Templado del acero: proceso, mecanismos, temperatura y aplicación.

Acero templado es un proceso de tratamiento térmico realizado principalmente después endurecimientoConsiste en calentar acero endurecido a una temperatura inferior a la temperatura Ac1, calentarlo durante un tiempo adecuadamente seleccionado y, a continuación, enfriarlo en las condiciones derivadas de la tecnología del material en cuestión.
El objetivo básico del revenido es cambiar la microestructura inestable y altamente tensa creada durante el endurecimiento y obtener la combinación requerida. dureza, resistencia, plasticidad, ductilidad y resistencia a la fracturaEste proceso suele conllevar una reducción de la dureza en comparación con el estado inmediatamente posterior al endurecimiento, pero al mismo tiempo puede mejorar significativamente las propiedades funcionales del material.
El revenido no debe considerarse únicamente como un proceso de "eliminación de la fragilidad por endurecimiento". Durante el calentamiento del acero endurecido, se producen transformaciones microestructurales complejas, que incluyen cambios en la martensita sobresaturada, precipitación de carburos, reducción de tensiones y, según el tipo de acero y la temperatura, transformación de la austenita retenida.

¿Por qué es necesario templar el acero después del endurecimiento?

Durante el endurecimiento, el acero se austeniza y luego se enfría a una velocidad suficiente para lograr la estructura de endurecimiento requerida. En el endurecimiento clásico de aceros estructurales, aceros para herramientas y aceros inoxidables martensíticos, uno de los componentes básicos de la microestructura es martensita.
Inmediatamente después del endurecimiento, la martensita puede caracterizarse por una dureza muy alta, pero al mismo tiempo, baja plasticidad y tensiones internas significativas. La microestructura también puede contener austenita retenidacuya cantidad depende, entre otras cosas, de la composición química del acero y de los parámetros de austenización.
Dejar el elemento en el estado inmediatamente posterior al endurecimiento puede resultar desventajoso debido a:

• altas tensiones de endurecimiento,
• plasticidad limitada,
• mayor riesgo de fractura frágil,
• posibilidad de cambios dimensionales relacionados con la inestabilidad microestructural,
• Combinación desfavorable de dureza y resistencia al impacto para muchas aplicaciones estructurales.

El templado permite controlar este estado y ajustar las propiedades del acero a las condiciones de funcionamiento reales del elemento.

¿Qué es el templado del acero?

El proceso de templado se puede presentar en tres etapas básicas:

1. Calentamiento del acero endurecido a una temperatura específica inferior a Ac1.
2. Calentando durante un tiempo que permita que se produzcan los cambios microestructurales necesarios.
3. enfriamiento de una manera apropiada al tipo de acero y a la tecnología específica.

La temperatura de revenido es uno de los parámetros más importantes que determinan las propiedades finales. Los cambios de temperatura alteran la naturaleza de las transformaciones que ocurren en la martensita, el tipo y la distribución de los precipitados, y las propiedades mecánicas finales del material.

¿Qué le ocurre a la martensita durante el revenido?

La martensita, que se forma durante el endurecimiento, es una solución sobresaturada de carbono en hierro con una estructura altamente distorsionada. Este estado es termodinámicamente inestable.
Al calentar el acero endurecido, aumenta la movilidad de los átomos, lo que posibilita procesos de difusión que conducen a la desintegración gradual de la estructura endurecida.
Dependiendo de la temperatura, el tiempo y la composición química, puede ocurrir lo siguiente:

• cambios en la disposición de los átomos de carbono en la martensita,
• separación de fases de carburo de transición,
• precipitación de cementita,
• precipitación de carburos de aleación en aceros aleados apropiados,
• reduciendo la tetragonalidad de la martensita,
• reduciendo la densidad de defectos y tensiones internas,
• transformaciones de la austenita retenida,
• Coagulación y aumento de precipitados con un atemperado más intenso.

