Verificación del tratamiento térmico
El acero obtiene sus propiedades de su estructura reticular básica, del proceso de conformación y de los cambios microestructurales inducidos por el calor. Un tratamiento térmico satisfactorio, basado en la difusión, la transformación de fase en equilibrio o la transformación de fase rigurosamente controlada por tiempo y temperatura, es obligatorio para la mayoría de los componentes de ingeniería en aplicaciones exigentes.
¿Por qué es importante la verificación del tratamiento térmico?
El tratamiento térmico se sitúa en algún punto intermedio del proceso de fabricación de componentes. Un tratamiento térmico fallido hace inútiles todos los procesos anteriores y posteriores al tratamiento térmico. Para evitar la repetición de trabajos y los desechos, la calidad del tratamiento térmico debe verificarse antes de realizar otros procesos, como el rectificado.
¿Cómo afectan los distintos procesos de tratamiento térmico a las propiedades de los materiales?
Templabilidad y revenido
La templabilidad es una medida de la capacidad del acero para formar martensita (o bainita) al enfriarse. La unidad para la templabilidad es la longitud en profundidad en la que se puede alcanzar una determinada dureza cuando se enfría la superficie. La dureza y la templabilidad no deben confundirse. La dureza es la medida de la capacidad del material para resistir la indentación.
La templabilidad depende del contenido de carbono del acero. Una aleación puede reducir la velocidad de enfriamiento necesaria para la formación deseada de martensita. La martensita templada suele tener altas tensiones residuales de tracción y es dura y frágil. La martensita puede formarse en forma de agujas, placas finas o formas de lente. El revenido reduce las tensiones residuales y hace que la morfología de la martensita sea más favorable para las aplicaciones mecánicas. La reducción de la dureza es una contrapartida a una mayor ductilidad.
Templabilidad y revenido
La dureza se aumenta introduciendo átomos disueltos intersticialmente (átomos intersticiales) en una estructura de acero en una atmósfera rica en carbono o nitrógeno a temperatura y presión elevadas. La dureza y el grosor de la capa endurecida que se consigue son propiedades controladas. En este proceso, surgen tensiones residuales debido a los cambios en las dimensiones de la red en la capa endurecida.
Tratamientos térmicos de templado y reducción de tensiones
Los procesos de recocido son aplicaciones a alta temperatura para reducir las tensiones, normalizar la microestructura y el tamaño de los granos después del conformado, controlar el tamaño de los granos por recristalización, reducir la segregación y homogeneizar las propiedades.
El estado de tensión residual y la textura se reducen al mantener la pieza a temperaturas elevadas, lo que da lugar a procesos basados en la difusión y releva la microestructura a nivel microestructural en forma de dislocaciones, fallas de apilamiento, maclas y límites de grano. La dureza se reduce al liberar las tensiones residuales introducidas en la estructura.
Control del tamaño del grano
Los materiales de ingeniería rara vez son monocristales y el tamaño del grano tiene efectos significativos en la resistencia y la ductilidad de los materiales. El tamaño de los granos crece y la recristalización se produce a temperaturas superiores a las de alivio de tensión.
Problemas comunes del tratamiento térmico:
Descarbonización de los bordes
Poca carburación
Calidad de la atmósfera insuficiente
Insuficiente endurecimiento
Tiempos y temperaturas de templado incorrectos
Problemas de refrigeración
Métodos de control del tratamiento térmico
Difracción de rayos X
La difracción de rayos X permite medir el valor absoluto de la tensión residual y el contenido de austenita retenida. Los perfiles de profundidad de la dureza pueden medirse de forma destructiva con difracción de rayos X.
Los rayos X tienen una energía elevada y una longitud de onda corta en comparación con la luz visible, lo que los hace ideales para medir la separación de los planos de la red en los materiales cristalinos.
Análisis del ruido de Barkhausen
La dureza y la tensión influyen directamente en la intensidad del ruido Barkhausen. El ruido de Barkhausen permite comprobar fácilmente el éxito del proceso de tratamiento térmico y separar las piezas correctamente endurecidas de las incorrectas o insuficientemente endurecidas.
El análisis del ruido de Barkhausen es un método no destructivo que mide una señal similar al ruido inducido en un material ferromagnético por un campo magnético alterno aplicado.
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