PARTE 1

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Tratamientos térmicos en aceros (parte 1)
Definición
Llamaremos tratamientos térmicos a distintas estrategias de calentamiento – enfriamiento realizadas sobre un acero, con el objetivo de producir modificaciones de sus propiedades mecánicas, optimizando el comportamiento de la pieza.
Recocido en aceros
Este tratamiento tiene dos objetivos diferentes, según se trate de aceros dulces o rápidos. En ambos casos, igualmente, el protocolo de ejecución consiste en calentar el material hasta una temperatura de recocido, mantener dicha temperatura durante un tiempo (en general, una hora), y luego enfriar lentamente, esto es, dentro del horno.
 Recocido en aceros dulces
En estos casos el tratamiento se realiza sobre piezas que han sido sometidas a un proceso de deformación plástica. Dado que estos aceros poseen granos de ferrita primaria y de perlita, y la ferrita es más dúctil pero menos resistente que la perlita, la mayor parte de los mecanismos de deformación plástica se concentran en los granos de ferrita primaria.
La temperatura de recocido se establecerá a unos 50ºF por encima de la línea crítica superior. Cuando se desarrolla el proceso de calentamiento, primero se cruzará la línea crítica inferior (723ºC). En ese instante, los pequeños granos de perlita se transformarán en austenita, sin embargo, los granos de ferrita primaria no acusarán ningún cambio.
Cuando la temperatura se eleva por encima de la crítica superior, los grandes granos de ferrita primaria se transformarán en pequeños granos de austenita. Dicho tamaño quedará definido por la cantidad de núcleos de recristalización que se formen.
El resultado final, completado el enfriamiento, será un refinamiento de granos de ferrita primaria que, además, recuperan las propiedades mecánicas previas a los procesos de deformación plástica. Desde el punto de vista de las propiedades mecánicas, lograremos mejorar la tenacidad y la resistencia mecánica, asì como las propiedades magnéticas.
Recocido en aceros rápidos
Este tratamiento se aplicará a aceros rápidos antes de practicarles un proceso de mecanizado. El propósito será mejorar las condiciones de maquinabilidad. Los aceros rápidos, en condiciones normales son muy poco maquinales, debido a que las placas continuas de cementita secundaria tienden a producir mellas en la herramienta de corte, reduciendo su vida útil y el acabado de la pieza.
Para evitar estos problemas, y antes del mecanizado, se someterá el material a un tipo de recocido llamado esferoidizaciòn. Para ello se podrán seguir cualquiera de los siguientes tres procedimientos:
1- Calentar y mantener un tiempo prolongado la temperatura justo por debajo de la crítica inferior
2- Calentar y enfriar en forma alternada en un rango de temperatura justo por encima y justo por debajo de la línea crítica inferior.
3- Calentar justo por encima de la temperatura crítica inferior, y luego enfriar lentamente, o bien bajar justo por debajo y mantener la temperatura.
Estos procesos destruirán las placas de cementita secundaria y de cementita eutectoide, tendiendo a la forma esferoidal, que es aquella que reduce al mínimo las fronteras de grano, y por lo tanto, de mayor equilibrio.
La estructura del acero queda formada por numerosos esferoides de cementita, en una matriz continua de ferrita. Por ser la fase continua, la ferrítica, el material se torna muy dúctil y trabajable.
Normalizado
El objetivo de este tratamiento, que se aplica a aceros dulces de medio carbono (entre 0,4 y 0,8%C), y rápidos (entre 0,8 y 1%C), por igual, es el refinamiento del grano de perlita y, en los casos que corresponda, el “discontinuado” de las placas de cementita secundaria (cuando se trata de un acero rápido). Estas modificaciones proporcionarán en todos los casos, un aumento de la tenacidad del material tratado.
El protocolo de ejecución consiste en calentar la pieza unos 100ºF por encima de la temperatura crítica superior, seguido de un enfriamiento en aire quieto.
