El tratamiento térmico de metales tiene una historia que se remonta a miles de años. Sin duda, el descubrimiento de los procesos de tratamiento térmico ayudó a marcar el comienzo de un período significativo de avance tecnológico. Además, hoy en día varios procesos de mecanizado y metalurgia utilizan tecnologías de última generación para producir piezas más precisas y de mayor calidad gracias a este proceso.
Descubrirá que hoy en día se utilizan varios métodos de tratamiento térmico en muchas industrias. Estos procesos de tratamiento térmico ayudan a cambiar las propiedades físicas y, a veces, químicas de los metales para diversos fines.
Aquí descubrirás todo lo que necesitas saber sobre los procesos de tratamiento térmico, sus ventajas y los tipos de tratamiento térmico del acero.
¿Qué es el tratamiento térmico?
En gran medida, el tratamiento térmico es uno de los componentes más importantes del proceso de fabricación del metal. Incluye un grupo de técnicas de procesamiento térmico y de metales que cambian las propiedades de los metales.
Más específicamente, el tratamiento térmico mediante calentamiento y enfriamiento cambia las propiedades físicas, mecánicas y, a veces, químicas de los metales. Estas propiedades incluyen ductilidad, dureza, resistencia a la temperatura, conformabilidad, maquinabilidad, resistencia, etc.
Los métodos de tratamiento térmico varían según el tipo de material metálico y las propiedades específicas requeridas. Es importante que los fabricantes conozcan el método de tratamiento térmico adecuado que satisfaga sus necesidades específicas.
¿Qué metales están disponibles para el tratamiento térmico?
En particular, es necesario estudiar cada material para seleccionar el método de tratamiento térmico correcto que consiga las propiedades requeridas. Esto se debe a que no todos los materiales metálicos son aptos para todo tipo de tratamientos térmicos.
Descubrirá que los metales ferrosos constituyen la mayoría de los materiales tratados térmicamente. Por lo tanto, los diferentes tipos de acero representan alrededor del 80% de los metales tratados térmicamente. Sin embargo, algunos metales no ferrosos también son adecuados para el tratamiento térmico.
Las aleaciones metálicas como cobre, aluminio, níquel, latón, magnesio y titanio se tratan térmicamente. A continuación se muestran algunos de los metales disponibles para tratamiento térmico y los tipos apropiados de tratamiento térmico:
1. Hierro fundido, acero al carbono, acero inoxidable martensítico y acero para herramientas.
Métodos de tratamiento térmico: endurecimiento, recocido, normalización, alivio de tensiones, endurecimiento, nitruración y revenido.
2. Cobre y aleaciones de cobre
Métodos de tratamiento térmico: recocido, envejecimiento y revenido.
3. Aluminio
Métodos de tratamiento térmico: recocido, tratamiento térmico en solución, envejecimiento natural y artificial.
Pasos del tratamiento térmico de metales.
En general, existen cinco procesos básicos de tratamiento térmico de metales. Estos procesos son endurecimiento, endurecimiento, normalización, recocido y revenido. Descubrirá que cada proceso produce diferentes propiedades del metal.
Por otra parte, cabe señalar que el tratamiento térmico de metales consta de tres fases principales. Estas fases son calentar, remojar y enfriar. Consulte los pasos individuales a continuación:
1. La fase de calentamiento
Este es el primer paso en cualquier proceso de tratamiento térmico de metales. Muchas aleaciones sufren cambios estructurales cuando se calientan a una temperatura específica, hasta 1200°C, según el tipo de metal. Además, la estructura de las aleaciones se produce a temperatura ambiente como una mezcla mecánica, una solución sólida o una combinación de ambas formas.
Por lo tanto, sería útil que siempre tuvieras mucho cuidado durante esta fase. Porque un movimiento incorrecto durante el calentamiento puede provocar grietas o deformaciones del metal. Por tanto, su principal objetivo es conseguir que el metal se caliente de manera uniforme durante la fase de calentamiento. Además, varios factores influyen en la determinación de la velocidad de calentamiento a utilizar. Compruébalo a continuación:
- El tamaño y la sección transversal del metal.
- El estado del metal.
- La conductividad térmica del material metálico.
2. La fase de inmersión
En esta fase, la pieza metálica calentada se mantiene a la temperatura a la que se producen los cambios deseados en la estructura metálica. Además, el metal debe permanecer a esta temperatura hasta que toda la pieza se caliente de manera uniforme.
