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Tratamientos Térmicos
Soldadura
Tratamientos Térmicos
� Definición genérica: es el 
calentamiento de un metal (parte 
o pieza) a una temperatura T ad 
hoc, con un objetivo determinado, 
por un tiempo definido t.
� El calentamiento puede tener los 
siguientes propósitos genéricos:
� Homogenización
� Solubilización 
� Transformaciones a T cte.
� Alivio de tensiones
� Otros…..
� Después del calentamiento a {T; t}, 
se podrá seguir diversos modos 
de enfriamiento en aceros, para 
dar lugar a:
� Recocido: calentamiento a T = A3 + 
15-40ºC para < 0,8%C, o T = A1 + 15-
40ºC para > 0,8%C, seguido de un 
enfriamiento muy lento en horno: 
perlita gruesa.
� Normalizado: solubilización en fase 
γ, a T = A3 + 55-85ºC, seguido de un 
enfriamiento en aire: perlita fina.
� Esferoidización: homogenización 
bajo A1, hasta 700ºC, por ~ 24 hrs: 
estructura globular (α + Fe3C).
� Temple: solubilización en fase γ, 
seguido de un enfriamiento rápido: 
martensita.
� Revenido: homogenización bajo A1, 
(200-650ºC), por tiempos variables: 
martensita revenida (Complemento 
obligado del temple).
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Templabilidad : Ensayo Jominy
(ASTM A255)
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soporte
probeta
Chorro de 
agua a 24ºC
Superficie 
plana por 
mecanizado
Dureza HRc
Callister
probeta
agua
Efectos sobre la templabilidad (Callister)
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De los EA en un SAE-XX40 Del %C en un SAE-86xx
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Temple en agua Temple en aceite
Dureza de temple en redondos
SAE-1045 SAE-6140
Relaciones φ de barra – posición - distancia Jominy
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agua
aceite
Ejemplo de uso: dureza en el φ en 5140 (agua)
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Callister
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Revenido
• Tratamiento obligatorio post-temple, en el rango 200-600ºC.
•Condición final de aceros es Q&T (quenched & tempered)
• Martensita se descompone gradualmente en las fases de 
equilibrio (α+ Fe3C)
• Martensita pierde tetragonalidad (elimina C disuelto en la 
estructura BCT), disminuye su dureza, y recupera tenacidad.
• La evolución de propiedades depende del par (T, t)
• Otros constituyentes (α, P) no sufren cambios de 
propiedades bajo condiciones de revenido
• Calentamiento posterior a T≥Trev, continúa el proceso de 
revenido y sus efectos en las propiedades.
Evolución del Revenido
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Endurecimiento secundario
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• Consecuencia del revenido
• Causada por precipitación 
fina de carburos aleados desde 
martensita
• EA fuertes formadores de 
carburos, en vez de Fe (Fe3C)
• EA: Mo, W, Cr, Ti
• Estos carburos producen una 
combinación de alta dureza y 
alta tenacidad, vigentes hasta 
temperaturas sobre 500ºC
• Aplicación en el campo de 
aceros de herramientas
Aceros de Herramientas
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Composición (% peso)
AISI UNS C W Mo Cr V Comentarios
W1 T72301 0.6-1.4 Water Q
S1 T41901 0.5 2.5 1.5 Shock 
O1 T31501 0.9 0.5 0.5 Oil Q
A2 T30102 1.0 1.0 5.0 Air Q
D2 T30402 1.5 1.0 12.0 1.0 High Cr
M1 T11301 0.85 1.5 8.5 4.0 1.0 High speed
Cambios de 
propiedades en el 
revenido
AISI O1
AISI 4340
Soldadura = unión
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Soldadura por procesos de arco
� Soldadura por arco: es la unión 
de materiales mediante un plasma de 
alta temperatura (T > 5000 K), que 
implica fusión localizada de las partes a 
unir.
� En aceros, esto genera temperaturas 
elevadas en el sólido, dando lugar a 
transformaciones de fases.
� En un depósito, se generan zonas de 
interés, producto del ciclo térmico:
� ZF, zona fundida, es aquella porción de 
materia que fue líquida, y solidificó
� ZAT, zona afectada térmicamente, es 
aquella zona expuesta a temperaturas 
entre el líquidus y A1. Nunca fue líquida.
