Tipos de tratamiento térmico

Tipos de tratamiento térmico

El tratamiento térmico cambia las propiedades de los materiales, especialmente de los metales, para hacerlos más útiles. Esto se logra modificando la temperatura del material y luego enfriándolo de una manera específica. Hay muchos tipos de métodos de tratamiento térmico entre los cuales elegir, y cada uno de ellos altera el material de forma diferente. Los cambios pueden hacer que el material sea más fuerte, menos fuerte, más duro o más blando, dependiendo de lo que se necesite.

• Recocido: Este método hace que los metales sean menos duros y fuertes al calentarlos y luego enfriarlos lentamente.
• Templado: Un metal se vuelve muy duro al enfriarlo rápidamente desde un estado muy caliente.
• Reversión: Los metales duros obtenidos por templado se suavizan un poco al volver a calentarlos.
• Normalización: Esto es similar al recocido, pero enfría el metal al aire para hacer su dureza uniforme.
• Dureza superficial: Solo la parte exterior del metal se endurece, manteniendo el interior blando.
• Carburización: Un metal blando se transforma en duro al añadir carbono a su capa superficial.
• Nitruración: Se utiliza nitrógeno en lugar de carbono para endurecer la capa exterior de un metal.
• Austemperado: Se enfría un metal parcialmente y luego se mantiene en un baño a una temperatura estable para hacerlo resistente y evitar agrietamientos.
• Maroquinado: Un metal se calienta y enfría en diferentes líquidos para fortalecerlo.
• Tratamiento térmico de bainita: Este método crea una estructura llamada bainita en el acero, haciéndolo resistente y fuerte, pero menos duro que la martensita.

Diseño de tratamientos térmicos

• Templado:

  El templado requiere calentar los metales a un rojo incandescente, alrededor de 800-1000 °C, dependiendo del tipo de acero. El calentamiento se realiza utilizando una forja, un horno o una antorcha. Una vez alcanzado el color y la temperatura deseados, el metal caliente se enfría rápidamente en un medio de enfriamiento, como aceite o agua. Esto endurece el metal, haciéndolo adecuado para herramientas de corte o piezas que deben resistir el desgaste.

• Reversión:

  La reversión se lleva a cabo después del templado. Reduce la fragilidad producida por el templado y ajusta la dureza. Para la reversión, el metal templado se recalienta a una temperatura más baja, generalmente entre 150-600 °C, dependiendo de las propiedades deseadas. El metal se calienta en un horno, sobre un fuego o con una antorcha hasta alcanzar el color adecuado para la temperatura deseada. Luego se deja enfriar lentamente.

• Dureza superficial:

  La dureza superficial se utiliza para endurecer solo la superficie de un objeto metálico. Aumenta la resistencia al desgaste mientras mantiene el interior más blando y resistente. Existen diferentes métodos de dureza superficial, como la carburización, la nitruración y la dureza por inducción. La carburización añade carbono a la superficie calentándola en un material rico en carbono. La nitruración añade nitrógeno utilizando gas amoniaco a altas temperaturas. La dureza por inducción utiliza un calentador por inducción para endurecer áreas específicas.

• Austemperado:

  El austemperado es un tipo de tratamiento térmico para el hierro dúctil y el acero. Los hace resistentes y a prueba de desgaste. Se lleva a cabo calentando el metal a 800-1000 °C y luego enfriándolo rápidamente en un baño líquido que se mantiene a una temperatura constante, generalmente entre 200-300 °C. El metal se sostiene a esta temperatura hasta que se transforma en una estructura especial llamada "ausítica," lo que toma de unos segundos a minutos. Finalmente, se enfría.

Escenarios de tratamiento térmico

El tratamiento térmico del acero y otros metales tiene muchas aplicaciones. Algunas industrias y escenarios que utilizan tratamiento térmico son los siguientes.

• Industria manufacturera

  Los fabricantes de aparatos, vehículos y edificios utilizan el tratamiento térmico en partes y componentes. Elementos como engranajes, ejes y cuchillas necesitan ser duros y duraderos. El proceso de tratamiento térmico cambia la estructura del metal para hacerlo más fuerte. Por ejemplo, un fabricante de automóviles puede usar el templado para endurecer las partes de acero para un mejor rendimiento y para evitar desgaste.

• Industria de herramientas y matrices

  La industria de herramientas y matrices fabrica herramientas de corte, moldes y matrices. Estos elementos deben resistir altas temperaturas e impactos. La industria utiliza métodos de tratamiento térmico como la reversión para lograr resistencia y reducir la fragilidad en las herramientas de corte utilizadas en procesos de mecanizado y fabricación.

• Industria aeroespacial

  La industria aeroespacial necesita materiales que puedan soportar condiciones extremas. El tratamiento térmico de aleaciones de aluminio mejora su resistencia y resistencia a la corrosión. Esto es importante para los componentes de aeronaves que deben ser ligeros pero muy fuertes y resistentes al entorno.

