También mejora la maquinabilidad, la ductilidad y la tenacidad del metal.

El recocido también es útil para aliviar las tensiones en la pieza causadas por procesos de trabajo en frío anteriores. Las deformaciones plásticas presentes se eliminan durante la recristalización cuando la temperatura del metal cruza la temperatura crítica superior.

Los metales pueden someterse a una plétora de técnicas de recocido, como recocido de recristalización, recocido completo, recocido parcial y recocido final.

2. Normalizar

La normalización es un proceso de tratamiento térmico que se utiliza para aliviar las tensiones internas causadas por procesos como la soldadura, la fundición o el templado.

En este proceso, el metal se calienta a una temperatura que está 40 °C por encima de su temperatura crítica superior.

Esta temperatura es superior a la utilizada para el temple o el recocido. Después de mantenerlo a esta temperatura durante un período de tiempo determinado, se enfría al aire. La normalización crea un tamaño de grano y una composición uniformes en toda la pieza.

Los aceros normalizados son más duros y resistentes que el acero recocido. De hecho, en su forma normalizada, el acero es más tenaz que en cualquier otra condición. Esta es la razón por la cual las piezas que requieren resistencia al impacto o deben soportar cargas externas masivas casi siempre se normalizarán.

3. Endurecimiento

El proceso de tratamiento térmico más común de todos, el endurecimiento, se utiliza para aumentar la dureza de un metal. En algunos casos, solo se puede endurecer la superficie.

Una pieza de trabajo se endurece calentándola a la temperatura especificada y luego enfriándola rápidamente sumergiéndola en un medio refrigerante. Se puede usar aceite, salmuera o agua. La pieza resultante tendrá mayor dureza y resistencia, pero la fragilidad también aumenta simultáneamente.

El endurecimiento superficial es un tipo de proceso de endurecimiento en el que solo se endurece la capa exterior de la pieza de trabajo. El proceso utilizado es el mismo, pero como se somete al proceso una fina capa exterior, la pieza de trabajo resultante tiene una capa exterior dura pero un núcleo más blando.

Esto es común para los ejes. Una capa exterior dura lo protege del desgaste del material. Al montar un rodamiento en un eje, de lo contrario, puede dañar la superficie y dislocar algunas partículas que luego aceleran el proceso de desgaste. Una superficie endurecida brinda protección contra eso y el núcleo aún tiene las propiedades necesarias para manejar las tensiones de fatiga.

4. Envejecimiento

El envejecimiento o el endurecimiento por precipitación es un método de tratamiento térmico que se utiliza principalmente para aumentar el límite elástico de los metales maleables. El proceso produce partículas uniformemente dispersas dentro de la estructura de grano de un metal que provocan cambios en las propiedades.

El endurecimiento por precipitación generalmente se produce después de otro proceso de tratamiento térmico que alcanza temperaturas más altas. El envejecimiento, sin embargo, solo eleva la temperatura a niveles medios y la vuelve a bajar rápidamente.

Algunos materiales pueden envejecer de forma natural (a temperatura ambiente), mientras que otros solo envejecen artificialmente, es decir, a temperaturas elevadas. Para los materiales que envejecen naturalmente, puede ser conveniente almacenarlos a temperaturas más bajas.

5. Alivio del estrés

El alivio de tensión es especialmente común para piezas de calderas, botellas de aire, acumuladores, etc. Este método lleva el metal a una temperatura justo por debajo de su límite inferior crítico. El proceso de enfriamiento es lento y por lo tanto uniforme.

Esto se hace para aliviar las tensiones que se acumularon en las piezas debido a procesos anteriores, como la formación, el mecanizado, el laminado o el enderezado.

6. Templado

El revenido es el proceso de reducción del exceso de dureza y, por lo tanto, de fragilidad, inducido durante el proceso de endurecimiento. También se alivian las tensiones internas. Someterse a este proceso puede hacer que un metal sea adecuado para muchas aplicaciones que necesitan tales propiedades.

Las temperaturas suelen ser mucho más bajas que las temperaturas de endurecimiento. Cuanto mayor sea la temperatura utilizada, más suave se vuelve la pieza de trabajo final. La velocidad de enfriamiento no afecta la estructura del metal durante el templado y, por lo general, el metal se enfría en aire en calma.

7. Carburación

En este proceso de tratamiento térmico, el metal se calienta en presencia de otro material que libera carbono al descomponerse.

El carbono liberado se absorbe en la superficie del metal. El contenido de carbono de la superficie aumenta, haciéndola más dura que el núcleo interior.

¿Qué metales son adecuados para el tratamiento térmico?

Aunque los metales ferrosos representan la mayoría de los materiales tratados térmicamente, las aleaciones de cobre, magnesio, aluminio, níquel, latón y titanio también pueden tratarse térmicamente.

