El recocido es un tratamiento térmico que tiene por objetivos: - La eliminación de las tensiones generada en el temple.
- Ablandar el material.
- Aumentar la plasticidad ductilidad y tenacidad del material.
- Regenerar su microestructura.
Las etapas de un recocido son: - Calentamiento del material a una temperatura prefijada.
- Mantenimiento del material durante un cierto tiempo a la temperatura anterior.
- Enfriamiento lento hasta la temperatura ambiente a una velocidad determinada.
El recocido se suele utilizar también para eliminar defectos que se generan por deformación en frío. Las temperaturas de recocido son relativamente bajas. Los tiempos de calentamiento y enfriamiento de las piezas a tratar dependen de la forma y el tamaño de las piezas. Las velocidades de variación de temperatura altas provocan tensiones internas altas. Estas tensiones internas pueden provocar deformaciones y grietas en el material. 1.- CALENTAMIENTO Las piezas de poco espesor y de formas sencillas se pueden introducir directamente en los hornos calientes a una temperatura entre 750 y 850ºC. Cuando las piezas son gruesas, el calentamiento debe ser progresivo y uniforme para dar tiempo a que el corazón de la pieza también alcance la temperatura de recocido. Esto evitará, como se ha mencionado, la generación de tensiones y grietas no deseadas. Al mismo tiempo se permite al acero el paso por las diferentes zonas críticas. Los calentamientos rápidos son muy peligrosos en piezas gruesas y este efecto negativo se agrava cuando aumenta el contenido de carbono del acero, en los cuales el porcentaje de perlita es alto. La temperatura de recocido suele ser de unos 20 a 40ºC superior a la temperatura crítica inferior. Es decir debe ser la temperatura suficiente para asegurar una homogeneidad aceptable de la austenita. 2.- PERMANECIA A LA TEMPERATURA DE RECOCIDO Para que se forme una austenita homogénea es necesario que el porcentaje de carbono debe ser el mismo en toda la masa de la pieza. La difusión del carbono es más rápida cuando aumenta la temperatura. El tiempo de permanencia oscila entre media hora y una hora por pulgada de espesor de pieza. Cuando el calentamiento se ha realizado lentamente, se mantiene media hora por pulgada, y si el calentamiento ha sido rápido se eleva el mantenimiento a una hora por pulgada. 3.- CRECIMIENTO DE LOS CRISTALES DE AUSTENITA EN EL CALENTAMIENTO Cuando se mantiene el acero a una temperatura más elevada que la temperatura crítica superior, los cristales de austenita tienden a aumentar de tamaño tanto cuanto más alta sea la temperatura y mayor duración del calentamiento. Para afinar el grano bastará con calentar la pieza a una temperatura lo más justo por encima de la crítica y luego enfriar más o menos rápidamente al aire. 4.- RECOCIDO DE HOMOGENEIZACIÓN Para que una pieza bruta de colada tenga una homogeneidad química, bien sea una pieza moldeada o bien sea un lingote se debe realizar una difusión, que requiere un mantenimiento a una temperatura tan alta como sea posible durante un tiempo determinado. Este calentamiento provoca en el acero una estructura no apropiada, que posteriormente debe ser destruida por un tratamiento apropiado. Para los aceros al carbono o de baja aleación, el recocido de homogeneización no es eficaz a no ser que se alcancen los1000ºC por lo menos y el tiempo de mantenimiento puede variar de 2 a 50 horas. 5.- RECOCIDO GLOBULAR Las mejores propiedades de maquinabilidad y la menor dureza de los aceros de alto contenido en carbono, tanto sin alear como aleados, se consiguen cuando la estructura de los aceros son globulares, es decir, están constituidas por pequeñas partículas esferoidales de cementita y de carburos aleados embebidas en una masa o matriz de ferrita. Cuando los aceros poseen un bajo contenido en carbono, la maquinabilidad no es aceptable con esta estructura globular, por ser demasiado blanda y generar un embotamiento de la herramienta. El tratamiento térmico para conseguir esta estructura globular consiste en calentar la aleación justamente por debajo de línea A1 a unos 700ºC. el tiempo de globulización suele durar de 15 a 25 horas.
Normalizado |
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Los aceros que han sufrido una deformación en frío, presentan una microestructura perlítica, con tamaños de grano realtivamente grandes y de forma irregular. Mediante le tratamiento de normalizado se afina el grano disminuyendo su tamaño medio y consiguiendo al mismo tiempo mayor uniformidad de este tamaño de grano. La primera fase consiste en un calentamiento a una temperatura de unos entre 20 y 40ºC por encima de la temperatura crítica superior. Posteriormente se mantiene la pieza a esta temperatura hasta conseguir transformar la ferrita en austerita y el tratamiento concluye con un enfriamiento al aire.
