¿Qué sucede con la resistencia del acero cuando se calienta y después se enfría?

Calentar metal hasta que esté al rojo vivo hace que pase a un estado semi-derretido. Esto puede mermar la resistencia del material y dejarlo inservible.

Trabajé en un taller que fabricaba una gran cantidad de motores fuera de borda. Durante el proceso de fabricación, los engranes encargados de transmitir la fuerza del motor de arranque son sometidos a una máquina de templado por inducción. Los engranes se colocan en el interior de un juego de bobinas que harán que circule una gran cantidad de electricidad por los dientes de los engranes hasta que estos alcancen una coloración rojiza, luego las piezas se sumergen en aceite durante unos segundos, este proceso se repite unas tres veces antes de que el engrane sea retirado de la máquina.

Este es un proceso que es extremadamente común durante la producción de engranes. El templado toma una sección semi-derretida del metal y “congela” su estructura cristalina. Los ciclos de calentamiento en enfriamiento adicionales rompen dicha estructura cristalina en cristales más pequeños y complejos, esto incrementa la dureza del metal. Los engranes en sí mismos no necesitan ser extremadamente fuertes, pero sus dientes si.

El proceso de endurecimiento del acero se conoce como templado, pero el templado y endurecimiento de secciones específicas del metal se conoce como recocido. Es importante que no se supere la temperatura hipereutéctica del acero durante el proceso de templado y recocido, ya que esto podría arruinar la estructura cristalina. Así que se busca que el metal solo supera ligeramente el nivel de la temperatura eutéctica durante el recocido, para que los cristales pueden ramificarse e integrarse sin volver a fundirse y evitar que pase a un estado semilíquido.

La cementación y el recocido involucran introducir carbono u otro elemento en la aleación del acero superficial para enriquecerlo y endurecer su superficie. Cuando el acero está al rojo vivo, el carbono se filtra hacia el interior del material. Esto es gracias a que el carbono tiene un menor radio atómico y es capaz de asentarse entre los átomos del acero y hacer que las secciones tratadas sean más rígidas. Si se añade demasiado carbono, el resultado será un material quebradizo, es necesario controlar que la proporción sea la indicada y que se distribuya de manera uniforme, de esta forma se obtiene un acero resistente.

El mejor ejemplo de un acero recocido serían las espadas de los samurái japoneses. El acero de una espada samurái genuina pudo haber sido calentado y doblado cientos de veces para lograr una distribución perfecta del carbono.

Este es uno de los motivos por los que el acero forjado es más resistente que el acero fundido. La reestructuración forzosa de los átomos dentro del rango eutéctico enriquece la estructura cristalina de manera más efectiva que solo calentar y enfriar.