Introducción al tratamiento térmico de las aleaciones de metales

El tratamiento térmico se define como una combinación de operaciones de calentamiento y enfriamiento aplicadas a metales y aleaciones en estado sólido para obtener las condiciones o propiedades deseadas.

Los tratamientos térmicos pueden utilizarse para homogeneizar el fundido de las aleaciones metálicas, para mejorar su ductilidad en caliente, para ablandar los metales antes o durante su procesamiento en frío o en caliente, o para modificar su microestructura con el fin de obtener las propiedades mecánicas deseadas.

También se utiliza el tratamiento térmico de aleaciones metálicas para modificar la estructura química superficial de los materiales. Este objetivo se logra mediante la difusión de carbono, nitrógeno y otros materiales sólidos o gaseosos en la superficie del componente. Estos procesos se utilizan para obtener superficies con una dureza determinada y para mejorar su resistencia al desgaste, la corrosión y la fatiga.

Los parámetros y procesos que afectan la composición y propiedades materiales de los componentes metálicos incluyen los siguientes:

  • Tipo de aleación
  • Calentamiento
  • Enfriamiento
  • Trabajo
  • Tiempo
  • Atmósfera
  • Recubrimiento superficial
  • Difusión superficial

Para garantizar que cualquier componente metálico sea apto y adecuado para el fin señalado, puede ser necesario exponerlo a una serie de tratamientos de acondicionamiento y acabado. Los tratamientos se realizan de forma que garanticen que se controla minuciosamente la combinación requerida de estos parámetros para obtener el componente acabado que se desea.

El tratamiento térmico de los metales supone elevar la temperatura de una aleación, a menudo siguiendo un perfil térmico predeterminado, hasta una temperatura definida. Después, el material se mantiene a esta temperatura durante un periodo de tiempo antes de enfriarse de modo controlado o mediante un proceso de templado a una temperatura fija.

Los tratamientos se llevan a cabo en hornos e incineradoras donde, además de los cambios de temperatura, se utilizan gases para controlar la atmósfera del proceso. Se emplean atmósferas controladas para reducir los efectos de la oxidación o atmósferas enriquecidas para incrementar los efectos químicos superficiales en los componentes sometidos a tratamiento.

Los tratamientos térmicos se clasifican en función de su finalidad en:

Tratamientos generales

Homogeneización

Este tratamiento se utiliza antes de los procesos en caliente y se aplica para igualar la temperatura en toda la aleación o para reducir el efecto de segregación provocado por la composición química desigual.

Recocido​ 

El recocido abarca una variedad de procesos de tratamiento térmico utilizados para ablandar las aleaciones e incrementar su ductilidad como ayuda al proceso en frío.

Estabilización y normalización

Tratamientos térmicos realizados para eliminar las tensiones internas de los componentes después de la soldadura, el fundido o el enfriamiento rápido.

 

Tratamientos que alteran la estructura química superficial de una aleación

Cementación, nitruración, carbonitruración y nitrocementación

En estos procesos, las capas superficiales de la aleación se endurecen y fortalecen sometiendo el componente a una atmósfera gaseosa rica en carbono o nitrógeno mientras el material pasa por un perfil térmico elevado antes del templado. Se pueden conseguir propiedades similares de los materiales, con diferentes componentes moleculares en la superficie, utilizando procesos como implantación iónica, deposición química en fase vapor (CVD), deposición física en fase vapor (PVD), boruración y aluminación.

 

Tratamientos que modifican la estructura de fases de una aleación

Endurecimiento

Las aleaciones de metales pueden endurecerse por medios mecánicos, pero además las aleaciones de acero pueden endurecerse mediante tratamiento térmico. La capacidad de endurecimiento de una aleación de acero depende de su contenido en carbono u otras aleaciones. Las aleaciones con mayor porcentaje en carbono alcanzan superior nivel de dureza.

El proceso de endurecimiento se obtiene calentando una aleación a una temperatura predefinida y después templándolo en aceite, agua, aire o un polímero de templado especial. La temperatura y los parámetros del templado dependen del tipo de acero que se procese.

Revenido

El revenido suele darse después del proceso de endurecimiento y se utiliza para eliminar gran parte de la fragilidad de la aleación manteniendo la dureza de los componentes.
 
Para conocer el resultado de estos procesos y las temperaturas a las que deben realizarse, es necesario estudiar el diagrama de fase de la aleación.

Endurecimiento por inducción

El calentamiento rápido mediante una bobina de inducción seguido inmediatamente del templado en un chorro de templado permite también endurecer aceros con contenido de carbono medio y alto. Este proceso también puede realizarse utilizando un impacto de llama caliente o técnicas de calentamiento con tecnología láser.

 

Otros procesos especializados

Prensado isostático en caliente (HIP ping)

Este proceso se utiliza para densificar componentes fundidos y presinterizados, así como en la unión por difusión de aleaciones. El proceso emplea normalmente temperaturas y presiones muy elevadas en un recipiente de diseño especial.

Sinterización

Muchos productos con formas transversales complejas se fabrican a partir de material en polvo, que se prensa o se moldea hasta dar forma al componente. La sinterización se realiza en una atmósfera controlada y se utiliza para reforzar la unión de componentes compactados en un ciclo con una temperatura y duración determinadas.

Schneider Electric © 2019