martensita templada

martensita templada Es el término que describe la estructura resultante de los cambios que se producen durante el revenido del acero endurecido. Su estructura precisa depende de la temperatura, el tiempo y la composición del material durante el revenido.
A medida que aumenta la temperatura de revenido, la martensita sobresaturada pierde gradualmente parte del carbono y se forman precipitados de carburo en la microestructura. Simultáneamente, la dureza, la resistencia, la ductilidad y la tenacidad a la fractura se modifican.
Por lo tanto, el término "martensita templada" no debe considerarse como una microestructura idéntica que se presenta en todos los aceros y a todas las temperaturas de revenido.

Precipitación de carburos durante el revenido

Uno de los fenómenos más importantes que ocurren durante el revenido es la liberación de carbono de la estructura martensítica sobresaturada y la formación de fases de carburo.
En los aceros al carbono, un papel importante lo desempeña cementita de Fe₃CEn los aceros aleados, la situación es más compleja, ya que la presencia de elementos formadores de carburos puede dar lugar a la formación de diversos carburos de aleación.
De particular importancia son elementos como: cromo, molibdeno, vanadio i tungstenoSu presencia puede alterar significativamente el proceso de templado y la resistencia del acero a la pérdida de dureza con el aumento de la temperatura.

La influencia de la temperatura de revenido en las propiedades del acero.

La temperatura de revenido se selecciona en función de las propiedades finales requeridas. Generalmente, a medida que aumenta la temperatura de revenido de los aceros al carbono y muchos aceros de baja aleación, la dureza y la resistencia disminuyen, mientras que la ductilidad y la capacidad de absorber energía antes de la fractura aumentan.
Sin embargo, esta relación no es idéntica para todos los grados. En los aceros para herramientas de alta aleación, pueden ocurrir fenómenos. dureza secundariaPor lo tanto, la regla simple de que "mayor temperatura = menor dureza" no es universal.

Tipos de templado del acero

La división tecnológica clásica distingue entre revenido bajo, medio y alto . Los límites de temperatura indicados para estos grupos deben considerarse aproximados, ya que los parámetros reales dependen del tipo de acero y de las propiedades requeridas.

Templado bajo

El revenido a baja temperatura se realiza a una temperatura relativamente baja, generalmente entre 150 y 250 °C . El objetivo principal es reducir las tensiones y limitar la fragilidad del material endurecido, manteniendo al mismo tiempo gran parte de su alta dureza.

El proceso se utiliza, entre otros, en el caso de:

• aceros para herramientas,
• elementos de apoyo,
• herramientas y piezas que requieren alta resistencia al desgaste,
• elementos para los que la prioridad es mantener una alta dureza después del endurecimiento.

La temperatura exacta depende del grado. Algunos aceros para herramientas de alta aleación utilizan rangos de revenido completamente diferentes y pueden requerir varios revenidos.

Templado medio

El revenido medio se lleva a cabo en el rango intermedio entre el revenido bajo y el alto. La clasificación clásica a menudo indica temperaturas aproximadas de aproximadamente 250-500 ° C.
A medida que aumenta la temperatura, la estructura de endurecimiento se degrada y el estado de los precipitados de carburo cambia. La dureza y la resistencia suelen disminuir, mientras que la capacidad del material para deformarse y soportar cargas dinámicas específicas aumenta.
Este rango puede utilizarse, entre otras cosas, para elementos elásticos específicos y piezas que requieren una combinación particular de resistencia y elasticidad. Sin embargo, conviene tener en cuenta la posibilidad de que se produzcan fenómenos de fragilización desfavorables en ciertos aceros y rangos de temperatura.

