Proceso de tratamiento térmico: explicación
Las propiedades mecánicas de un metal o una aleación se pueden mejorar o moldear según nuestros requisitos deseados mediante la aplicación de un proceso de fabricación llamado tratamiento térmico. El tratamiento térmico se emplea durante diferentes etapas del proceso de fabricación para adquirir las características deseadas. Se puede utilizar para hacer que la muestra sea mecánicamente fuerte o dura. Si se realiza en atmósfera controlada, puede hacer que la muestra sea más dúctil y maleable. A veces, la metalurgia, como la soldadura o la forja, puede hacer que la muestra altere sus propiedades, por lo que se puede utilizar un tratamiento térmico para restaurar las propiedades de la muestra a las condiciones previas al trabajo.
Una consideración importante al alterar las propiedades mecánicas de un metal o una aleación es el hecho de que se debe hacer un compromiso entre diferentes propiedades preferidas. Generalmente, mejorar una propiedad resulta en la pérdida de otro atributo deseable. Por ejemplo, hacer que la muestra sea más fuerte o más dura puede provocar la pérdida de ductilidad y, como resultado, el material se volverá más frágil. De manera similar, la eliminación de tensiones hará que el material sea más dúctil pero menos resistente.
Proceso de tratamiento térmico - Trabajo
Los metales y sus aleaciones tienen una estructura cristalina, compuesta de pequeñas unidades llamadas red cristalina. Estas redes crecen para formar granos de cristal. La orientación y el tamaño de estos granos son críticos para las propiedades mecánicas y físicas del material. Los tamaños de grano más pequeños producen muestras más resistentes, más fuertes y más tenaces, mientras que los tamaños de grano más grandes darán como resultado un material dúctil con menor resistencia a la tracción. Por lo tanto, controlar el entorno del proceso de fabricación puede permitirnos manipular el crecimiento del grano y, en consecuencia, las propiedades de nuestro material. Esta manipulación se puede realizar a través de un proceso de tratamiento térmico que implica calentar la muestra de un metal o una aleación a temperaturas extremas, a veces tan altas como 2400F pero generalmente por debajo de su punto de fusión. Este material calentado se mantiene a esta temperatura alta durante algún tiempo y se deja enfriar. Por lo tanto, monitorear y controlar cuidadosamente el proceso de tratamiento térmico puede dar como resultado un material con características deseables.
Proceso de Tratamiento Térmico – Etapas
Para obtener las propiedades requeridas, el proceso de tratamiento térmico debe realizarse con cuidado. Los parámetros que rigen el éxito del proceso de tratamiento térmico son las tres etapas involucradas en el proceso.
- Calefacción
- Remojo
- Enfriamiento
I. Calefacción:
La primera etapa en el proceso de tratamiento térmico es calentar el material a una temperatura alta específica. El proceso de calentamiento es importante ya que da como resultado un cambio en la microestructura del material y, como resultado, se produce un cambio en las propiedades. El calentamiento debe hacerse lenta y gradualmente para eliminar cualquier gradiente de temperatura a través de la muestra de material. Si se realiza rápidamente, pueden aparecer choques térmicos en la red, haciéndola quebradiza y susceptible a fallas. Los requisitos de calentamiento dependen de varios factores y varían de una muestra a otra. Algunos de los factores que influyen en las temperaturas de calentamiento son:
- La conductividad del material: cuanto mayor sea la conductividad del material, más rápidamente ocurrirá la transferencia de calor.
- El estado actual del material: las muestras pretrabadas como soldadas o forjadas tendrán mayores tensiones térmicas y, por lo tanto, necesitarán un calentamiento más lento.
- La geometría de la muestra: la muestra de sección transversal irregular requiere un enfriamiento más lento que una muestra de geometría pequeña o regular.
II. Remojo:
La siguiente etapa en el proceso de tratamiento térmico es la etapa de remojo. Esto implica mantener la muestra calentada a una temperatura alta durante un período determinado. La etapa de remojo es crucial para las propiedades mecánicas finales del material, ya que es durante esta etapa que la red cristalina interna y el grano toman su forma final. La microestructura del metal cristalino o de la aleación crece dependiendo del tiempo que se deja en remojo el material.
Los tiempos de remojo también dependen de la geometría del material que se somete al proceso de tratamiento térmico. Los materiales con secciones transversales más grandes requieren un período de remojo más largo para permitir la difusión del calor a través de su red cristalina. Por el contrario, los materiales con áreas más pequeñas y geometrías regulares no necesitan mucho tiempo de remojo.
tercero Enfriamiento:
La siguiente y última etapa en el tratamiento térmico de un metal o una aleación es devolver el material calentado a la temperatura ambiente normal. Este paso también es crucial para las propiedades finales del material y debe realizarse con cuidado. Las velocidades de enfriamiento determinan la dureza, la resistencia y la ductilidad del producto final. Si se realiza rápidamente, se logra un material más duro y resistente, pero se compromete la ductilidad. Sin embargo, velocidades de enfriamiento más lentas pueden proporcionar un material dúctil, pero la resistencia se encuentra en niveles más bajos.
