Tratamientos de superficies

La utilización de tratamientos térmicos permite lograr las más diversas características del acero y sus aleaciones, así como de otros muchos metales. En consecuencia dichos tratamientos tienen una importancia primordial en las distintas fases de fabricación de la industria moderna. En este artículo se pretende dar una somera información sobre los diferentes tratamientos térmicos, sus procedimientos y resultados.

Los procedimientos en los tratamientos térmicos son muy numerosos y variados según el fin que se pretende conseguir. La gran cantidad de tratamientos térmicos, las distintas aleaciones y sus reacciones y las diferentes exigencias técnicas requieren soluciones y conocimientos profundos de la materia. El tratamiento térmico pretende endurecer o ablandar, eliminar las consecuencias de un mecanizado, modificar la estructura cristalina o modificar total o parcialmente las características mecánicas del material.
Podemos distinguir dos razones principales para efectuar tratamientos térmicos en los cuales se pretende conseguir un endurecimiento (temple) o un ablandamiento (recocido).

El temple consiste en calentar el acero a una temperatura determinada por encima de su punto de transformación para lograr una estructura cristalina determinada (estructura austenítica), seguido de un enfriamiento rápido con una velocidad superior a la crítica, que depende de la composición del acero, para lograr una estructura austenítica, martensítica o bainítica, que proporcionan a los aceros una dureza elevada.
Para conseguir un enfriamiento rápido se introduce el acero en agua, aceite, sales o bien se efectúa el enfriamiento con aire o gases. La velocidad de enfriamiento depende de las características de los aceros y de los resultados que se pretenden obtener.
En casos determinados se interrumpe el enfriamiento en campos de temperatura comprendidos entre 180-500 ºC., alcanzándose de esta manera un temple con el mínimo de variación en las dimensiones de las piezas, un mínimo riesgo de deformación y consiguiéndose durezas y resistencias determinadas, de acuerdo con las estructuras cristalinas en lo que se refiere a austenita, martensita o bainita.
Los procedimientos de temple descritos se refieren a un temple total del material, otros tratamientos permiten una más amplia variación de las características añadiendo carbono o nitrógeno a la superficie de las piezas.

En casos determinados se precisan dos revenidos consecutivos, ya que en el temple puede no transformarse la austenita en su totalidad

La difusión de carbono sobre la superficie se denomina cementación. Este procedimiento consiste en el calentamiento de las piezas a una temperatura de aproximadamente 900 ºC en un medio en el que el carbono penetre en la superficie del acero en función del tiempo. Se puede efectuar este procedimiento con medios sólidos (carbón de madera con aditivos, baño de sales con cianuros), o con medios gaseosos CO, H2, N2, CmHn. La utilización de medios gaseosos es la más utilizada ya que permite un control de la profundidad del tratamiento.
Después de la cementación se efectúa un enfriamiento rápido para alcanzar la dureza superficial necesaria de forma que los aceros con bajo contenido en carbono, alcancen una superficie dura con un núcleo dúctil que proporcione a las piezas su máxima resistencia.

La adición de nitrógeno a la superficie se denomina nitruración, dicho procedimiento consiste en el enriquecimiento de la superficie manteniendo el acero (de aleación especial con cromo, vanadio, aluminio), a una temperatura de aproximadamente 550 ºC, sea en baño de sales o en una atmósfera de amoniaco durante un tiempo determinado. Sin más tratamientos se alcanza de ésta manera una dureza superficial extremadamente alta con un mínimo de deformaciones, debido a la baja temperatura del tratamiento.

La cementación consiste en el calentamiento de las piezas a unos 900 ºC en un medio en el que el carbono penetre en la superficie del acero en función del tiempo

Normalmente, a continuación del temple se efectúa un tratamiento, denominado revenido. Si un acero se templa correctamente, alcanza su máxima dureza, que depende en primer lugar de su contenido en carbono, pero el acero en este estado es muy frágil y en consecuencia debe ser revenido a una temperatura entre 150 ºC y el punto de transformación del mismo. Los revenidos efectuados entre 150-220 ºC influyen poco en la dureza pero mejoran la resistencia, eliminando una parte de las tensiones producidas durante el enfriamiento. Esta clase de revenido se utiliza sobre todo en aceros para herramientas que requieren una gran dureza, en otros casos se efectúan los revenidos entre los 450-600 ºC.
En estos casos el acero templado pierde parte de la dureza conseguida pero se aumenta la resistencia y la elasticidad. Variando la temperatura y la duración del revenido se influye sobre el resultado final en lo referente a dureza y resistencia del acero. Una prolongación del tiempo de mantenimiento a temperatura, visto desde el punto de la dureza, significa lo mismo que un aumento de la temperatura, pero no en absoluto en lo referente a la estructura, por lo tanto, la temperatura y duración del tratamiento depende de los resultados finales exigidos, (dureza, resistencia ).
En casos determinados se precisan dos revenidos consecutivos, ya que en el temple puede no transformarse la austenita en su totalidad, permaneciendo en la estructura parte de la misma no transformada (austenita residual). Esta austenita puede transformarse en el curso de un revenido, ya sea en el calentamiento a temperatura o en periodo de mantenimiento de ésta, o bien en el enfriamiento después del revenido, lográndose martensita o bainita. Un segundo revenido puede ser necesario para eliminar la fragilidad debida a las tensiones producidas por la transformación en las distintas fases. Loa aceros que poseen una asutenita residual muy estable, como algunos aceros rápidos, requieren a veces tres revenidos.

La difusión de carbono y nitrógeno se denomina carbonitruración, tratamiento térmico muy frecuente debido a sus numerosas ventajas. Dicho tratamiento se realiza en las mismas condiciones que la cementación ya sea en baño de sales de una composición determinada o en atmósfera gaseosa con adición de nitrógeno por medio de la disociación de amoniaco.

Máquinas para el lavado, desengrase y tratamiento de superficies de todo tipo de piezas (fosfatado, pasivado, decapado, secado, etc.

El recocido pretende conseguir lo contrario que el temple, es decir un ablandamiento del material que se consigue al poner en equilibrio la estructura cristalina que se había deformado por el frío, por tratamientos térmicos o por la mecanización de la pieza.

El normalizado es un recocido que se efectúa para proporcionar una buena y fácil mecanización de las piezas, lo cual depende de su estructura cristalina. El normalizado se efectúa antes del temple, ya que el resultado de éste depende del estado inicial de la estructura de las mismas. También se realizan recocidos para la eliminación de tensiones a temperaturas inferiores al punto de transformación.
Muchas veces se efectúan recocidos en piezas que previamente fueron templadas y revenidas. Para ello debe elegirse una temperatura que logre la disminución de la dureza y la resistencia.
La temperatura baja exigida puede ser compensada por la duración del recocido.
La velocidad de enfriamiento después del recocido tiene una gran importancia, ya que un enfriamiento rápido puede provocar nuevas tensiones y si es demasiado lento existe el peligro de fragilidad.

Muchas veces se efectúan recocidos en piezas que
previamente fueron templadas y revenidas

Diversas piezas tratadas

Otros recocidos se efectúan para modificar la repartición de los componentes de la estructura cristalina (transformación de la perlita laminar), a éste recocido denominado isotérmico el cual es muy frecuente en piezas estampadas para la industria de automoción.
Aparte de los tratamientos indicados existe un gran número de otros muy específicos como envejecimiento, boronizado, sulfinizado, desgasificado, oxidación, recristalización , reducción sinterizado, etc.