Templado alto

Templado alto se lleva a cabo a una temperatura mucho más alta, pero aún por debajo de Ac1. En el enfoque clásico, para muchos aceros estructurales este es un rango de aproximadamente 500-650 ° CSin embargo, la temperatura exacta debe determinarse en función de las características de la especie específica.
El revenido a alta temperatura después del endurecimiento es la base del proceso conocido como mejora térmica.
Su propósito es obtener una combinación favorable:

• alta resistencia,
• límite elástico adecuado,
• buena plasticidad,
• ductilidad,
• resistencia a cargas dinámicas.

Este proceso se utiliza habitualmente para ejes, pernos de alta resistencia, bielas, componentes de transmisión y otras piezas de maquinaria que funcionan bajo cargas significativas.

Templado y tratamiento térmico: ¿cuál es la diferencia?

El revenido es un proceso independiente que se realiza después del endurecimiento. Puede llevarse a cabo a diferentes temperaturas, según las propiedades requeridas.
Mejora térmica Sin embargo, denota una secuencia específica:

ENDURECIMIENTO → ALTA TEMPLA → TEMPLA

Por lo tanto, no todo revenido es un tratamiento térmico. El revenido a baja temperatura aplicado después del endurecimiento de la herramienta no significa que el material haya sido tratado térmicamente en el sentido tecnológico del término.

Temperatura y templado del Ac1

Temperatura Ac1 Determina el inicio de la formación de austenita durante el calentamiento del acero. El revenido se realiza por debajo de esta temperatura porque el objetivo del proceso no es volver a austenizar el material.
Si se sobrepasa el rango de revenido, pueden iniciarse cambios relacionados con la formación de austenita, y entonces el proceso deja de ser un revenido clásico.
El valor de Ac1 depende de la composición química del acero, por lo que tampoco en este caso se debe asumir una temperatura límite universal para todos los grados.

Efecto del tiempo de templado

El resultado del proceso está determinado no solo por la temperatura sino también tiempo de calentamientoLos cambios que se producen durante el templado dependen en gran medida de la difusión, por lo que la temperatura y el tiempo están interrelacionados.
Un tiempo demasiado corto puede impedir que se alcancen los cambios microestructurales y de propiedades deseados. Por otro lado, un calentamiento prolongado puede provocar una mayor pérdida de dureza, la coagulación de precipitados y cambios en las propiedades que resultan indeseables para la aplicación en cuestión.
Por lo tanto, no existe un tiempo de revenido universal adecuado para todos los aceros y todas las dimensiones de los componentes.

Parámetro de Hollomon-Jaffe: temperatura y tiempo de revenido.

La influencia de la temperatura y el tiempo de templado se puede analizar en aplicaciones específicas utilizando Parámetro de Hollomon-JaffeEste concepto describe la relación entre la temperatura, el tiempo y el grado de templado del material.
Esto ilustra un principio tecnológico importante: se puede lograr un efecto de revenido similar, hasta cierto punto, mediante diferentes combinaciones de temperatura y tiempo. Sin embargo, este parámetro no reemplaza los datos tecnológicos específicos de cada tipo de acero.

La influencia de la composición química en el templado

La composición química es fundamental para el proceso de revenido. Influye tanto en el estado de la martensita tras el endurecimiento como en el tipo y la estabilidad de los precipitados que se forman durante el calentamiento posterior.

Resistencia del acero al templado

Resistencia al templado Se refiere a la capacidad del acero para mantener la dureza y resistencia requeridas durante el calentamiento posterior al endurecimiento. Esta propiedad es particularmente importante en aceros para herramientas destinados a altas temperaturas. Los aceros que contienen cantidades adecuadas de elementos formadores de carburos pueden mantener una alta dureza a temperaturas en las que los aceros al carbono convencionales se ablandan significativamente.
Por lo tanto, las temperaturas de revenido utilizadas para los aceros para herramientas de alta velocidad, de trabajo en caliente o de alta aleación pueden diferir significativamente de las utilizadas para los aceros al carbono ordinarios.