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Zona fundida (ZF)
Zona afectada 
térmicamente (ZAT)
Metal base (MB)
La pileta líquida, y la 
distribución de T’s
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Núcleo del electrodo 
Revestimiento 
Nube 
gaseosa
Escoria 
Altura de metal 
depositado
Metal base (MB)
Pileta líquida
Penetración 
Sobremonta
ZAT
El proceso SMAW (Arco Manual)
Efectos térmicos en soldadura
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Sólo referencial 
Calor de aporte, H
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To, Tm = Temperaturas, inicial y máxima (ºC)
Tf = Temperatura de fusión (aceros, Tf = 1540ºC)
B = espesor del material base (mm)
ρ = densidad, C = Calor específico, 
(ρ*C aceros = 0,0044 (J /mm3 ºC))
y = distancia desde borde de fusión (mm)
k = conductividad térmica (aceros k=0,028 (J/mm s ºC)
H=η(V*I /v), [ J/mm]
η = eficiencia térmica del proceso de soldadura
V = tensión, V
I = corriente de soldadura, A
v = velocidad de pasada, mm/s
Temperatura máxima 
en relación a la ZAT 1/(Tm-To)=1/(Tf-To) + (4,13 BρC/Hn)* y
Efectos Térmicos en Soldadura
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T
y
Tf
A1
A3
1/(Tm-To)=1/(Tf-To) + (4,13 BρC/Hn)* y
Flujo Térmico en Soldadura: velocidades de enfriamiento
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Velocidad de enfriamiento en la ZAT
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(A) Condición de plancha gruesa (3d)
dT/dt = (2]k / H ) ( T – To)2 [ºC / s]
(B) Condición de plancha delgada (2d)
dT/dt = 2]k ρC (B / H)2 (T – To)3 [ºC/s]
Discriminación entre condiciones 2d y 3d:
τ = B [ρC(T – To)/Hn] ½
τ < 0,75 � Plancha delgada
τ > 0,75 � Plancha gruesa
Agrietamiento en frío
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Aparece en el lapso de 24-72 
hrs. después de soldar 
1 bajo-cordón
2 de raíz
3 de borde
4 transversal
1
2
3
4
Agrietamiento en frío
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CAUSAS :
1. Elevada dureza en la ZAT. La dureza es función del 
contenido de carbono y templabilidad (Ceq) del acero 
base y de la velocidad de enfriamiento impuesta.
2. Presencia de Hidrógeno. Proviene fundamentalmente 
de revestimientos de electrodo, y de contaminantes 
orgánicos (aceite, grasa, pinturas)
3. Tensiones residuales. Inevitables, pero eliminables. Se 
debe realizar PWHT (post-welding heat treatment) 
Ceq = C + Mn/6 +(Cu+Ni)/15+ (Cr+V+Mo)/5
Dureza de la ZAT
� Velocidad de enfriamiento en soldadura: dT/dt, la que depende de las 
variables del proceso
� dT/dt = A(Bp / Hq) (T – To)
r 
� De las variables B, H, y To, la más “manejable” es la última, conocida 
como precalentamiento.
� Razones para el precalentamiento: (ver AWS D1.1)
� Disminuye dT/dt
� Contribuye a reducir esfuerzos por contracción
� Contribuye a eliminar H de la unión
� C equivalente: predictor del endurecimiento de la ZAT, vía relación con 
la templabilidad.
� Fórmula más usada: la del IIW, o ASTM A6,
� Ceq = C + Mn/6 +(Cu+Ni)/15+ (Cr+V+Mo)/5
� Ceq ≤ 0,30, To = 20ºC; Ceq = 0,30-0,45; To = 100-200ºC; Ceq > 0,45, To > 200ºC.
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Dureza de la ZAT
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Acero HT 52, 20mm
0.2 C, 1.38 Mn, 0.23Si
Ceq = 0,44
Templabilidad media
Depósito realizado con:
170A, 25V, 150mm/min.
cordón
zat
El Hidrógeno en la soldadura de aceros
� H es transportado a la atmósfera del arco y de allí a la poza líquida por el 
fundente, contaminación superficial, o por el gas de protección.
� En la medida que ZF se enfría, se supersatura en H, el que difunde hacia 
la ZAT (en su fase austenítica)
� Al enfriar rápidamente, H es retenido en γ, la que se convierte en M (o en 
M+B), en la cual es insoluble.
� H atrapado en M está en un nivel de alta energía (si se le “ayuda”, 
escapará)
� Tensiones presentes actuarán con el H para convertir defectos de tamaño 
nano, en microgrietas.
� La idea fundamental es generar un procedimiento de soldadura, en lo 
posible, exento de H.
� Una forma de minimizar el problema es usar el Nomograma de Bailey
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Condiciones para evitar fisuración por Hidrógeno 
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soldadas con cordones 
simultáneos
Nomograma de Bailey
Tensiones residuales (TR)
� Esfuerzos autoequilibrantes dejados en el sólido después de 
procesamiento mecánico o térmico (soldadura).
� Las TR causan:
� Aumento en la velocidad del deterioro por fatiga o creep
� Disminuyen la capacidad de carga en cálculos de fractura
� Se pueden medir por métodos:
� No destructivos: difracción de R-X o de neutrones
� Destructivos: seccionamiento, o método del agujero ciego
� Se pueden eliminar por métodos
� Mecánicos (shot peening y otros)
� Térmicos: PWHT (ver Código ASME)
� Para aceros: PWHT ~ 500 – 650ºC
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