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Temple |
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El temple es un tratemiento térmico que tiene por objeto aumentar la dureza y la resistencia del acero. Se pueden distinguir tres fases: - Calentamiento del metal.- Se realiza en horno. Primeramente el calentamiento es lento hasta los 500ºC y posteriormente es rápido hasta la temperatura de temple.
- Homogeneización de la temperatura.- Se mantiene a la temperatura de temple durante un determinado tiempo a la pieza para que se consiga la misma temperatura en todas las zonas.
- Enfriamiento rápido.- Se saca la pieza del horno y se enfría el material en un fluido denominado medio de temple que puede ser:
- Agua.- Es el medio más económico y antiguo. Se consiguen buenos temples con aceros al carbono. Las piezas se agitan dentro del agua para eliminar las burbujas de gas.
- Aceite.- Enfría más lentamente que el agua.
- Aire.- Se enfrían las piezas con corrientes de aire. Se utiliza par los denominadas aceros rápidos.
El tratamiento de temple confiere a la superficie del metal una estructura anormalmente dura. Esta dureza adquirida después del tratamiento es debida a la tensión a la cual se ven sometidos los cristales por la deformación de su estructura cristalina, ya que el enfriamiento rápido les impide alcanzar un equilibrio estable. Para realizar el temple de una pieza se deben analizar diferente factores como: - Forma y dimensiones de la pieza.
- Composición del acero o de la aleación.
- Temperatura de calentamiento.
- Medio de enfriamiento.
Básicamente se pueden considerar tres tipos de temple.
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Temple superficial |
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Se consigue si el calentamiento se realiza de una manera muy rápida. De esta forma sólamente una capa muy fina de la superficie llega a la temparatura de templado. Posteriormente se realiza un enfriamiento rápido. El calentamiento rápido se puede realizar con una llama o con corrientes de inducción. De esta forma se consigue un temple martensítico en la superficie exterior de la pieza y sin embargo las zonas internas pueden mantener su ductilidad. La pieza tendrá en consecuencia una alta tenacidad y resistencia al desgaste. Este tipo detemplado se aplica por lo tanto a piezas que están sometidas a fuerte rozamientos superficiales y pueden sufrir choques con otras piezas. Como ejemplos se pueden citar losengranajes, los bulones, piezas de válvulas, etc. Forma de introducir las pieza en el baño de enfriamiento Es importante para lograr un templado uniforme y evitar deformaciones en las piezas templadas que la posición de las piezas al ser introducidas en el baño se realize de la forma adecuada. En la siguiente figura se representan algunos ejemplos. Las piezas esbeltas, deberán introducirse de forma que la dimensión mayor se posicione verticalmente. Como ejemplos de este tipos de piezas, se pueden citar las brocas y los punzones.
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Estados alotrópicos del hierro |
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Para comprender los mecanismos por los cuales se rigen los tratamientos térmicos es necesario conocer previamente las transformaciones estructurales que sufre el hierro cuando se cambia su temperatura. Cuando se calienta el hierro desde la temperatura ambiente hasta su estado líquido, sufre una serie de transformaciones en su estructura cristalina. A las diferentes estructuras que aparecen cuando se produce este calentamiento se las denomina estados alotrópicos. En el hierro se pueden distinguir cuatro estados alotrópicos: Hierro alfa El hierro alfa se presenta a temperaturas inferiores a los 768ºC. Presenta una cristalización según el sistema cúbico centrado de cuerpo. No disuelve el carbono y tiene carácter magnético. A los 768ºC pierde el magnetismo. Mientras dura esta transformación la temperatura permanece constante. Las temperaturas a las cuales tienen lugar estas transformaciones se denominan puntos críticos y son representados mediante la letra A. Cuando se trata de un enfriamiento Ar, y si es un calentamiento Ac. La capacidad que posee el hierro alfa para formar soluciones sólidas es muy débil porque los espacios interatómicos disponibles son muy pequeños. La máxima cantidad de carbono que pueden disolver es de 0,025 %. Este estado recibe el nombre de ferrita. Hierro beta Es muy similar al hierro alfa. Se forma a temperaturas comprendidas entre 768ºC y 900ºC, cristalizando en el sistema cúbico centrado de cuerpo. Se diferencia principalmente del hierro alfa en que no es magnético. Desde el punto de vista metalográfico y mecánico tiene poco interés.
Hierro gamma Se forma a temperaturas comprendidas entre los 900 y los 1400ºC.Cristaliza en el sistema cúbico centrado de caras (FCC). Tiene gran capacidad para formar soluciones sólidas, ya que dispone de espacios interatómicos grandes. Puede disolver hasta un 2% de carbono. Esta solución recibe el nombre de austenita.