Otra consideración importante es el medio de enfriamiento. El enfriamiento se puede lograr mediante la introducción de medios refrigerantes como aceite, agua o salmuera, o se puede realizar mediante la acción de corrientes de aire. La selección de un medio de enfriamiento también depende del tipo de material que se somete al proceso de tratamiento térmico, además de las propiedades finales deseadas. Un medio de enfriamiento inapropiado puede provocar la deformación y el agrietamiento del material. Por lo tanto, se debe realizar una investigación exhaustiva antes de seleccionar el refrigerante para su material.
Proceso de Tratamiento Térmico – Técnicas
El control de las etapas antes mencionadas puede dar como resultado diferentes propiedades y así obtener un material con propiedades deseables, existen varias técnicas de tratamiento térmico las cuales se mencionan a continuación:
- Recocido
El recocido es el proceso de tratamiento térmico que generalmente se lleva a cabo a temperaturas superiores a la temperatura de cristalización, seguido de un enfriamiento lento, generalmente por aire. Este método generalmente se prefiere cuando se desea la ductilidad de un metal o una aleación y se debe reducir su dureza. Esto prepara un metal o su aleación para el trabajo en frío. Además, la tensión y la dislocación generadas por el trabajo en frío pueden eliminarse mediante el tratamiento térmico utilizando la técnica de recocido.
El recocido, cuando se realiza, primero rompe la red cristalina existente y la estructura de grano calentando más allá de la temperatura de cristalización del cristal y luego permite que la estructura de grano fino crezca gradualmente. Por lo tanto, eliminando cualquier dislocación y mejorando su ductilidad. - Endurecimiento de la caja
El endurecimiento de la caja es otra técnica del proceso de tratamiento térmico empleada para mejorar la dureza del metal o la aleación. Esta técnica, a diferencia de otros procesos de tratamiento térmico, endurece la superficie exterior del material solo mientras mantiene las propiedades mecánicas del núcleo sin cambios. Esta técnica es rentable y, a veces, se prefiere a otros métodos de tratamiento térmico, ya que proporciona un exterior endurecido con la ductilidad del núcleo intacta.
El endurecimiento superficial se realiza calentando a altas temperaturas, seguido de remojo, pero el enfriamiento se realiza rápidamente. Esta técnica de enfriamiento no permite que las estructuras cristalinas internas cambien su microestructura por un enfriamiento abrupto. Se puede lograr un enfriamiento rápido utilizando un medio refrigerante como agua o aceite. - templado
A veces, después de que el material ha sido endurecido por templado y enfriamiento rápido, se utiliza otra técnica de tratamiento térmico para reducir la dureza del material y mejorar su tenacidad. El proceso de endurecimiento puede resultar en la fragilidad del material que a veces es una característica no deseada y puede dificultar la utilidad del material. Por lo tanto, el revenido se usa para reducir la dureza y la fragilidad para mejorar la ductilidad de la muestra.
El revenido generalmente se realiza recalentando el material templado a temperaturas generalmente por debajo de las temperaturas críticas. Este material calentado luego se deja enfriar con aire. Como resultado, la dureza se reduce un poco, lo que permite que el material sea más dúctil y menos quebradizo. - A través del endurecimiento
El endurecimiento continuo es similar al endurecimiento superficial, ya que mejora la dureza del material. Sin embargo, a diferencia del endurecimiento superficial, este proceso de tratamiento térmico endurece el material en toda la muestra y no solo en el exterior.
Proceso de tratamiento térmico: especificaciones
Por lo general, al realizar el proceso de tratamiento térmico, la técnica de procesamiento no es suficiente para comprender el producto por completo. Se necesitan ciertas especificaciones para comprender adecuadamente las propiedades finales deseadas. Estas especificaciones son:
- Endurecimiento de la caja:
En general, al realizar el proceso de tratamiento térmico de cementación, existen dos tipos de especificaciones, es decir, la profundidad efectiva de la carcasa y la profundidad total de la carcasa.
Para cajas más delgadas después del tratamiento térmico, se utilizan especificaciones de profundidad efectiva de la caja. Mencionan la profundidad de la difusión del carbono desde la superficie. Para cajas más gruesas, se especifica la profundidad total de la caja. Esto mide la distancia desde el exterior hacia la caja y expresa el nivel de dureza. Estos niveles de dureza generalmente se expresan en la escala Rockwell B (HRB). - Por endurecimiento
El endurecimiento por lo general se especifica por los niveles de dureza. Estos niveles generalmente se expresan como rango de tolerancia, ya que lograr un nivel uniforme de dureza es difícil de cambiar en la geometría. Hace uso de la escala de dureza Rockwell C (HRC) para obtener los niveles de dureza. - Recocido
El recocido también se especifica mediante la escala de dureza Rockwell C (HRC).