El calentamiento por encima de la línea crítica superior provocará la austenización total de la pieza, y el enfriamiento en aire, fuera del horno, dará como resultado una velocidad de enfriamiento mayor a la obtenida en el recocido y fuera de las condiciones que exige el equilibrio. Tal condición de enfriamiento, provocara dos efectos distintos sobre la formación de la perlita:
· Aumentará la cantidad relativa de perlita en desmedro de la cantidad relativa de la fase proeutectoide (ferrita primaria en los aceros dulces, o bien, cementita secundaria en los aceros rápidos), porque hay menos tiempo para su formación.
· Se producirá un refinamiento de las placas de ferrita eutectoide y de cementita eutectoide (de 450 aumentos que requiere un microscopio para observar las placas de una perlita recocida, pasaremos a necesitar de 750 aumentos para su correcta observación)
En términos generales, podemos sacar las siguientes conclusiones:
· Si el acero es rápido, la reducción en la cantidad relativa de cementita secundaria provocará que esta fase deje de ser continua, perdiendo el material el efecto de fragilidad que tenía antes del normalizado.
· En cualquiera de los dos aceros, el afino de la perlita provocara un aumento de su tenacidad y resistencia mecánica.
El mecanismo por el cual se desarrollan estos efectos por enfriamiento fuera de las condiciones de equilibrio será explicado más adelante.
Endurecimiento por temple.
Hemos marcado anteriormente que cuando una solución sólida pierde solubilidad, los átomos de soluto migran a las fronteras de grano a medida que se va produciendo la disminución de temperatura. Esto es cierto si la velocidad de enfriamiento es lo suficientemente baja, garantizando las condiciones de equilibrio. Si sometemos al material a un enfriamiento brusco, el soluto no tiene tiempo para difundir y queda encerrado dentro de la estructura del solvente, causando una importante distorsión. Llamamos a esto, endurecimiento por tratamiento de solución.
En los aceros existe una situación adicional, que es el cambio alotrópico de hierro gamma a hierro alfa. Si recordamos las dimensiones de las celdas unitarias FCC y BCC, advertiremos que la primera es mayor que la segunda. Esto implica que el cambio alotrópico produce una reducción de los parámetros dimensionales. Parámetro (FCC)
Parámetro (BCC)
Siendo r el radio atómico.
 BCC
 FCC
En efecto, dado que los átomos de carbono están disueltos intersticialmente en la estructura del hierro gamma (FCC), cuando el cambio alotrópico se da en un enfriamiento brusco, estos no alcanzan a salir, impidiendo que la celda tome la forma típica del hierro alfa (BCC). El resultado es una estructura fuertemente distorsionada deforma tetragonal, llamada martensita.
Como toda distorsión de la red cristalina, este fenómeno genera rigidez, y por lo tanto un aumento importante de la dureza y fragilidad del acero.
Debe dejarse claro que esta distorsión será mayor en la medida en que haya una concentración mayor de átomos de carbono encerrados. Por lo tanto, la dureza de la martensita aumentará en la medida en que el acero posea mayor porcentaje de carbono.
Hay que dejar claras algunas características de la transformación a martensita:
· La martensita solo se transforma de la austenita. Si la austenita se ha transformado en algún tipo de estructura estable, como ferrita, perlita o cementita, ya no podrá transformarse a martensita, a menos que se vuelva a austenizar.
· La transformación se da solo durante el enfriamiento, y cesa si este se interrumpe. Esto significa que no depende del tiempo, sino solo de la temperatura. Decimos que ocurre es una transformación atérmica. La temperatura de inicio de transformación , y la de fin de transformación , definen el intervalo de transformación.
· La cantidad de martensita transformada no obedece a una ley lineal. Tiene una etapa inicial de transformación lenta, luego aumenta, y después vuelve a bajar.
· El intervalo de transformación es único para un acero determinado, y sólo depende de la composición química.
Actividades:1- Ejemplificar un caso en el que sería necesario realizar un recocido de esferoidizaciòn.
2- ¿Se puede utilizar un normalizado para otorgarle trabajabilidad a un acero rápido? ¿Por qué?
3- Consideremos que se ha realizado un endurecimiento por temple a un acero con 0,3% de carbono, en el que se ha logrado un 100% de martensita. Por otra parte, se ha practicado este mismo tratamiento a un acero con 0,6% de carbono peno no se ha logrado una estructura completamente martensítica. ¿Es posible que este último alcance un endurecimiento mayor que el primero? Justifique su respuesta.