Tratamiento térmico
El tratamiento térmico (o tratamiento térmico ) es un grupo de procesos industriales , térmicos y metalúrgicos que se utilizan para alterar las propiedades físicas y, a veces , químicas de un material. La aplicación más común es metalúrgica . Los tratamientos térmicos también se utilizan en la fabricación de muchos otros materiales, como el vidrio . El tratamiento térmico implica el uso de calentamiento o enfriamiento, normalmente a temperaturas extremas, para lograr el resultado deseado, como el endurecimiento o el ablandamiento de un material. Las técnicas de tratamiento térmico incluyen recocido , cementación, endurecimiento por precipitación ,revenido , cementado , normalizado y templado . Aunque el término tratamiento térmico se aplica solo a los procesos en los que el calentamiento y el enfriamiento se realizan con el propósito específico de alterar las propiedades intencionalmente, el calentamiento y el enfriamiento a menudo ocurren incidentalmente durante otros procesos de fabricación, como la formación en caliente o la soldadura.
Los materiales metálicos consisten en una microestructura de pequeños cristales llamados "granos" o cristalitos . La naturaleza de los granos (es decir, el tamaño y la composición de los granos) es uno de los factores más efectivos que pueden determinar el comportamiento mecánico general del metal. El tratamiento térmico proporciona una forma eficiente de manipular las propiedades del metal al controlar la velocidad de difusión y la velocidad de enfriamiento dentro de la microestructura. El tratamiento térmico se usa a menudo para alterar las propiedades mecánicas de una aleación metálica , manipulando propiedades como la dureza , la resistencia , la tenacidad , [1] ductilidad y elasticidad .
Hay dos mecanismos que pueden cambiar las propiedades de una aleación durante el tratamiento térmico: la formación de martensita hace que los cristales se deformen intrínsecamente y el mecanismo de difusión provoca cambios en la homogeneidad de la aleación . [2]
La estructura cristalina consta de átomos que se agrupan en una disposición muy específica, llamada red. En la mayoría de los elementos, este orden se reorganizará, dependiendo de condiciones como la temperatura y la presión. Este reordenamiento llamado alotropía o polimorfismo puede ocurrir varias veces, a muchas temperaturas diferentes para un metal en particular. En las aleaciones, esta reorganización puede hacer que un elemento que normalmente no se disuelve en el metal base se vuelva repentinamente soluble , mientras que una inversión de la alotropía hará que los elementos sean parcial o completamente insolubles. [3]
Cuando está en estado soluble, el proceso de difusión hace que los átomos del elemento disuelto se esparzan, intentando formar una distribución homogénea dentro de los cristales del metal base. Si la aleación se enfría hasta un estado insoluble, los átomos de los constituyentes disueltos (solutos) pueden migrar fuera de la solución. Este tipo de difusión, llamada precipitación , conduce a la nucleación , donde los átomos que migran se agrupan en los límites de grano. Esto forma una microestructura que consta generalmente de dos o más fases distintas . [4] Por ejemplo, el acero que ha sido calentado por encima del austenizantetemperatura (de rojo a anaranjado, o alrededor de 820 °C (1500 °F) a 870 °C (1600 °F) dependiendo del contenido de carbono), y luego se enfría lentamente, forma una estructura laminada compuesta de capas alternas de ferrita y cementita , convirtiéndose en perlita blanda . [5] Después de calentar el acero a la fase austenita y luego templarlo en agua, la microestructura estará en la fase martensítica. Esto se debe al hecho de que el acero cambiará de la fase austenita a la fase martensita después del enfriamiento. Puede haber algo de perlita o ferrita si el templado no enfrió rápidamente todo el acero. [4]
A diferencia de las aleaciones a base de hierro, la mayoría de las aleaciones tratables térmicamente no experimentan una transformación de ferrita. En estas aleaciones, la nucleación en los límites de grano a menudo refuerza la estructura de la matriz cristalina. Estos metales se endurecen por precipitación. Por lo general, un proceso lento, que depende de la temperatura, a menudo se denomina "endurecimiento por envejecimiento". [6]
