Muchas piezas fallan antes de tiempo o se desgastan porque el acero es demasiado blando o quebradizo. Esto puede provocar averías, problemas de seguridad o pérdidas de dinero. El tratamiento térmico modifica el comportamiento del acero ajustando su estructura interna. Puede hacer que el acero sea más duro, más rígido o más flexible, según lo que necesite. Pero algunas personas no saben qué es realmente el acero tratado térmicamente, cómo se fabrica o por qué lo utilizan tantas industrias.
Si trabaja con metal o compra piezas de acero, debe saber por qué el acero tratado térmicamente marca la diferencia. Veamos qué hace el tratamiento térmico y dónde es importante.
Qué es el acero tratado térmicamente？
El acero tratado térmicamente es un acero que se ha calentado y enfriado de una manera específica para cambiar su estructura interna. Funciona cambiando la microestructura del acero, que se compone de granos que se forman durante la solidificación y el enfriamiento. El objetivo es controlar cómo se forman y cambian estos granos.
El proceso no añade nada al acero. Lo que hace es reorganizar los átomos del metal para que actúen de forma diferente bajo tensión o calor. También puede mejorar el desgaste del acero o su resistencia a los impactos.
Existen muchos tipos de tratamiento térmico, cada uno de los cuales afecta al acero de forma diferente. Algunos lo endurecen mucho, mientras que otros lo hacen más flexible o más fácil de cortar.
¿Cómo funciona el tratamiento térmico?
El tratamiento térmico modifica el comportamiento del acero controlando su calentamiento y enfriamiento. A continuación se indican los pasos y métodos clave para el tratamiento térmico del acero:
Calentar el metal
El acero se calienta primero a una temperatura específica, normalmente entre 750 °C y 950 °C (entre 1380 °F y 1740 °F), según el tipo de acero y el objetivo del tratamiento.
A estas temperaturas, la estructura interna del acero se transforma. Los átomos vibran más y se mueven libremente, y el acero entra en una fase denominada austenitaque es blando y no magnético.
Remojo (mantenimiento de la temperatura)
Una vez alcanzada la temperatura objetivo, el acero se mantiene allí durante un tiempo determinado para permitir que la estructura cambie por completo. Este tiempo de remojo depende del tamaño y el grosor de la pieza.
- Una regla común es 1 hora por cada 25 mm (1 pulgada) de grosor.
- Para una chapa de acero de 12 mm de grosor, suele bastar con un tiempo de remojo de unos 30 minutos.
Si el tiempo de remojo es demasiado corto, la transformación es incompleta, lo que da lugar a machos blandos o dureza desigual. Sin embargo, si el tiempo es demasiado largo, se produce un crecimiento del grano, lo que puede reducir la tenacidad y hacer que el acero sea quebradizo.
Enfriar el metal
El enfriamiento es la fase más crítica. Controla cómo se reforma la estructura del acero, lo que afecta directamente a las propiedades mecánicas finales.
- El temple (enfriamiento rápido) en agua o aceite puede enfriar el acero de 850°C a 100°C en menos de 10 segundos, creando una compleja estructura de martensita.
- El recocido (enfriamiento lento en un horno) puede durar varias horas. Permite que la estructura se perlita o ferritaque son más blandos y dúctiles.
Los distintos aceros requieren métodos de enfriamiento diferentes:
- El enfriamiento con agua se utiliza a menudo para los aceros al carbono lisos, pero puede provocar grietas en los aceros de alta aleación.
- El temple en aceite es más lento y mejor para aceros aleados como el 4140 o el 4340.
- La refrigeración por aire se utiliza para aceros templados al aire, como el acero para herramientas A2.
Cambios estructurales en el acero
El tratamiento térmico modifica la microestructuraque controla su comportamiento durante el uso.
He aquí algunas estructuras clave:
| Estructura | Formado cuando | Propiedades |
|---|---|---|
| Austenita | Calentado por encima de 723°C | Suave, flexible, no magnético |
| Martensita | Se apaga rápidamente | Muy duro, quebradizo, alta resistencia al desgaste |
| Perlita | Enfriado lento | Dureza media, buena tenacidad |
| Bainita | Enfriado a velocidad media | Más duro que la perlita, menos quebradizo que la martensita |
Pasos posteriores al tratamiento
Tras el tratamiento térmico, el acero puede seguir necesitando ajustes en función de su uso final.
- El revenido se realiza después del temple para reducir la fragilidad. Por ejemplo, un acero para herramientas templado a 62 HRC puede templarse a 58 HRC, con lo que adquiere mayor resistencia a los golpes.
Tipos de procesos de tratamiento térmico
El tratamiento térmico modifica el comportamiento del acero. Cada método utiliza un método diferente de calentamiento y enfriamiento para lograr el resultado deseado.
Recocido
El recocido ablanda el acero y facilita su procesamiento. Durante este tratamiento, el acero se calienta lentamente a una temperatura que suele oscilar entre 500 °C y 700 °C (o incluso más, según el material) y luego se enfría muy lentamente dentro del horno.
