Fundamentos del Tratamiento Térmico: Tipos, Métodos y Aplicaciones Explicados

En este artículo, aprenderá qué es el proceso de tratamiento térmico. Sus métodos, tipos, y el propósito, procedimiento, aplicación del tratamiento térmico. El tratamiento térmico es una operación esencial en el proceso de fabricación de piezas de máquinas y herramientas.

¿Qué es el Tratamiento Térmico?

Tratamiento térmico se define como una operación que involucra el calentamiento y enfriamiento de un metal o una aleación en estado sólido para obtener ciertas propiedades deseables sin cambiar la composición.

El proceso de tratamiento térmico se lleva a cabo para cambiar el tamaño de grano, modificar la estructura del material y aliviar las tensiones establecidas en el material después del trabajo en caliente o en frío.

• El tratamiento térmico se realiza para mejorar la maquinabilidad.
• Para mejorar las propiedades magnéticas y eléctricas.
• Para aumentar la resistencia al desgaste, calor y corrosión, y muchas más razones.

Tratamiento térmico consiste en calentar el metal cerca o por encima de su temperatura crítica, mantenerlo durante un tiempo particular a esa temperatura y finalmente enfriar el metal en algún medio que puede ser aire, agua, salmuera o sales fundidas. El proceso de tratamiento térmico incluye recocido, cementación, temple, normalizado y enfriamiento rápido, nitruración, cianuración, etc.

Tipos de Procesos de Tratamiento Térmico

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

1. Recocido
2. Normalizado
3. Endurecimiento
4. Temple
5. Nitruración
6. Cianuración
7. Endurecimiento por Inducción
8. Endurecimiento por Llama

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Tipos de Tratamiento Térmico

1. Recocido

El recocido es uno de los procesos más importantes del tratamiento térmico. Es una de las operaciones más utilizadas en el tratamiento térmico de hierro y acero y se define como el proceso de ablandamiento.

Calentamiento de 30 – 50°C por encima de la temperatura crítica superior y enfriamiento a una velocidad muy lenta buscándolo en el horno. El objetivo principal del recocido es hacer el acero más dúctil y maleable y eliminar tensiones internas. Este proceso hace el acero blando para que pueda ser mecanizado fácilmente.

1.1 Propósito del Recocido

• Ablanda el acero y mejora su maquinabilidad.
• Refinar el tamaño de grano y eliminar gases.
• Elimina las tensiones internas desarrolladas durante el proceso anterior.
• Obtener la ductilidad, maleabilidad y tenacidad deseadas.
• Modifica las propiedades eléctricas y magnéticas.

1.2 Procedimiento para el Recocido

Dependiendo del contenido de carbono, el acero se calienta a una temperatura de aproximadamente 50° a 55°C por encima de su rango de temperatura crítica. Se mantiene a esta temperatura durante un período de tiempo definido dependiendo del tipo de horno y la naturaleza del trabajo. El acero se deja enfriar dentro del horno constantemente.

1.3 Aplicación del Recocido

Se aplica a fundiciones y forjados.

2. Normalizado

Normalizado: El objetivo principal del normalizado es eliminar las tensiones internas desarrolladas después del proceso de trabajo en frío. En esto, el acero se calienta 30 – 50°C por encima de su temperatura crítica superior y se enfría en el aire.

Mejora las propiedades mecánicas y eléctricas, maquinabilidad y resistencia a la tracción. El normalizado es el proceso de tratamiento térmico llevado a cabo para restaurar la estructura a la condición normal.

2.1 Propósito del Normalizado

• Promover la uniformidad de la estructura.
• Lograr refinamiento de grano.
• Producir cambios deseables en las propiedades del acero.

2.2 Procedimiento para el Normalizado

El acero se calienta a una temperatura de aproximadamente 40° a 50°C por encima de su temperatura crítica superior. Se mantiene a esta temperatura por una corta duración. El acero se deja enfriar en aire quieto a temperatura ambiente, lo que se conoce como temple al aire.