Alrededor del 80% de los metales tratados térmicamente son diferentes grados de acero. Los metales ferrosos que se pueden tratar térmicamente incluyen hierro fundido, acero inoxidable y varios grados de acero para herramientas.

Los procesos como el endurecimiento, el recocido, la normalización, el alivio de tensión, el endurecimiento superficial, la nitruración y el revenido generalmente se realizan en metales ferrosos.

El cobre y las aleaciones de cobre se someten a métodos de tratamiento térmico como el recocido, el envejecimiento y el enfriamiento rápido.

El aluminio es adecuado para métodos de tratamiento térmico como el recocido, el tratamiento térmico en solución y el envejecimiento natural y artificial. El tratamiento térmico del aluminio es un proceso de precisión. El alcance del proceso debe establecerse y debe controlarse cuidadosamente en cada etapa para obtener las características deseadas.

Evidentemente, no todos los materiales son adecuados para las formas de tratamiento térmico. De manera similar, un solo material no necesariamente se beneficiará de cada método. Por lo tanto, cada material debe estudiarse por separado para lograr el resultado deseado. El uso de los diagramas de fase y la información disponible sobre el efecto que tienen los métodos antes mencionados es el punto de partida.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el tratamiento térmico?

El tratamiento térmico es el proceso de calentar el metal sin dejar que alcance su etapa de fusión o fusión, y luego enfriar el metal de forma controlada para seleccionar las propiedades mecánicas deseadas. El tratamiento térmico se usa para hacer que el metal sea más fuerte o más maleable, más resistente a la abrasión o más dúctil.

¿Qué son los ejemplos de tratamiento térmico?

Por ejemplo, las fundiciones de automóviles de aleación de aluminio se tratan térmicamente para mejorar la dureza y la resistencia; los artículos de latón y bronce se tratan térmicamente para aumentar su resistencia y evitar que se agrieten; Las estructuras de aleación de titanio se tratan térmicamente para mejorar la resistencia a altas temperaturas.

¿Cuáles son los dos tipos de tratamiento térmico?

Los siguientes son los diferentes tipos de procesos de tratamiento térmico:

• Recocido.
• Normalizando.
• endurecimiento.
• Templado.
• Nitruración.
• Cianuración.
• Endurecimiento por inducción.
• Endurecimiento a la llama.

¿Por qué hacemos un tratamiento térmico?

Hay muchas ventajas del tratamiento térmico, entre ellas, puede cambiar las propiedades físicas (mecánicas) de un material y ayuda en otros pasos de fabricación. Alivia el estrés, haciendo que la pieza sea más fácil de mecanizar o soldar. Aumenta la resistencia, haciendo que el material sea dúctil o más flexible.

¿Cuántos tipos de tratamiento térmico existen?

En esta publicación, cubriremos los cuatro tipos básicos de tratamientos térmicos que se someten al acero en la actualidad:recocido, normalización, endurecimiento y revenido.

¿Cuáles son las 3 etapas del proceso de tratamiento térmico?

Etapas del Tratamiento Térmico

• La etapa de calentamiento.
• La etapa de remojo.
• La etapa de enfriamiento.

¿Cuáles son los cinco procesos básicos de tratamiento térmico?

Las técnicas de tratamiento térmico incluyen el recocido, el endurecimiento superficial, el endurecimiento por precipitación, el revenido, la cementación, la normalización y el enfriamiento rápido.

¿Cómo funciona el tratamiento térmico?

En términos simples, el tratamiento térmico es el proceso de calentar el metal, mantenerlo a esa temperatura y luego enfriarlo nuevamente. Durante el proceso, la pieza metálica sufrirá cambios en sus propiedades mecánicas. Esto se debe a que la alta temperatura altera la microestructura del metal.

¿Qué es el temple y el revenido?

El templado y el revenido son procesos que fortalecen materiales como el acero y otras aleaciones a base de hierro. Estos procesos fortalecen las aleaciones calentando el material mientras se enfría simultáneamente en agua, aceite, aire forzado o gases como el nitrógeno.

¿De qué es el acero y la aleación?

Fundamentalmente, el acero es una aleación de hierro con bajas cantidades de carbono. Hay miles de diferentes tipos de acero que se crean para adaptarse a diferentes tipos de aplicaciones. En términos generales, estos se dividen en 4 tipos:acero al carbono, acero para herramientas, acero inoxidable y acero aleado.

¿Qué es el recocido en el tratamiento térmico?

recocido, tratamiento de un metal o aleación calentándolo a una temperatura predeterminada, manteniéndolo durante cierto tiempo y luego enfriándolo a temperatura ambiente para mejorar la ductilidad y reducir la fragilidad.

