El tratamiento térmico modifica la microestructura de un metal mediante el control de la temperatura de calentamiento, el tiempo de mantenimiento, la velocidad de enfriamiento y, cuando corresponde, la atmósfera del horno. Permite ajustar la dureza, la resistencia mecánica, la tenacidad o la resistencia al desgaste de una pieza. Los cuatro procesos básicos son el recocido, el normalizado, el temple y el revenido. La cementación y la nitruración permiten endurecer la superficie conservando un núcleo tenaz.
- Los tres elementos del tratamiento térmico: temperatura, tiempo y velocidad de enfriamiento; tratamiento térmico en atmósfera controlada más el cuarto elemento "atmósfera"
- El recocido suaviza el acero, la normalización refina su microestructura, el templado lo endurece y el templado mejora la tenacidad.
- El tratamiento térmico químico cambia la composición de la superficie infiltrando carbono, nitrógeno y otros elementos en la superficie. Los procesos representativos son cementación y nitruración.
- La estabilidad de la calidad depende de las capacidades de control del proceso, no solo del equipo en sí
Cómo la temperatura y el tiempo cambian la microestructura
El acero experimentará una transformación de fase (por ejemplo, la ferrita + perlita se transforma en austenita) cuando se calienta a una cierta temperatura. Cuando se enfría, se transforma en diferentes estructuras de acuerdo con la velocidad de enfriamiento: la perlita se obtiene por enfriamiento lento y la martensita se obtiene por enfriamiento rápido. Las diferentes microestructuras producen diferentes propiedades. El tratamiento térmico es el uso consciente de esta ley.
Los tres parámetros básicos que determinan los resultados del tratamiento térmico son:
- Temperatura de calentamientoDeterminar si completar la transformación de fase, el tamaño de grano de la austenita y el grado de disolución del carburo;
- Tiempo de espera: Determina si la temperatura penetra uniformemente y si los ingredientes están completamente difundidos;
- velocidad de enfriamiento: Decide con qué microestructura terminas.
Para procesos calentados en un ambiente de gas de horno, hay un cuarto parámetro -Ambiente de horno. Cuando no se controla la atmósfera, la superficie de las piezas de acero se oxidará, descarburará o carburizará, afectando directamente la dureza de la superficie y la vida útil de la fatiga. Es por eso que existen sistemas de control de proceso y tratamiento térmico de atmósfera controlada.
Cuatro procesos básicos: recocido, normalización, temple y templado
| Proceso | Enfoque típico | Objetivo principal | Aplicaciones comunes |
|---|---|---|---|
| Recocido | Después de calentar, enfriar lentamente en el horno | Reduzca la dureza, elimine la tensión, mejore el rendimiento de corte y conformado en frío | Recocido esferoidizante de alambre de acero de partida en frío, piezas de estampado alivio de tensión |
| Normalización | Enfriamiento por aire después del calentamiento | Granos refinados y estructura uniforme | Forjando pretratamiento |
| Temple | Calefacción, austenización seguida de enfriamiento rápido (aceite, agua, polímero o gas) | Obtener martensita y aumentar la dureza y la resistencia | Engranajes, ejes, cojinetes |
| Revenido | Recalentar a temperatura más baja después del enfriamiento | Reduce la fragilidad, estabiliza el tamaño y ajusta el equilibrio de dureza y dureza | Casi todas las partes apagadas |
La combinación de temple y templado a alta temperatura a menudo se llama Acondicionamiento, utilizado para piezas estructurales que requieren buenas propiedades mecánicas integrales.
Tratamiento térmico superficial: superficie dura y núcleo duro
Muchas piezas requieren "resistencia al desgaste de la superficie y resistencia al impacto del núcleo", como los engranajes de la caja de cambios. Es difícil satisfacer ambas necesidades solo con el enfriamiento general, por lo que se han desarrollado dos tipos de métodos de fortalecimiento de la superficie:
- Endurecimiento superficial: Solo la capa superficial se calienta (calentamiento por inducción, láser, etc.), y la composición permanece sin cambios;
- Tratamiento térmico químico: Infiltrar elementos en la superficie en una atmósfera controlada para cambiar la composición de la superficie. Cementación(Quemado después de aumentar el contenido de carbono de la capa superficial) y Nitruración(El nitrógeno se infiltra a una temperatura más baja para formar una capa de nitruro con pequeña deformación).
El tratamiento térmico químico se basa más en el control de la atmósfera: la cementación debe ser controlada Potencial de carbono, la nitruración debe ser controlada potencial de nitruración (Kn). Estos dos tipos de controles son el núcleo de las columnas posteriores en esta base de conocimiento.
¿Por qué se dice que “la calidad del tratamiento térmico está controlada”?
El tratamiento térmico es un "proceso especial": los resultados no se pueden verificar completamente mediante una simple inspección del producto terminado, y las capas endurecidas y los defectos estructurales a menudo requieren pruebas destructivas. Por lo tanto, los sistemas como CQI-9 en la industria automotriz y AMS2750 en la industria aeroespacial requieren monitoreo continuo y registro de temperatura, atmósfera y tiempo. Generadores, sensores, sistemas de control y software de datos confiables son la base para resultados de tratamiento térmico repetibles y trazables.
Preguntas frecuentes
¿El tratamiento térmico cambiará la forma y el tamaño de la pieza?
El diseño no cambia la forma, pero el cambio de fase y la tensión térmica provocarán ciertos cambios dimensionales y deformación. La temperatura de nitruración es baja, no hay cambio de fase, y la deformación suele ser mínima; la deformación por cementación y temple es relativamente grande, y debe controlarse mediante el método de carga del horno, el medio de temple y los parámetros del proceso.
¿Cómo elegir entre cementación y nitruración?
La cementación se utiliza en piezas que requieren una capa endurecida más profunda y soportan altas tensiones de contacto, como los engranajes de servicio pesado. La nitruración se utiliza cuando se busca poca deformación, resistencia al desgaste y a la corrosión y una capa endurecida de menor profundidad, como en cigüeñales, moldes y engranajes de precisión. La elección depende del material, la profundidad de capa exigida y el coste.
¿Qué tipo de tratamiento térmico requiere una atmósfera controlada?
Cualquier proceso en el que el contacto con el aire a altas temperaturas cause descarburación oxidativa y tenga requisitos de calidad superficial es adecuado para el uso de atmósfera protectora o atmósfera controlada, incluyendo recocido brillante, calentamiento antes del templado, cementación, carbonitruración y nitruración, etc.