El tiempo de remojo, también llamado tiempo de retención, se refiere a cuánto tiempo se mantiene el metal a la temperatura adecuada. Puede determinar el tiempo de retención mediante análisis químico, masa y espesor del metal; en términos generales, cuanto mayor sea la masa del metal, mayor será el tiempo de remojo. Sin embargo, el tiempo de remojo varía según el material metálico, pero generalmente es de 2 horas.
3. La fase de enfriamiento
Después de mojar el metal, el siguiente paso es enfriarlo. El objetivo principal de la fase de enfriamiento es reducir la temperatura del metal a temperatura ambiente. Sin embargo, la fase de enfriamiento determina las propiedades resultantes del metal tratado.
También en este caso la composición del metal puede cambiar, permanecer igual o volver a su forma original. Tenga en cuenta que esto depende del tipo de metal, la velocidad de enfriamiento y el medio de enfriamiento. Por lo tanto, la fase de enfriamiento sigue siendo crucial para darle al metal ciertas estructuras y propiedades.
Factores que afectan el proceso de tratamiento térmico de metales.
Varios factores influyen en el proceso de tratamiento térmico del metal. Verifique los siguientes factores:
1. Influencia del tiempo y la temperatura.
Quizás los factores más importantes en el tratamiento térmico de metales sean el tiempo y la temperatura. Lo más importante es que desempeñan un papel en el tratamiento térmico de metales en las fases de calentamiento, remojo y enfriamiento.
Además, los estudios han demostrado que el tiempo y la temperatura desempeñan un papel crucial en el cambio de las propiedades mecánicas y la microestructura durante el tratamiento térmico. Por ejemplo, si la velocidad de enfriamiento del acero (templado) aumenta en 1000 °C por minuto, se crea una nueva microestructura, la martensita.
2. Grado de deformación
En la mayoría de los casos, diferentes procesos de tratamiento térmico dan como resultado diferentes deformaciones y cambios en las dimensiones de las piezas. Además, el alcance de la deformación depende de:
- La estructura del material metálico antes del tratamiento térmico.
- Método de tratamiento térmico, colocación en el horno.
- La distribución de las tensiones.
Por tanto, el grado de deformación está influenciado por el proceso de tratamiento térmico de los metales.
3. Efecto de la composición
Los elementos de aleación también afectan el tratamiento térmico de los metales. Es decir, tienden a ralentizar la difusión de los átomos a través de la red de hierro y, por tanto, retrasan las transformaciones alotrópicas.
Además, los elementos de aleación como el manganeso, el molibdeno, el níquel y el boro aumentan la dureza. Asimismo, estos elementos también permiten templar a temperaturas más elevadas para conseguir una mejor ductilidad. Por tanto, la composición del metal afecta el proceso de tratamiento térmico.
Tipos de tratamiento térmico del acero.
Hay cuatro tipos básicos de tratamiento térmico al que se somete el acero durante el procesamiento industrial. Compruébalo a continuación:
1. Endurecimiento
Este tipo de tratamiento térmico mejora la dureza y resistencia del acero, aumentando la resistencia de la estructura reticular. Durante el endurecimiento, el metal se calienta a la temperatura requerida de entre 800 y 900 °C y luego se enfría rápidamente. El tipo de acero normalmente se enfría sumergiendo el metal caliente en un medio de enfriamiento como aceite, agua o salmuera.
Sin embargo, para grados de acero con un alto contenido de elementos de aleación, las temperaturas de calentamiento requeridas están entre 980 y 1110 °C. La mayoría de los materiales de acero necesitan enfriarse rápidamente porque la fase de enfriamiento afecta el grado de dureza.
Sin embargo, descubrirá que el endurecimiento no tiene ningún beneficio. Mientras que el endurecimiento del acero aumenta durante el tratamiento térmico, al mismo tiempo disminuye la ductilidad. Esto hace que el material de acero sea más quebradizo.
2. Temperamento
A menudo encontrará que una vez que el acero se endurece, se vuelve más rígido de lo necesario y demasiado frágil para los procesos de fabricación. Esto se debe a las fuertes tensiones internas que surgen durante el enfriamiento rápido durante el tratamiento térmico del acero. Por tanto, el templado alivia las tensiones internas y reduce la fragilidad del acero después del endurecimiento.