¿Cuáles son las ventajas del templado?

El templado ayuda a aliviar la tensión, lo que hace que el metal sea más fácil de soldar o mecanizar. Aumenta la resistencia al mismo tiempo que hace que el material sea más flexible y dúctil. Aumenta la dureza e introduce propiedades resistentes al desgaste en la superficie o en todo el metal.

¿Cuáles son los tipos de recocido?

Algunos de los diferentes tipos de procesos de recocido:

• Recocido Completo . Con este método, las piezas de acero se calientan hasta que están aproximadamente 30 °C por encima de su temperatura crítica de transformación.
• Recocido isotérmico.
• Recocido esférico.
• Recocido de recristalización.
• Recocido por difusión.

¿Se normaliza antes del tratamiento térmico?

Descripción general del proceso de normalización. El tratamiento térmico de normalización ayuda a eliminar las impurezas y mejora la ductilidad y la tenacidad. Durante el proceso de normalización, el material se calienta entre 750 y 980 °C (1320 y 1796 °F).

¿Cuál es el objetivo principal del recocido?

Las principales ventajas del recocido radican en cómo el proceso mejora la trabajabilidad del material, aumentando la tenacidad, reduciendo la dureza y aumentando la ductilidad y la maquinabilidad de un metal.

¿Qué es el tiempo de remojo en el tratamiento térmico?

El tiempo de remojo es la cantidad de tiempo que el acero se mantiene a la temperatura deseada, que en este caso es de 1500 grados Fahrenheit. Cuando se complete el tiempo de remojo, extraiga la muestra muy rápidamente pero con cuidado con unas pinzas.

¿Cuál es el propósito del endurecimiento?

El endurecimiento es un proceso metalúrgico de trabajo de metales utilizado para aumentar la dureza de un metal. La dureza de un metal es directamente proporcional al límite elástico uniaxial en el lugar de la deformación impuesta.

¿Calentar el metal lo debilita?

Este simple acto, si se calienta a un rango de temperatura exacto, puede crear un metal más puro y duro. A menudo se usa para crear acero que es más fuerte que el recocido del metal, pero también crea un producto menos dúctil. Por lo tanto, el calor puede debilitar el metal.

¿Cuál es la diferencia entre revenido y endurecimiento?

El endurecimiento o enfriamiento rápido es el proceso de aumentar la dureza de un metal. El templado es el proceso de calentar una sustancia a una temperatura por debajo de su rango crítico, mantenerla y luego enfriarla.

¿Qué sucede si sobretemplas el acero?

Con una temperatura lo suficientemente alta y el tiempo suficiente, el acero será más suave que si no lo apagas en absoluto y lo dejas enfriar lentamente. Entonces, dependiendo de cuál sea su objetivo, puede sobrecalentar absolutamente una cuchilla. Hará que la hoja sea más suave pero también menos quebradiza.

¿Por qué el proceso de templado es obligatorio después del enfriamiento?

Es obligatorio templar el acero después de haberlo endurecido. Esto es simplemente porque se ha creado una nueva fase, que es la martensita. Recuerde que es necesario pasar a la fase austenita antes de que se pueda crear martensita.

¿Por qué es necesario templar después del enfriamiento?

Después de ser templado, el metal se encuentra en un estado muy duro, pero es quebradizo. El acero se templa para reducir parte de la dureza y aumentar la ductilidad. Se calienta durante un período de tiempo determinado a una temperatura que oscila entre los 400 °F y los 1105 °F.

¿De qué es una aleación el latón?

latón, una aleación de cobre y zinc, de importancia histórica y perdurable debido a su dureza y trabajabilidad.

¿Qué es el proceso de endurecimiento?

El proceso de endurecimiento consiste en calentar los componentes por encima de la temperatura crítica (normalización), mantener esta temperatura durante una hora por pulgada de espesor, enfriar a una velocidad lo suficientemente rápida como para permitir que el material se transforme en una estructura mucho más dura y fuerte, y luego templar. .

¿Por qué se requiere el endurecimiento por inducción?

El endurecimiento por inducción es un proceso de tratamiento térmico llevado a cabo para mejorar las propiedades mecánicas en un área localizada de un componente ferroso. El área endurecida resultante mejora la resistencia al desgaste y la fatiga junto con las características de resistencia.

¿Qué materiales se pueden templar con llama?

El templado a la llama se realiza en piezas hechas de acero dulce, aceros aleados, aceros de medio carbono y hierro fundido. Como sugiere su nombre, el endurecimiento a la llama utiliza calor directo de las llamas de oxígeno-gas.

¿Cómo se realiza el proceso de templado?

El templado 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, y luego dejándolo enfriar en aire en calma.