Hierro delta Se forma a temperaturas comprendidas entre los 1400 y 1539ºC. Cristaliza en red cúbica centrada de cuerpo (BCC). Debido a que aparece a elevadas temperaturas, tiene poca importancia en el estudio de los tratamientos térmicos y tampoco tiene aplicación siderúrgica. Todas las transformaciones alotrópicas van acompañadas de un cambio de volumen. este hecho se puede apreciar con la ayuda de un dilatómetro.
En la siguiente figura se representan gráficamente estas transformaciones. 
Si desde el estado líquido, se deja enfriar lentamente una muestra de hierro, ésta se solidificará instantáneamente hacia los 1535ºC. Si continua el enfriamiento se nota una irregularidad en su velocidad hacia los 1400ºC, debido a un desprendimiento espontáneo de calor. A los 898ºC ocurre algo parecido, apareciendo también una disminución de la velocidad de enfriamiento. Por último se observa una disminución de la velocidad de enfriamiento a lo 750ºC. Estas variaciones de la velocidad de enfriamiento que se producen a las temperaturas indicadas son debidas a que se producen unas transformaciones estructurales. A estas temperaturas se las denomina temperaturas críticas o puntos críticos y se denotan con los nombres Ar4, Ar3 y Ar2 respectivamente, si tienen lugar en el enfriamiento. En el punto Ar4 (1400ºC) se produce el cambio alotrópico de hierro delta a hierro gamma. En el punto crítico Ar3 (898ºC) se produce la transformación de hierro gamma a hierro alfa no magnético y en el punto Ar2 (750ºC) se produce la transformación de hierro alfa no magnético a hierro alfa magnético. |
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Temple de precipitación |
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La fase de enfriamiento provoca la precipitación de un compuesto químico que pone en tensión los critales del metal y los endurece. Este tipo de temple se aplica a la aleaciones de aluminio, magnesio, y cobre.
Aleaciones Hierro-Carbono |
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Desde el punto de vista industrial, la importancia del hierro se debe a las propiedades que adquiere al ser aleado con el carbono. El carbono se puede encontrar en el hierro de las siguientes formas:
- Disuelto en hierro gamma, formando una solución sólida denominada austenita.
- Disuelto en hierro alfa en muy pequeñas proporciones.
- Combinado con el hierro, formando un compuesto denominado cementita (Fe3C)
- Libre formando láminas o nódulos de grafito.
Los cambios de estado del hierro y el acero se verifican cuando los cambios de temperatura son lentos, según se representa en el diagrama hierro-carbono.
Mediante la variación de la velocidad en los calentamientos y enfriamientos del acero se pueden obtener determinadas estructuras y con ello variar considerablemente las propiedades de los aceros y las piezas fabricadas con este material.
Los objetivos que se logran con los tratamientos térmicos son:
- Lograr una estructura de menor dureza y mayor maquinabilidad.
- Eliminar tensiones internas para evitar deformaciones después del mecanizado.
- Eliminar la acritud originada por el trabajo en frío.
- Conseguir una estructura más homogénea.
- Obtener máxima dureza y resistencia.
Variar alguna de las propiedades físicas.
No todos los objetivos se logran con el mismo tratamiento térmico, sino que existen diferentes tratamientos a aplicar a los materiales en función del objetivo u objetivos a conseguir.
Como tratamientos térmicos más destacados se pueden citar el temple, recocido, normalizado y el revenido.
En todos los tratamientos la primera fase es un calentamiento del material. En la mayoría de los tratamientos la temperatura de calentamiento es superior al AC1, AC3 o ACm. |
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Temple Martensítico |
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En el diagrama hierro-carbono se puede observar la existencia de un límite de temperatura, que es variable con la proporción de carbono, por debajo del cual ha desaparecido la fase de austenita. Este límite depende de la velocidad con la que se realiza el enfriamiento. Cuanto más alta es la velocidad, más desciende esta temperatura. A partir de cierta velocidad mínima de enfriamiento, aparece junto a una estructura cristalográfica muy fina, de tipo perlítico, una nueva fase llamada martensita, no prevista en el diagrama de fases. Superando cierto valor de velocidad, sólo se obtiene martensita. Esto se explica porque si el enfriamiento es rápido el cambio en el sistema cristalino de austenita a ferrita, produce una disposición forzada de los átomos de carbono aprisionándolos dentro del sistema cristalino BCC. No se da tiempo a que el carbono se difunda. La martensita es más blanda que la cementita, pero más dura que laperlita.
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