TRATAMIENTO TERMICO

INTRODUCCION

Los tratamientos térmicos son combinaciones de calentamiento y enfriamientos a tiempos determinados aplicados a un metal o aleación en estado sólido con el fin de modificar propiedades de acuerdo a las condiciones de uso. Los tratamientos térmicos tienen como objetivo el estudio del efecto de la composición, temperatura, tamaño de grano y atmósfera del horno de calentamiento, sobre la microestructura y dureza de los aceros. Todos los procesos básicos de tratamientos térmicos para los aceros incluyen la transformación o descomposición de la austenita. La naturaleza y la apariencia de estos productos de transformación determinan las propiedades físicas y mecánicas de cualquier acero.

El primer paso en el tratamiento térmico del acero es calentar el material a alguna temperatura en o por encima del intervalo crítico para formar austenita. En la mayoría de los casos, la rapidez de calentamiento a la temperatura deseada es menos importante que otros factores en el ciclo de tratamiento térmico.

Si se calienta una pieza de acero a una temperatura más elevada que la temperatura crítica superior y luego se enfría más o menos rápidamente, la velocidad de enfriamiento de cada uno de sus puntos es la que regula el fenómeno de temple. En las zonas de la pieza en que la velocidad de enfriamiento es mayor que la velocidad crítica de temple, el acero templa, y no templará o el temple será imperfecto en las zonas en que el enfriamiento se verifique a velocidad inferior a la crítica de temple.

TEMPLABILIDAD: La influencia de la composición sobre la habilidad del acero para transformarse en Martensita para un tratamiento de temple en particular es relacionada a un parámetro llamado TEMPLABILIDAD. Para cada aleación de acero hay una relación específica entre las propiedades mecánicas y la velocidad de enfriamiento. La templabilidad es utilizada para describir la habilidad de una aleación para ser endurecida por la formación de martensita como resultado de un tratamiento térmico. Un procedimiento estándar que es ampliamente utilizado para determinar la templabilidad es el ensayo Jominy.

Los factores que influyen en la templabilidad; depende de las características de transformación, es decir, el diagrama de enfriamiento continuo o TTT. En este proceso influyen algunos factores que favorecen o desfavorecen el proceso de templabilidad como lo son:

 porcentaje de carbono: a mayor porcentaje de carbono mayor es la templabilidad.

 porcentaje de aleantes: a mayor contenido de aleantes mayor será la templabilidad.

 tamaño de la pieza: a mayor tamaño menor es la templabilidad.

 tamaño de grano: si se tiene menor tamaño de grano menor será la templabilidad.

La adición de elementos aleantes o el engrosamiento del grano austenitico incrementa la templabilidad de un acero. Cualquier acero que tiene una velocidad crítica de enfriamiento baja se endurecerá mas profundamente que uno que tiene una velocidad de enfriamiento alta de templado. La dimensión de la pieza que va ser templada tiene un efecto directo sobre la templabilidad del material.

Seguidamente los Diagramas TTT “tiempo-temperatura-transformación” se fundamenta en la cinética de la transformación eutectoide y permite predecir la estructura, propiedades mecánicas y el tratamiento térmico requerido en los aceros, ver figura 1.

Fig. 1

Fuente: Autores

Con este diagramas podemos saber la fase que obtendremos si utilizamos un medio de enfriamiento determinado pero hay que tener en cuenta que hay un diagrama TTT diferente para cada acero aisi-sae.

La primera cuva es el inicio de transformación de fase, en la cual se empieza a ver cambios en las fases presentes; mientras que la segunda curva (ver fig. 2) es la finalización de la etapa de transformación de fase, en la cual ya obtenemos la fase deseada ya sea perlita, bainita o martensita.

Durante la etapa de transformación isométrica se representa de la siguiente forma (ver fig. 2).

Fig. 2

Fuente: Autores

Así mismo en esta etapa se puede notar el cambio de las fases de austenita a perlita o martensita. Ver figura 3

Fig. 3

Fuente: Autores

Para obtener una determinada fase basando en el diagrama TTT tenemos que tener en cuenta la temperatura y el método con el que se va a enfriar el material tratado, como en los siguientes esquemas, ver figura 4.

Fig. 4

Fuente: Autores

como podemos observar en este esquema si se calienta por encima de la línea A1 y enfriar hasta una temperatura por encima de 550ºc y manteniendo esta temperatura por un tiempo determinado podremos obtener perlita. Ver figura 5

Fig. 5

Fuente: Autores

Por consiguiente en este esquema observamos que si calentamos el material por encima de A1 y enfriamos por debajo de 550ºc hasta 200ºc podremos obtener perlita mezclada con ferrita, esta fase puede tener varios tamaños de grano las cuales pueden ser troostita (tamaño de grano mediano), sorbita (tamaño de grano pequeño) y bainita (tamaño de grano muy fino).

Pero la fase ideal en procesos de temple es la martensita y esto ocurre al calentar por encima de la línea A1 a un ritmo lento y enfriar en un ambiente o método muy abrasivo como lo puede ser el agua con sal, ver figura 6.

Fig. 6

Fuente: Autores

Durante la transformación eutectoide la austenita con un cristal (FCC) pasa aun fase de martensita con un cristal tetragonal. Ver figura 7

Fig. 7

Fuente: Autores.

Un procedimiento estándar utilizado simplemente para determinar la templabilidad es el ensayo jominy. En este ensayo se mantienen constantes todos los factores que influyen en la profundidad del endurecimiento de la pieza excepto por la composición como por ejemplo tamaño y forma de la pieza y tratamiento de temple. Una probeta cilíndrica de 25mm de diámetro y 100mm de longitud

...