Dureza secundaria

En algunos aceros para herramientas de alta aleación, puede producirse un fenómeno durante el revenido. dureza secundariaSe refiere a un aumento o reincremento de la dureza dentro de un rango específico de temperatura de revenido. Este fenómeno está relacionado, entre otras cosas, con la precipitación de carburos de aleación muy finos y los cambios que se producen en la estructura tras el endurecimiento. Los elementos formadores de carburos, como el molibdeno, el vanadio y el tungsteno, desempeñan un papel importante en este proceso.
Por lo tanto, en el caso de los aceros para herramientas de alta aleación, la relación entre la temperatura de revenido y la dureza puede ser completamente diferente a la de los aceros al carbono simples.

Templado múltiple

Algunos aceros para herramientas requieren más de un ciclo de revenido. Esto se debe, entre otras cosas, a la presencia de austenita retenida y a su transformación durante las etapas de procesamiento posteriores.
Tras el primer revenido, parte de la austenita retenida puede sufrir transformaciones que dan lugar a la formación de nuevos componentes estructurales. El siguiente ciclo de revenido permite templar el material resultante y aumenta la estabilidad de la microestructura. El número de ciclos, la temperatura y el tiempo deben determinarse según la tecnología adecuada para el tipo de acero específico.

Templado de aceros para herramientas

W aceros para herramientas El revenido es particularmente importante porque requiere mantener una alta dureza y resistencia al desgaste, a la vez que se logra una tenacidad a la fractura adecuada. Los parámetros varían considerablemente según el tipo de material. Los aceros para herramientas al carbono, los aceros para trabajo en frío, los aceros para trabajo en caliente y los aceros de alta velocidad no deben considerarse un único grupo en cuanto a la temperatura de revenido.
Los aceros para herramientas de alta aleación pueden templarse a temperaturas que permiten que se produzca un endurecimiento secundario y, a menudo, requieren varios procesos de templado.

Templado de aceros estructurales

En los aceros estructurales, el proceso de tratamiento térmico combina el endurecimiento con el revenido a alta temperatura. El objetivo es lograr una alta resistencia manteniendo una ductilidad y resistencia a cargas dinámicas adecuadas.
Este grupo incluye, entre otros, aceros al cromo-molibdeno y al níquel-cromo-molibdeno, utilizados para piezas de maquinaria sometidas a cargas elevadas.
Un ejemplo es 42CrMo4 (1.7225), un acero comúnmente utilizado para el tratamiento térmico. Sin embargo, la temperatura de revenido requerida no es un valor fijo único, sino que se selecciona en función de la sección transversal del componente y las propiedades mecánicas requeridas.

Revenido del acero 30CrNiMo8

30CrNiMo8 (1.6580) Es un acero estructural aleado destinado, entre otras cosas, al tratamiento térmico. Tras el endurecimiento, se realiza un revenido a alta temperatura, ajustado a la resistencia y propiedades requeridas para el componente final.
Sin embargo, no se debe asignar una única "estructura bainítica templada" universal a un grado. La microestructura final depende del endurecimiento previo, las dimensiones de la sección transversal, la velocidad de enfriamiento real y los parámetros de revenido.

Revenido de aceros inoxidables martensíticos

Los aceros inoxidables martensíticos templables también requieren un revenido adecuado. Este proceso afecta la dureza, la resistencia, la ductilidad y la resistencia a la corrosión.
En este grupo, la selección adecuada de la temperatura es particularmente importante, ya que los cambios en la precipitación que se producen durante el revenido pueden afectar no solo a las propiedades mecánicas, sino también al comportamiento del material en un entorno corrosivo.
Por lo tanto, los parámetros utilizados para los aceros estructurales ordinarios no deben transferirse automáticamente a los aceros inoxidables martensíticos.

