Tratamientos térmicos: procesos y resultados

¡Bienvenidos nuevamente al blog de Welectronic! Un mismo acero puede ser blando como un clavo o duro como una lima según cómo lo calientes y lo enfríes. Eso son los tratamientos térmicos: ciclos controlados de calentamiento, permanencia y enfriamiento que cambian la microestructura de la pieza sin cambiar su forma. Verás los seis procesos principales, sus ciclos, qué propiedades modifican, cómo elegir y qué fallas evitar.

1. Los seis procesos principales

1. Recocido: ablanda el material, alivia tensiones internas y mejora la maquinabilidad. El enfriamiento es lento, dentro del horno. Reduce la dureza y mejora ductilidad y tenacidad.
2. Normalizado: refina el grano, homogeneiza la estructura y mejora las propiedades mecánicas. Se enfría al aire. Da mayor resistencia que el recocido y buen balance de propiedades.
3. Temple: aumenta la dureza y resistencia mediante enfriamiento rápido desde la temperatura crítica (en agua, aceite o aire forzado). Forma martensita: alta dureza y resistencia, pero reduce la tenacidad y genera tensiones internas.
4. Revenido: reduce la fragilidad del temple, ajusta la dureza y mejora la tenacidad. Se hace a una temperatura menor que la crítica y se enfría al aire. La dureza final depende de la temperatura de revenido.
5. Cementación: enriquece la superficie con carbono para obtener una capa dura y un núcleo tenaz. Capa carburizada de 0,5 a 2,5 mm. Secuencia típica: carburizar, templar y revenir. Mejora la resistencia al desgaste y a la fatiga.
6. Nitruración: enriquece la superficie con nitrógeno para lograr alta dureza sin temple. Capa nitrurada de 0,1 a 0,6 mm. Secuencia: nitrurar y enfriar. Da dureza superficial muy alta, mínima deformación y excelente resistencia al desgaste y a la corrosión.

2. El ciclo temperatura-tiempo

Todo ciclo tiene tres tramos: calentar, mantener (para que la temperatura sea uniforme en toda la sección y se complete la transformación) y enfriar a la velocidad adecuada. Las temperaturas críticas son Ac1 (inferior) y Ac3 (superior). Los tiempos de mantenimiento dependen del espesor y del material: como regla práctica, 30 a 60 minutos por cada 25 mm de espesor.

Rangos orientativos para acero al carbono:

• Normalizado: 820 a 900 °C, aire quieto.
• Temple (hipoeutectoide): 780 a 820 °C, en agua, aceite o aire forzado; (hipereutectoide): 760 a 820 °C, en aceite o aire forzado.
• Revenido bajo: 150 a 250 °C; medio: 250 a 450 °C; alto: 450 a 650 °C, siempre enfriando al aire.
• Cementación: 880 a 950 °C, seguida de temple y revenido.
• Nitruración: 500 a 550 °C, enfriamiento al aire.

Aclaración sobre el recocido: la ficha indica 650 a 750 °C para el “recocido completo”, pero su propia gráfica muestra el recocido calentando por encima de Ac3. En la práctica, el recocido completo se hace calentando unos 30 a 50 °C por encima de Ac3 (típicamente 800 a 900 °C según el contenido de carbono) y enfriando lentamente en el horno; el rango de 650 a 750 °C corresponde al recocido subcrítico o de ablandamiento.

En el diagrama ves por qué un acero de 0,45 % C se calienta más que uno de 0,8 %: su línea A3 está más alta. La banda naranja marca la zona recomendada para templar. Los valores del diagrama son teóricos; usa siempre la temperatura de la hoja técnica del acero.

3. Cambios en propiedades y tensiones

• Recocido: baja dureza y resistencia; sube mucho tenacidad y ductilidad; alivia tensiones.
• Normalizado: sube dureza y resistencia; alivia tensiones.
• Temple: sube mucho dureza y resistencia, pero baja mucho tenacidad y ductilidad y genera tensiones residuales.
• Revenido: alivia tensiones y devuelve tenacidad a costa de dureza; el revenido alto baja mucho la dureza y sube mucho la tenacidad y ductilidad.
• Cementación + temple + revenido: dureza alta en la capa, tenacidad en el núcleo.
• Nitruración: dureza muy alta en superficie con tensiones mínimas.

La distribución de dureza es distinta en cada caso: la pieza templada y revenida es más o menos homogénea en la sección; la cementada y la nitrurada tienen una dureza alta solo en la capa y baja hacia el núcleo.

Atención: el temple genera altas tensiones internas que pueden causar deformaciones o grietas. El revenido, hecho a tiempo, controla ese efecto.

4. Selección rápida y aplicaciones

• Recocido: ablandar y aliviar tensiones; piezas forjadas, fundiciones y mecanizado previo; aceros al carbono, aleaciones y fundiciones.
• Normalizado: refinar el grano; perfiles, placas y piezas soldadas; aceros estructurales y al carbono.
• Temple + revenido: máxima resistencia con tenacidad controlada; ejes, engranajes, bielas, pernos y herramientas.
• Cementación (+ temple + revenido): superficie dura y núcleo tenaz; engranajes, piñones, ejes, cigüeñales y levas. Se aplica a aceros de bajo carbono (de 0,15 a 0,20 % C).
• Nitruración: alta dureza superficial con mínima deformación; válvulas, ejes, moldes y piezas de precisión; aceros aleados con Al, Cr, Mo o V (nitrurables).

Detalle de capa: la cementación logra una profundidad típica de 0,5 a 2,5 mm, dureza superficial de 58 a 62 HRC y núcleo de 28 a 40 HRC (según el revenido). La nitruración alcanza de 0,1 a 0,6 mm de profundidad y 900 a 1.200 HV (equivalente a unos 65 a 72 HRC).

La segunda es una regla empírica clásica para estimar la profundidad total de capa en cementación a unos 925 °C; la profundidad real depende del acero, del potencial de carbono y del proceso, así que úsala solo como orden de magnitud.

5. Fallas comunes y riesgos

• Deformación: enfriamiento desigual y tensiones internas. Diseña sujeciones adecuadas, controla el enfriamiento y haz el revenido oportuno.
• Grietas: tensiones altas, enfriamiento brusco y geometrías críticas. Evita cambios bruscos de sección, usa el medio de enfriamiento adecuado y precalienta y reviene.
• Descarburación y oxidación: altas temperaturas en ambiente oxidante hacen perder carbono en la superficie. Usa atmósfera controlada o sales y protege con recubrimientos.
• Dureza insuficiente: temperatura baja, enfriamiento insuficiente o inadecuado. Verifica temperatura y tiempos, el medio de enfriamiento y la composición del material.
• Fragilidad: temple sin revenido o revenido insuficiente. Realiza siempre el revenido y elige la temperatura correcta.

Selecciona el tratamiento según la función de la pieza, el material y las condiciones de servicio. Controla cuidadosamente temperatura, tiempo y medio de enfriamiento, y verifica la dureza final.

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