2.3 Aplicación del Normalizado

• Se aplica a fundiciones y forjados para refinar la estructura de grano y aliviar tensiones.
• Se aplica después de trabajo en frío como laminado, estampado y martillado.

3. Endurecimiento

Endurecimiento: El objetivo principal del proceso de endurecimiento es hacer el acero duro y tenaz. En este proceso, el acero se calienta 30° – 40°C por encima de la temperatura crítica superior y luego seguido por enfriamiento continuo a temperatura ambiente mediante enfriamiento rápido en agua o aceite. Es el proceso opuesto al recocido.

3.1 Propósito del Endurecimiento

• Por el endurecimiento, aumenta la dureza del acero.
• Para resistir el desgaste.
• Permite que el acero corte otros metales.

3.2 Procedimiento para el Endurecimiento

El acero se calienta por encima de su rango de temperatura crítica. Se mantiene a esa temperatura durante un período de tiempo definido. El acero se enfría rápidamente en un medio de temple.

El medio de temple se selecciona según el grado de dureza deseado. El aire, agua, salmuera, aceites y sales fundidas se usan como medios de temple. Una sección delgada como cuchillas de cuchillo se enfrían en aire. El agua es un medio ampliamente utilizado pero resulta en la formación de burbujas en la superficie del metal.

Por eso se usa solución de salmuera para prevenir esto. El aceite se usa cuando hay riesgo de distorsión o grietas y es adecuado para aceros aleados. Las sales fundidas se usan para enfriar secciones delgadas para obtener productos libres de grietas y resistentes al impacto.

3.3 Aplicación del Endurecimiento

Se aplica para cinceles, martillos, punzones de centro, machos, matrices, fresas, cuchillas de cuchillo y engranajes.

4. Temple

Temple: Cuando el proceso de endurecimiento endurece una muestra de acero, se vuelve frágil y tiene alta tensión residual. Es una operación usada para modificar las propiedades del acero endurecido por temple para el propósito de aumentar su utilidad.

El temple o revenido resulta en una reducción de la fragilidad y eliminación de tensiones internas causadas durante el endurecimiento. El acero debe templarse después del proceso de endurecimiento.

El temple se divide en tres categorías según la utilidad del acero requerido.

• Temple a baja temperatura.
• Temple a temperatura media.
• Temple a alta temperatura.

4.1 Propósito del Temple

• Aliviar tensiones internas causadas por el endurecimiento.
• Reducir la fragilidad.
• Mejorar ductilidad, resistencia y tenacidad.
• Aumentar la resistencia al desgaste.
• Obtener propiedades mecánicas deseadas.

4.2 Procedimiento para el Temple

El acero después de ser templado en el proceso de endurecimiento se recalienta a una temperatura ligeramente por encima del rango de temperatura en el que se va a usar, pero por debajo de la temperatura crítica inferior. La temperatura aquí varía de 100°C a 700°C.

El recalentamiento se hace en un baño de aceite o plomo fundido o sal fundida. La muestra se mantiene en el baño por un período de tiempo hasta que alcanza la temperatura uniformemente, el tiempo depende de la composición y calidad deseada del acero. Ahora la muestra se retira del baño y se deja enfriar lentamente en aire quieto.

4.3 Aplicación del Temple

Se aplica a herramientas de corte, herramientas y engranajes, que son endurecidos por el proceso de endurecimiento.

5. Nitruración

La nitruración es el proceso de cementación o endurecimiento superficial en el que se emplea gas nitrógeno para obtener una piel dura del metal. En este proceso, el acero se calienta en presencia de ambiente de amoníaco.

Debido a esto, un átomo de nitrógeno se deposita y hace el material duro. Los objetos de endurecimiento por inducción y llama son calentados por una llama de oxiacetileno.

5.1 Propósito de la Nitruración

• Endurecer la superficie del acero a cierta profundidad.
• Aumentar la resistencia al desgaste y fatiga.
• Aumentar la resistencia a la corrosión.