La fragilidad del templado

Término moderar la fragilidad Engloba fenómenos que provocan un deterioro de la ductilidad o la resistencia al impacto del acero debido a un proceso de revenido específico. Estos no deben reducirse a un único rango de temperatura universal aplicable a todos los grados.
La bibliografía distingue entre los fenómenos que se producen en rangos de temperaturas más bajas y la denominada fragilización reversible por revenido, que puede aparecer en algunos aceros aleados durante la exposición o el enfriamiento lento a través de un determinado rango de temperaturas más altas.
La susceptibilidad depende de la composición química, la presencia de elementos específicos, la temperatura, el tiempo y el método de enfriamiento posterior al revenido.

La atmósfera mientras se deja ir

Durante el templado, la superficie del componente puede reaccionar con la atmósfera del horno. En condiciones no controladas, puede ocurrir lo siguiente:

• oxidación superficial,
• formación de capas de óxido y cascarilla,
• cambios en la condición de la superficie,
• Bajo ciertas condiciones, se producen cambios en el contenido de carbono en la capa superficial.

Para componentes que requieren superficies de alta calidad, se pueden utilizar hornos de atmósfera protectora o tecnologías de vacío.
En la descripción original, el término "desoxidación superficial" era impreciso. En el contexto de cambios desfavorables durante el calentamiento, es más apropiado considerar principalmente oxidación y posible descarburación de la superficie.

Los parámetros de templado más importantes

Los errores más comunes al soltar

• Temperatura demasiado baja – El material puede conservar una fragilidad o tensión excesivas después del endurecimiento.
• Temperatura demasiado alta – puede provocar una reducción excesiva de la dureza y la resistencia si este no es el efecto deseado del proceso.
• Un tiempo demasiado corto – Es posible que las transformaciones requeridas no alcancen el nivel de avance adecuado.
• Método de enfriamiento incorrecto – En algunos aceros puede aumentar el riesgo de fragilización por revenido.
• Transferencia de parámetros entre diferentes géneros – especialmente peligroso en el caso de aceros de alta aleación y aceros para herramientas.
• Omitir la austenita retenida – puede provocar problemas de estabilidad dimensional y una selección incorrecta del número de ciclos de revenido.
• Ambiente inapropiado – puede provocar el deterioro de la calidad de la superficie.

Dejar ir y normalizar

Acero normalizado y el templado son procesos completamente diferentes.
Durante el proceso de normalización, el acero se calienta hasta alcanzar el rango austenítico y luego se enfría al aire. El revenido, sin embargo, se realiza después del endurecimiento y por debajo de la temperatura Ac1, sin una reaustenización completa.

Revenido y recocido para alivio de tensiones

Wyżarzanie odprężające Se utiliza principalmente para reducir las tensiones residuales que surgen, por ejemplo, durante la soldadura, el mecanizado, la fundición o procesos tecnológicos previos.
El revenido, sin embargo, está relacionado principalmente con el estado del acero después del endurecimiento. La reducción de tensiones es uno de sus efectos, pero al mismo tiempo, se producen cambios significativos en la microestructura endurecida.

Revenido y nitruración

Nitruración Es un proceso termoquímico durante el cual la capa superficial se enriquece con nitrógeno. El revenido no altera la composición química de la superficie de esta manera.
Para los componentes destinados a la nitruración, el estado del material tras el tratamiento térmico previo es de suma importancia. La temperatura de revenido previa debe coordinarse adecuadamente con la temperatura de nitruración posterior para evitar cambios indeseados en las propiedades del núcleo durante el proceso de tratamiento superficial.

Templado y recocido

El revenido no debe confundirse con los procesos de recocido. El recocido suave , el recocido completo, el recocido isotérmico, el recocido esferoidizante y el recocido recristalizante se realizan con diferentes propósitos y utilizan diferentes mecanismos de cambio microestructural.

El revenido está directamente relacionado con el endurecimiento previo y con la modificación de las propiedades de la estructura endurecida.

Aplicación del templado del acero

El revenido se utiliza en prácticamente todos los grupos de aceros templados si las propiedades requeridas no deben corresponder al estado bruto inmediatamente después del endurecimiento.