El enfriamiento lento permite que los átomos del interior del acero se muevan a una posición más relajada. Así se reducen las tensiones internas que pueden haberse formado al cortar, doblar o soldar. También ayuda a que crezcan granos más grandes en la estructura del acero, lo que hace que el material sea menos complicado y más dúctil.
Como resultado, el acero recocido es más fácil de doblar, taladro, o máquina. Sin embargo, pierde algo de fuerza y resistencia al desgaste. Este método suele utilizarse antes de dar más forma o cortar. Suele aplicarse al acero laminado en frío, las chapas de acero inoxidable y el acero utilizado en dibujo profundo o operaciones de estampación.
Normalización
La normalización es similar al recocido, pero con un enfriamiento más rápido. El acero se calienta a una temperatura más alta, normalmente entre 750 °C y 950 °C, por encima del punto de transformación en el que la estructura del grano cambia a austenita. A continuación, se enfría al aire libre, no dentro de un horno.
Este enfriamiento más rápido crea granos más finos en el acero. Una estructura de grano fino mejora la resistencia, la tenacidad y la uniformidad de las propiedades mecánicas. También ayuda a eliminar los efectos del calentamiento desigual o el endurecimiento por deformación de procesos anteriores.
El acero normalizado es más resistente que el recocido, pero conserva cierta flexibilidad. Suele utilizarse para piezas sometidas a cargas constantes o vibraciones, como ejes de motor, bielas o componentes de acero fundido.
Endurecimiento
El temple se utiliza cuando el acero debe ser extremadamente duro y resistente. Este proceso consiste en calentar el acero a una temperatura elevada, normalmente entre 800 °C y 900 °C, según el tipo de acero. El objetivo es transformar la estructura interna en austenita.
Una vez calentado, el acero se enfría rápidamente en agua, aceite u otro líquido refrigerante. Este brusco descenso de la temperatura transforma la estructura en martensita, que es muy dura y resistente. Sin embargo, la martensita también es frágil y puede agrietarse en caso de impacto.
El temple se utiliza principalmente para herramientas, cuchillos, matrices, punzones o piezas que deban resistir un gran desgaste. Pero como hace que el acero se vuelva quebradizo, casi siempre va seguido del revenido.
Templado
El revenido es un paso posterior al temple. Reduce la fragilidad causada por la martensita. En este proceso, el acero templado se recalienta a una temperatura más baja -normalmente entre 150 °C y 650 °C- y luego se vuelve a enfriar a una velocidad controlada.
Este paso permite relajar parte de la tensión interna. Reduce ligeramente la dureza, pero aumenta la capacidad del acero para absorber golpes o soportar fuerzas repentinas sin romperse. La temperatura y el tiempo exactos dependen de la dureza o tenacidad que se necesite.
El acero templado logra un equilibrio entre dureza y tenacidad. Se utiliza para muelles, soportes estructurales, herramientas y piezas de maquinaria que deben soportar impactos sin agrietarse.
Efectos del tratamiento térmico en las propiedades del acero
El tratamiento térmico modifica el comportamiento del acero en el uso real. Modifica la estructura interna del metal, lo que afecta a su resistencia, flexibilidad y vida útil.
Resistencia y dureza
El tratamiento térmico puede hacer que el acero sea más fuerte y duro. Métodos como el temple y el revenido aumentan su capacidad para soportar la presión y resistir el desgaste.
El acero más resistente mantiene mejor su forma durante un uso intensivo, por lo que resulta útil para herramientas de corte, troqueles y piezas de máquinas sometidas a grandes cargas.
Pero si el acero se endurece demasiado, también puede volverse quebradizo. Por eso, el temple suele ir seguido del revenido. Este paso ayuda a recuperar cierta flexibilidad manteniendo la resistencia.
Ductilidad y tenacidad
La ductilidad es la capacidad del acero para doblarse o estirarse antes de romperse. La dureza es la capacidad de soportar golpes o fuerzas repentinas.
Procesos como el recocido y la normalización ayudan a mejorar ambas cosas. Estos pasos ablandan el acero y lo hacen menos propenso a agrietarse.
La resistencia es esencial para piezas como marcos, soporteso soportes. Estas piezas suelen sufrir golpes o sacudidas. Sin la suficiente tenacidad, el acero podría romperse bajo una tensión repentina.
Resistencia al desgaste y a la corrosión
El acero más duro suele desgastarse más lentamente. Por eso, las piezas tratadas térmicamente, como herramientas o matrices, suelen durar más que las no tratadas.
El tratamiento térmico también puede ayudar a mejorar la resistencia a la oxidación, sobre todo si se combina con otros revestimientos protectores. No es una solución completa a la corrosión, pero hace que el acero sea más estable en entornos difíciles.
Cambios en la microestructura
El cambio más significativo se produce en el interior del acero. El tratamiento térmico ajusta la estructura del grano del metal.