5.2 Procedimiento para la Nitruración

Se realiza en horno eléctrico donde se mantiene una temperatura variable entre 450° y 510°C. La pieza está bien mecanizada y terminada y colocada en un recipiente hermético provisto de tubos de salida e entrada a través de los cuales circula gas amoníaco.

El recipiente con la pieza se coloca en el horno y se pasa gas amoníaco a través de él mientras el horno se calienta.

Durante el proceso de calentamiento, el gas nitrógeno se libera del amoníaco en forma de nitrógeno atómico, que reacciona con la superficie de la pieza, y forma nitrato de hierro.

La profundidad de penetración depende del tiempo pasado a la temperatura de nitruración. La pieza se saca y no requiere ningún temple ni tratamiento térmico adicional.

5.3 Aplicación de la Nitruración

• Se aplica para endurecer la superficie de aceros aleados de carbono medio.

6. Cianuración

Cianuración: En este proceso, el acero se calienta en presencia de ambiente de cianuro de sodio. Debido a esto, átomos de carbono y nitrógeno se depositan en la superficie del acero y lo hacen duro.

6.1 Propósito de la Cianuración

• Este método es efectivo para aumentar el límite de fatiga de piezas medianas y pequeñas como engranajes, ejes, pasadores de muñeca, etc.
• Aumentar la dureza superficial.
• Aumentar la resistencia al desgaste.
• Dar una apariencia limpia, brillante y agradable a la superficie endurecida.

6.2 Procedimiento para la Cianuración

Las piezas a tratar se sumergen en un baño de sal de cianuro fundido mantenido a una temperatura de 950°C. Las sales fundidas usadas son cloruro de sodio, carbonato de sodio, cianuro de sodio y ceniza de soda.

El artículo sumergido se deja en la sal de cianuro fundido a una temperatura de 950°C durante unos 15 a 20 minutos. La descomposición del cianuro de sodio produce nitrógeno y carbono a partir de monóxido de carbono, que se difunde en la superficie resultando en el endurecimiento de la superficie. La pieza se saca del baño y se temple en agua o aceite.

6.3 Aplicación de la Cianuración

• Se aplica a artículos pequeños como engranajes, bujes, tornillos, pasadores y pequeñas herramientas manuales, que requieren una superficie delgada, dura y resistente al desgaste.

7. Cementación

Cementación: En este proceso, el acero se calienta en presencia de ambiente de carbono. Debido a esto, átomos de carbono se depositan en la superficie del metal y lo hacen duro.

8. Cementación o Endurecimiento Superficial

El objetivo principal de este proceso es hacer que solo la superficie externa del acero sea dura y el núcleo interno blando. Es el proceso de cementación, es decir, saturar la capa superficial del acero con carbono, u otro proceso por el cual la caja se endurece y el núcleo permanece blando.

8.1 Propósito de la Cementación

• Obtener una superficie dura y resistente al desgaste en piezas de máquinas.
• Por cementación, se obtiene un núcleo tenaz.
• Obtener un límite de fatiga más alto y altas propiedades mecánicas en el núcleo.

Propósito del Tratamiento Térmico del Acero

Los siguientes son los propósitos del tratamiento térmico.

• Mejorar propiedades mecánicas como resistencia a la tracción, dureza, ductilidad, resistencia al choque y resistencia a la corrosión.
• Mejorar maquinabilidad.
• Aliviar las tensiones internas del metal inducidas durante el trabajo en frío o en caliente.
• Cambiar o refinar el tamaño de grano.
• Mejorar propiedades magnéticas y eléctricas.
• Aumentar la resistencia al desgaste y corrosión.
• Aumentar la dureza superficial.

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Conclusión

Así que ahora, esperamos haber aclarado todas sus dudas sobre el Proceso de Tratamiento Térmico. Si aún tiene dudas sobre el Proceso de Tratamiento Térmico o métodos, tipos, aplicaciones puede preguntar en los comentarios.

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