Durante este tratamiento térmico, el acero se calienta a la temperatura requerida entre 125 y 700 °C y luego se enfría con aire en calma. Por tanto, la temperatura de revenido utilizada en el tratamiento térmico del acero es siempre inferior a la temperatura de endurecimiento. La velocidad de enfriamiento durante el templado tampoco suele influir en la estructura metálica. Cuanto mayor sea la temperatura de templado utilizada, más blando se vuelve el acero. Sin embargo, el acero rápido sigue siendo una excepción, ya que tiende a volverse más duro en lugar de blando después del templado.
3. Brillo
Debido a su baja resistencia y suavidad, el recocido es más adecuado para aceros con bajo contenido de carbono. Este método de tratamiento térmico confiere al metal propiedades opuestas a las del endurecimiento. El recocido de metales ayuda a reducir las tensiones internas, aumentar la flexibilidad, suavizar el metal y refinar su estructura de grano.
Además, el recocido del acero incluye tres pasos principales:
- Calentar el material de acero a la temperatura requerida en el rango de 260 – 760 °C, dependiendo del tipo de acero.
- Sostener el grado de acero para mantener la temperatura durante el tiempo requerido.
- Luego déjelo enfriar lentamente a temperatura ambiente.
Sin embargo, la velocidad de enfriamiento a partir de la temperatura de recocido varía según el metal. A diferencia del endurecimiento, el recocido implica enfriar lentamente el acero para crear suavidad.
La pieza metálica se enfría lentamente enterrando la pieza de acero caliente en cenizas, arena u otros materiales que no conducen bien el calor. Este proceso se llama embalaje. El enfriamiento a la temperatura de recocido también se logra apagando el horno y permitiendo que el horno y la pieza de acero se enfríen juntos. Este proceso se llama enfriamiento del horno.
4. Normalizar
La normalización implica eliminar las tensiones internas de los metales ferrosos producidos por diversos procesos. Esto incluye tratamiento térmico, mecanizado, soldadura, forja, fundición o moldeado. Sin embargo, los aceros normalizados son más duros y resistentes que los aceros recocidos. Por tanto, la normalización se suele realizar en piezas de acero sujetas a impactos. Además, este método de tratamiento térmico también se utiliza para piezas que requieren máxima tenacidad y resistencia a tensiones externas.
La estandarización del acero incluye lo siguiente:
- Calentar el material de acero a una temperatura específica entre 810 y 930 °C, dependiendo del tipo de acero.
- Sumerja el metal para calentarlo uniformemente.
- Luego déjalo enfriar al aire libre.
- Tenga en cuenta que la normalización utiliza temperaturas más altas para tratar térmicamente el acero que los procesos de endurecimiento y recocido.
Beneficios del tratamiento térmico de metales
El tratamiento térmico de materiales metálicos puede cambiar sus propiedades para que puedan utilizarse en diversos procesos de fabricación de metales. A continuación se detallan algunos de los beneficios del tratamiento térmico de metales:
- Aumenta la dureza en la superficie o en toda la pieza.
- El tratamiento térmico hace que los metales sean más flexibles y trabajables.
- Ayuda a mejorar la resistencia al desgaste y la fragilidad de los metales.
- El tratamiento térmico de metales puede mejorar sus propiedades eléctricas y magnéticas. Esto aumenta su compatibilidad con otros materiales.
Titulación Universitaria
Los procesos de tratamiento térmico se han convertido en una parte integral de diversos procesos de fabricación. Antes de tratar metales con calor, los fabricantes deben decidir cuál es el metal adecuado. Además, se deben evaluar diferentes propiedades en función de los requisitos del proyecto. Después de considerar todos los factores, un servicio de tratamiento térmico de metales de calidad es fundamental.
Preguntas frecuentes
¿Qué metales son adecuados para el tratamiento térmico?
En principio, para el tratamiento térmico son adecuados tanto metales ferrosos como no ferrosos. Sin embargo, la mayoría de los metales tratados térmicamente son diferentes tipos de acero.
¿Cuál es la diferencia entre recocido y normalizado?
En primer lugar, la estandarización sólo se aplica a los metales ferrosos como el acero. Además, la normalización utiliza una temperatura más alta y enfriamiento por aire después de retirar el metal del horno. El recocido utiliza una temperatura más baja y se enfría mediante embalaje o enfriamiento en horno.
¿Se puede tratar térmicamente el acero inoxidable?
Debido a su alto contenido de níquel, el acero inoxidable austenítico es difícil de tratar térmicamente.
Sin embargo, el acero inoxidable martensítico se endurece mediante templado y austenitización. Las temperaturas de austenitización están entre 980 y 1110 °C.
