Fermentadores Tratamientos térmicos

La dureza y otras características de muchos aceros y de algunos metales no ferrosos pueden modificarse mediante tratamiento térmico. El acero es una aleación de hierro y de carbono. El porcentaje en peso del carbono presente afecta la capacidad de la aleación de recibir tratamiento térmico. Un acero al bajo carbono tendrá entre 0.03 a 0.30% de carbono; un acero al medio carbono, de 0.35 a 0.55%; y un acero al alto carbono, de 0.60 a 1.50%. (Los hierros fundidos tendrán un contenido superior a 2% de carbono.) La capacidad de endurecimiento de un acero se incrementa ron el contenido de carbono. El acero al bajo carbono tiene demasiado poco carbono para un endurecimiento eficaz, por lo que deberán utilizarse otros métodos de endurecimiento superficial. Los aceros al medio y al alto carbono pueden endurecerse mediante un tratamiento térmico apropiado. La profundidad del endurecimiento variara según el contenido de la aleación.

TEMPLADO Para endurecer un acero de medio o alto carbono, la pieza se calienta por encima de su temperatura critica (unos 760°C), se deja durante algún tiempo que la temperatura se equilibre, y en seguida se enfría súbitamente basta la temperatura ambiente mediante su inmersión en agua o aceite. El enfriamiento rápido genera una solución supersaturada de hierro y carbono que se conoce como martensita, que es extremadamente dura y mucho mas resistente que el material blando original. Lo malo es que también es muy frágil. En efecto, hemos intercambiado la ductilidad del acero por una mayor resistencia. El enfriamiento rápido también introduce deformaciones en la pieza. El cambio en la forma de la curva esfuerzo-deformación, como resultado del templado de un acero dúctil de medio carbono Aunque la mayor resistencia es deseable, la severa fragilidad de un acero totalmente templado, sin revenido generalmente lo hace inutilizable.

REVENIDO

Después del templado, la misma pieza se puede recalentar hasta una temperatura inferior (de 200-700°C), inmersa en calor y dejando que se enfríe lentamente. Esto hará que una parte de la martensita se convierta en ferrita y cementita, que reduce un poco la resistencia, pero restableciendo poco de ductilidad. Es posible una gran flexibilidad en función de la adecuación de la combinación resultante de propiedades al variar el tiempo y la temperatura del proceso de revenido. El ingeniero de materiales o el metalurgista conocedor logran una amplia variedad de propiedades para adecuarlas a cualquier aplicación.

RECOCIDO

Los procesos de templado y revenido son reversibles mediante el recocido. La pieza se calienta por encima de su temperatura critica (igual que en el caso del templado ), solo que ahora se deja que se enfríe lentamente hasta la temperatura ambiente. Esto restablece el estado de solución y las propiedades mecánicas de una aleación no endurecida. Se aplica el recocido incluso cuando no haya habido endurecimiento anterior, a fin de eliminar cualquier esfuerzo y deformación residual introducido por fuerzas aplicadas al conformar la pieza. Así se pone a Ia pieza de vuelta a un estado «relajado y blando», restableciendo su curva de esfuerzo-deformación original.

NORMALIZADO

Muchas tablas de datos de aceros comerciales indican que, después del rolado o el conformado a su forma en bruto, el acero ha sido normalizado. La normalización es similar al recocido, pero implica tiempos de inmersión en calor a temperaturas elevadas mas breves y una mayor rapidez de enfriamiento. El resultado es un acero mas resistente y duro que uno totalmente recocido, pero mas cerca del estado recocido que de cualquier estado revenido.

Endurecimiento superficial (cementación)

Cuando una pieza es grande o muy gruesa, resulta difícil obtener una dureza uniforme en su interior mediante endurecimiento en su volumen. Una opción es endurecer únicamente su superficie, dejando el núcleo blando. Con esto también se evita La distorsión asociada con el templado de una pieza grande, calentada a todo lo largo. Si el acero tiene el suficiente contenido de carbono, su superficie se puede calentar, templar y revenir, de la misma forma que se haría con un endurecimiento. En el caso de aceros e bajo carbono (dulces), se necesitan otras técnicas para obtener la condición de endurecimiento. Estas implican calentar la pieza en una atmosfera especial, rico ya sea en carbono, nitrógeno o ambos, y a continuación templándola, un proceso que se conoce como carburización, nitrurización o cianidización. En todas estas situaciones, el resultado es una superficie dura ( es decir, la cementación) con un núcleo blando, lo que es conocido como endurecimiento superficial.

La carbonización calienta el acero al bajo carbono en una atmosfera de gas de monóxido de carbono, haciendo que la superficie absorba carbono en solución. La nitrurización calienta el acero al bajo carbono en una atmosfera de gas nitrógeno, formando en las capas superficiales nitruros de hierro duros. La cianuración calienta la pieza en un baño de sal de cianuro a unos 800°C y el acero al bajo carbono toma de la sal tanto carburos como nitruros.

En el caso de aceros al medio y alto carbono, no es necesaria una atmosfera artificial, ya que el acero contiene suficiente carbono para su endurecimiento. De uso común son los dos métodos que en seguida se describen. El endurecimiento por llama, hace pasar una llama de oxiacetileno sobre la superficie a endurecer, seguida por un chorro de agua para su templado. Esto da como resultado una capa endurecida, algo mas profunda que la que se obtiene a partir de los métodos de atmosfera artificial. El endurecimiento por inducción se logra con bobinas eléctricas para calentar con rapidez la superficie de la pieza, que a continuación es templada, antes de que el núcleo llegue a calentarse.

La cementación con cualquier método apropiado es un tratamiento de endurecimiento muy deseable para muchas aplicaciones. Con frecuencia, es ventajoso conservar toda la ductilidad (y de ahí la tenacidad) del material del núcleo para lograr una mayor capacidad de absorción de energía, y al mismo tiempo se obtiene alta dureza en la superficie, a fin de reducir desgaste e incrementar la resistencia superficial. Grandes piezas de maquinaria, como levas y engranes, son ejemplos de elementos que se pueden beneficiar mas por cementación que por endurecimiento en toda la pieza, ya que la distorsión por calor queda minimizada y el núcleo tenaz y dúctil absorbe mejor la energía por impacto. Sepas tanques de acero inoxidable y almacenamiento