Se llama tratamiento térmico al proceso durante el cual las aleaciones metálicas son sometidas a un calor extremo para luego enfriase de golpe, también se las somete a condiciones bruscas de velocidad y presión. Para esto, el metal debe estar en estado sólido. La función del tratamiento térmico es mejorar las propiedades mecánicas de las aleaciones, tales como la dureza, la resistencia y la elasticidad.
Las aleaciones a las que suele aplicarse esta técnica son el acero, el vidrio y la fundición que se forma con hierro y carbono, aunque también puede aplicarse a la madera y cerámica.
Propiedades mecánicas
Los tratamientos térmicos cambian la estructura cristalina de los materiales sin deformar la composición química. Esto se hace mediante un procedimiento de calentamientos y enfriamientos sucesivos hasta obtener la estructura cristalina buscada y así mejorar las características mecánicas del material.
Las características mecánicas son:
- Resistencia al desgaste: se trata de la resistencia que un material opone a la erosión producida por fricción contra otro material.
- Tenacidad: se trata de otro tipo de resistencia, esta vez, al impacto, ya que es la capacidad del material para no fisurarse al absorber energía.
- Maquinabilidad: se llama así a la facilidad del material para que se le arranque viruta al mecanizarse.
- Dureza: es la resistencia que el material opone a ser penetrado o rayado.
Alotropía y polimorfismo
La alotropía es la propiedad de los elementos químicos puros para presentar diferentes estructuras de grano, pero sin variar la composición química y es la que permite que los tratamientos térmicos funcionen. En otros materiales, esta capacidad recibe el nombre de polimorfismo; así el diamante y el granito son polimorfismos del carbono, mientras que la α-ferrita, la austenita y la δ-ferrita son polimorfismos del hierro.
Tratamientos térmicos del acero
Con un apropiado tratamiento térmico, el acero puede reducir el esfuerzo interno y el tamaño del grano, así como también adquirir mayor tenacidad o una superficie más dura y resistente pero con un interior dúctil. La clave para un buen tratamiento térmico reside en las reacciones que se producen en el acero (y otras aleaciones) durante el calentamiento y enfriamiento si se siguen las pautas o tiempos preestablecidos.
Para esto es necesario tener un diagrama en el que se especifiquen las temperaturas en las que el material cambia de fase, es decir, cambia su estructura cristalina.
Los principales tratamientos térmicos para el acero son:
- Temple: se trata de un proceso durante el cual el acero es calentado por encima de la temperatura crítica superior Ac, es decir, entre 900 y 950º C, para luego enfriarse en agua o aceite. Con esto se consigue incrementar la dureza y resistencia del acero.
- Revenido: este proceso se realiza una vez que el acero es templado y disminuye sus efectos de dureza y resistencia, pero aumenta la tenacidad del metal. También se eliminan las tensiones del temple.
- Recocido: con esta técnica, el acero se lleva hasta la temperatura de austenización (800-925 °C) y luego se lo enfría lentamente para poder aumentar su elasticidad. También se homogeniza la estructura, se afina el grano y se ablanda el acero, lo que hace que sea más sencillo mecanizarlo. Además, se eliminan las tensiones internas y la acritud que produce el trabajo en frío.
- Normalizado: se emplea antes del temple y el revenido para que el acero quede en un estado normal, vale decir, que no tenga tensiones internas y el carbono se distribuya uniformemente.
Tratamientos termoquímicos del acero
La diferencia de estos tratamientos térmicos radica en que estos casos sí se modifican la composición química del acero en su capa superficial a la que se añaden productos químicos. El calentamiento y enfriamiento en estos procesos debe realizarse en atmósferas especiales.
Los objetivos principales de los tratamientos termoquímicos son aumentar la dureza superficial de la pieza pero conservando el núcleo blando y tenaz; disminuir el rozamiento y aumentar la resistencia al desgaste, a la fatiga y a la corrosión.
Tipos de tratamientos termoquímicos
- Cementación: al aumentar la concentración de carbono en la superficie del acero, se aumenta también su dureza superficial. Para esto debe tenerse en cuenta la atmósfera que rodea al metal durante su calentamiento y enfriamiento. Luego debe someterse a un procedimiento de temple y revenido para afirmar esta dureza y resistencia al desgaste conservando la tenacidad nuclear.
- Nitruración: este proceso incorpora nitrógeno a la composición de la pieza de acero y se lo calienta a una temperatura de entre 400 y 525 °C, envolviendo la pieza en una corriente de gas amoníaco con nitrógeno. Esto aumenta la dureza superficial mucho más que la cementación.
- Cianuración: se utiliza en piezas pequeñas de acero, las que son bañadas con cianuro, carbonato y cianato sódico y luego calentadas a 760 y 950 °C para endurecerlas.
- Carbonitruración: en este caso se incorporan carbono y nitrógeno a la capa superior del acero y, además, una serie de hidrocarburos como metano, etano o propano; amoníaco (NH3) y monóxido de carbono (CO). Luego se lo eleva a 650 a 850 °C y por último se deben realizar un temple y un revenido.
- Sulfinización: en este caso se realiza un baño de sales de azufre al acero y se lo calienta a baja temperatura (unos 565 °C), lo que aumenta la resistencia al desgaste de las piezas resultantes.