• Sector energético

  En el sector energético, componentes como tuberías y válvulas deben soportar alta presión y temperatura. Se utilizan procesos de tratamiento térmico como la normalización en el acero para hacerlo adecuado para las duras condiciones de plataformas petroleras o centrales eléctricas. Esto aumenta la vida útil de los componentes críticos en la producción y distribución de energía.

• Equipos médicos

  El campo médico requiere dispositivos que sean seguros y confiables. Los instrumentos quirúrgicos de acero inoxidable son sometidos a un proceso de austenitización para hacerlos lo suficientemente duros para mantener el filo. Los implantes también se someten a tratamiento térmico para mejorar la biocompatibilidad del material para la seguridad del paciente.

• Industria de la construcción

  Las herramientas de construcción, como martillos y cinceles, se tratan térmicamente para mejorar su resistencia al desgaste. Esto asegura que las herramientas puedan resistir las exigencias del trabajo de construcción. Los pasamanos y tornillos también se someten a tratamiento térmico para garantizar que puedan soportar cargas pesadas y resistir el estrés ambiental.

Cómo elegir el tratamiento térmico

Elegir el tratamiento térmico correcto es una tarea difícil. Requiere comprensión del material, la aplicación prevista y el entorno en el que se usará el material. Tenga en cuenta los siguientes factores al seleccionar un método de tratamiento térmico.

• Propiedades del material

  El material base es lo primero que se debe considerar al elegir un tratamiento térmico. Diferentes materiales responden de manera diferente a los diversos tratamientos. Por ejemplo, los aceros de alto carbono pueden endurecerse mediante el templado, mientras que las aleaciones de aluminio pueden requerir un proceso de solubilización para mejorar su resistencia y ductilidad.

• Propiedades deseadas

  Es importante especificar las propiedades que se desean después del tratamiento. Estas pueden incluir mayor dureza, mejor resistencia a la corrosión, mayor ductilidad o reducción de tensiones residuales. Los criterios de éxito deben basarse en los requisitos de rendimiento de la aplicación.

• Efectos del tratamiento

  Asegúrese de considerar los efectos que algunos tratamientos térmicos pueden tener en la microestructura del material, como la formación de nuevas fases o cambios en el tamaño de grano. Estos efectos pueden tener un gran impacto en cómo se desempeña el material en general.

• Disponibilidad de equipos

  La elección del tratamiento térmico a menudo depende del equipo disponible. Algunos tratamientos requieren hornos especializados, mientras que otros necesitan sistemas de enfriamiento controlados. Evalúe las capacidades de la instalación de procesamiento para determinar qué tratamientos se pueden aplicar.

• Costo

  El costo del tratamiento térmico también es un factor importante a considerar. Procesos más complejos, como el endurecimiento al vacío, pueden ser más costosos, pero ofrecen mejores resultados para aplicaciones críticas. Equilibre el costo y los beneficios para tomar una decisión económica.

• Tiempo

  El tiempo que lleva completar un tratamiento térmico puede influir en gran medida en su costo total. Por ejemplo, los procesos de envejecimiento tienden a llevar más tiempo que lo normal, mientras que los tratamientos de nitruración son conocidos por su naturaleza relativamente rápida. Dependiendo del material específico y las propiedades deseadas, este factor también puede desempeñar un papel crucial en la decisión sobre qué método utilizar.

• Entorno

  El entorno en el que se utilizará el material también debe ser considerado. Los materiales expuestos a entornos corrosivos pueden requerir tratamientos de endurecimiento superficial, como anodizado o galvanoplastia. Aquellos sometidos a temperaturas extremas pueden beneficiarse de recubrimientos resistentes al calor o composiciones de superaleación.

Preguntas y respuestas

Q1. ¿Cuál es el propósito del tratamiento térmico?

A1. El propósito del tratamiento térmico es mejorar las propiedades de un material, como dureza, resistencia y ductilidad.

Q2. ¿Cuáles son los principales tipos de tratamiento térmico?

A2. Los principales tipos de tratamiento térmico son endurecimiento, reversión, recocido y templado.

Q3. ¿Cómo aumenta el endurecimiento la resistencia del material?

A3. El endurecimiento implica calentar los materiales para elevar su temperatura y luego enfriarlos rápidamente, lo que crea una microestructura más dura.

Q4. ¿Cuál es el papel de la reversión después del endurecimiento?

A4. La reversión reduce la fragilidad y alivia tensiones en el material endurecido.

Q5. ¿Qué hace el recocido a la estructura de un material?

A5. El recocido altera la microestructura de un material al recristalizar los granos para mejorar la ductilidad y reducir tensiones internas.