Las aplicaciones típicas incluyen:

• herramientas de corte,
• troqueles y punzones,
• cuchillos industriales,
• cojinetes y sus componentes,
• ejes y semiejes,
• engranajes,
• ballestas,
• tornillos de alta resistencia,
• piezas de máquinas sometidas a mejora térmica,
• Aceros inoxidables martensíticos endurecibles.

Templado del acero: la información más importante

Acero templado Es un proceso de tratamiento térmico que se realiza principalmente después del endurecimiento para lograr el equilibrio requerido entre dureza, resistencia, ductilidad y tenacidad a la fractura. El proceso se lleva a cabo por debajo de la temperatura Ac1, lo que impide que el material se austenice completamente de nuevo.
Durante el revenido, se producen transformaciones microestructurales complejas, como la descomposición de la martensita sobresaturada, la precipitación de carburos, la reducción de tensiones y, según el grado y las condiciones, la transformación de la austenita retenida. La naturaleza de estos fenómenos depende de la temperatura, el tiempo y la composición química del acero.
El revenido a baja temperatura se utiliza principalmente cuando se requiere una alta dureza, mientras que el revenido a alta temperatura después del endurecimiento es la base. mejora térmicaEn los aceros de alta aleación, el proceso puede ser más complejo e implicar un endurecimiento secundario y la necesidad de múltiples revenidos.
No existe un rango único de temperatura y tiempo de revenido que sea aplicable a todos los grados de acero. Los parámetros deben seleccionarse en función de la composición química, las condiciones de revenido, el tamaño del componente y las propiedades finales deseadas.

Métodos de tratamiento térmico y termoquímico del acero

El revenido es solo uno de los procesos utilizados para modificar la microestructura y las propiedades del acero. Según el efecto deseado, también se emplean procesos como la normalización, el alivio de tensiones, el endurecimiento, el revenido y procesos termoquímicos como la carburación y la nitruración.

Métodos de tratamiento térmico del acero

• Acero normalizado – refinamiento del grano y unificación de la microestructura.
• Wyżarzanie odprężające – reducción de tensiones residuales.
• Ablandamiento del acero – reduciendo la dureza y mejorando la susceptibilidad a un procesamiento posterior.
• Recocido completo – austenización y enfriamiento lento.
• Recocido isotérmico – transformación realizada manteniendo la temperatura adecuadamente seleccionada.
• Recocido de bolas – esferoidización – cambio en la morfología de la cementita u otros carburos.
• Recocido de recristalización – Eliminación de los efectos de la compresión y restauración de la plasticidad.
• Recocido homogeneizador – reducir la segregación y homogeneizar la composición del material.
• Endurecimiento y tratamiento térmico – modelar la microestructura y las propiedades mediante el endurecimiento y el revenido.
• Acero templado – Modificación controlada de las propiedades del acero después del endurecimiento.
• Endurecimiento por inducción – Calentamiento por inducción superficial y enfriamiento rápido.
• Endurecimiento a la llama – endurecimiento superficial tras calentamiento localizado con llama.
• Sobresaturación – obtención de una solución sólida sobresaturada mediante un ciclo térmico adecuado.
• Envejecimiento – Separación de fases controlada que conduce al fortalecimiento del material.

Métodos de tratamiento termoquímico del acero

• Nitruración del acero – Enriquecimiento por difusión de la capa superficial con nitrógeno.
• Acero carburizado – Enriquecimiento por difusión de la superficie con carbono.
• Carbonitruración – Enriquecimiento simultáneo de la capa superficial con carbono y nitrógeno.
• Nitrocarburación / nitrocarburación – Enriquecimiento de la capa principalmente con nitrógeno y carbono.
• Perforación – saturación por difusión de la superficie con boro.
• Cromado por difusión – Enriquecimiento por difusión de la capa con cromo.
• aluminización por difusión – Enriquecimiento por difusión de la capa en aluminio.