Diferentes formas como la martensita, la perlita o la bainita confieren al acero distintas cualidades. Estos cambios determinan la resistencia, flexibilidad o resistencia del acero.
Aplicaciones industriales del acero tratado térmicamente
El acero tratado térmicamente se utiliza en muchos sectores en los que la solidez, la durabilidad y la resistencia al desgaste son importantes. El proceso ayuda a satisfacer las necesidades de rendimiento sin añadir peso ni costes adicionales.
Componentes automotrices
Muchas piezas de automóviles se someten a tratamiento térmico para soportar tensiones, impactos y calor. Algunos ejemplos comunes son:
- Engranajes
- Ejes
- Cigüeñales
- Piezas de suspensión
El endurecimiento proporciona a estas piezas la fuerza necesaria para resistir el desgaste, y el templado les ayuda a absorber los impactos sin agrietarse. El resultado es una vida útil más larga y un mejor rendimiento en carretera.
Aeroespacial y Aviación
Las piezas de los aviones deben ser resistentes pero también ligeras. El acero tratado térmicamente se utiliza para:
- Tren de aterrizaje
- Partes del motor
- Fijaciones y soportes
Estas piezas están expuestas a presiones, vibraciones y cambios de temperatura extremos. El tratamiento térmico les confiere la dureza y estabilidad que necesitan para mantenerse seguras en vuelo.
Construcción y maquinaria pesada
El acero estructural, los bastidores de maquinaria y las piezas portantes se benefician del tratamiento térmico. Mejora la resistencia a la carga y reduce los fallos en:
- Grúas
- Excavadoras
- Soportes para edificios
- Estructuras de soldadura
Gracias a su acero resistente y fiable, estas máquinas pueden trabajar durante más tiempo y soportar más tensiones sin sufrir daños.
Fabricación de herramientas y matrices
Las herramientas de corte, las matrices y los moldes se endurecen para mantener su forma durante un uso repetido. Algunos ejemplos son:
- Brocas
- Punzones
- Moldes de inyección
- Herramientas de prensa
El acero con tratamiento térmico mantiene los bordes afilados durante más tiempo y evita que se agriete bajo la fuerza. Esto prolonga la vida útil de las herramientas y mantiene la producción sin problemas.
Comparación entre acero tratado térmicamente y no tratado térmicamente
La elección entre acero con tratamiento térmico o sin él depende del uso previsto de la pieza. Cada opción tiene sus ventajas y desventajas en cuanto a resistencia, coste y durabilidad.
Rendimiento en entornos difíciles
El acero tratado térmicamente se comporta mejor en condiciones duras. Puede soportar:
- Cargas elevadas
- Fricción
- Impacto
- Calor
El acero no tratado térmicamente puede doblarse, desgastarse o agrietarse bajo tensión. No es ideal para piezas sometidas a movimientos constantes o temperaturas extremas. El tratamiento térmico confiere al acero la resistencia y estabilidad necesarias para resistir en estos entornos.
Coste y longevidad
El acero tratado térmicamente cuesta más al principio, ya que el proceso añade tiempo, mano de obra y equipamiento, pero se amortiza con el tiempo.
Las piezas tratadas duran más, fallan menos y reducen la necesidad de sustituciones o reparaciones. Esto reduce los costes a largo plazo, especialmente en el caso de piezas de máquinas, vehículos o herramientas.
Aunque el acero no tratado térmicamente puede ser más barato, se desgasta más rápidamente. El fallo de piezas críticas puede provocar tiempos de inactividad o daños.
Relación peso-fuerza
El tratamiento térmico mejora la resistencia del acero sin añadir peso. Esto permite a los ingenieros utilizar piezas más finas o pequeñas que cumplan los objetivos de resistencia.
Esto es útil en industrias como la automovilística o la aeroespacial, donde la reducción de peso mejora el consumo de combustible y el rendimiento.
El acero no tratado térmicamente necesita más volumen para igualar esa resistencia, lo que añade peso y ocupa más espacio.
Conclusión
El acero tratado térmicamente es más resistente, complejo y fiable que el acero sin tratar. Se comporta mejor bajo tensión, dura más y se adapta a diversos usos industriales. Desde la automoción y la industria aeroespacial hasta la maquinaria pesada y las herramientas, el tratamiento térmico ayuda al acero a satisfacer las exigencias del mundo real.
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Hola, soy Kevin Lee
Durante los últimos 10 años, he estado inmerso en diversas formas de fabricación de chapa metálica, compartiendo aquí ideas interesantes de mis experiencias en diversos talleres.
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Kevin Lee
Tengo más de diez años de experiencia profesional en la fabricación de chapas metálicas, especializada en corte por láser, plegado, soldadura y técnicas de tratamiento de superficies. Como Director Técnico de Shengen, me comprometo a resolver complejos retos de fabricación y a impulsar la innovación y la calidad en cada proyecto.
