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El término tratamiento térmico describe un proceso en el cual una herramienta o parte de una herramienta se somete intencionalmente a una secuencia específica de tiempo - temperatura. En algunos casos, la pieza puede ser sometida adicionalmente a otras influencias químicas y/o físicas.
El objetivo del tratamiento térmico es conferirle a la pieza propiedades requeridas para procesos de transformación posteriores o para su aplicación final.
Un proceso de tratamiento térmico puede provocar transformaciones de los constituyentes estructurales sin modificar la composición química promedio del material. Al final del tratamiento térmico, los componentes estructurales pueden estar en equilibrio (por ejemplo ferrita + carburos después del recocido) o no (por ejemplo martensita después del temple). El tratamiento térmico también puede causar cambios en el tamaño, forma o distribución de los componentes estructurales sin cambiar el tipo constituyente (por ejemplo en el recocido). También es posible cambiar el contenido de ciertos estructurales en la zona superficial (por ejemplo cementación), o cambiar la intensidad y distribución de las tensiones internas (por ejemplo distensionado).
Cada proceso de tratamiento térmico consiste de los siguientes pasos individuales:
Calentamiento Eleva la temperatura de un pieza
Precalentamiento Calentamiento seguido de un mantenimiento a una o más temperaturas (precalentamiento de multiples etapas) por debajo de la temperatura máxima seleccionada. El objetivo del precalentamiento es reducir las tensiones de fisuras ocasionadas por tensiones térmicas.
Calentamiento superficial Consiste en un calentamiento hasta que la zona superficial de la pieza obtiene una temperatura específica.
Calentamiento a Fondo Calentamiento Superficial + igualación de la temperatura.
Mantenimiento Consiste en mantener una cierta temperatura sobre toda la secció.
Enfriamiento Consiste en disminuir la temperatura de una pieza. Todo enfriamiento que sucede más rápidamente que aquel que se presenta al aire quieto, es denominado temple. (cuando se enfrían acros austenítica con buenas propiedades de tenacidad, el enfriamiento en aire también es denominado temple.)
El tiempo de exposición (antiguamente llamado tiempo de inmesión, en caso del temple en baño de sales), p.ej. el período de tiempo transcurrido entre la introducción de la pieza en el horno y su retiro, comprende el tiempo de calentamiento a fondo y el tiempo de mantenimiento.
COLORES DE INCANDESCENCIA Para el éxito de un tratamiento térmico es de vital importancia respetar las temperaturas de tratamiento específicas. Por esta razón, es necesario que los talleres de tratamiento térmico posean equipos confiables y precisos para la medición y control de la temperatura. Muchas veces es necesaria la adquisición de equipos adicionales para lograr una exacta medición de la temperatura y así poder controlar las piezas durante el proceso. Los colores de incandescencia permiten una evaluación aproximada de la temperatura de una pieza.
INSTALACIONES DE TRATAMIENTO TERMICO
Existen diferentes tipos de hornos para los procesos de tratamiento térmico. La elección del horno debe tomarse teniendo en cuenta el tamaño y forma de la pieza, el número de piezas (tamaño del lote) y las temperaturas de tratamiento térmico del material. Adicionalmente, debe considerarse el tipo de calentamiento y el medio de enfriamiento que habrán de ser usados. Existen varias maneras de clasificar los hornos.
Según el tipo de proceso de tratamiento térmico, se distingue por ejemplo entre hornos de precalentamiento, hornos de recocido y hornos de temple. Otros factores para la clasificación son el diseño del horno (P.ej. cámara, campana, chimenea, tubular, de baño, crucible), el medio de tratamiento térmico (P.ej. aire circulante, gas inerte, vacío, baño de sales, lecho fluidizado) y el tipo de calentamiento (P.ej. interno o externo, electrodos, inducción o resistencia, gas). A continuación se describen brevemente los equipos de tratamiento térmico más importantes.
Los hornos de cámara se cuentan entre los diseños más antiguos. Estos equipos se siguen utilizando ampliamente por su sistema de calentamiento variable, su bajo impacto ambiental y su aplicabilidad universal con relación al tamaño de la pieza y al tipo de tratamiento térmico. En el caso de hornos de atmósfera no controlada, la superficie de la pieza puede reaccionar con la atmósfera no controlada, la superficie (excamación, carburación o descarburación). Esto significa que las piezas deben protegerse por medio de un recubrimiento o embalaje(P.ej. papel, polvo de carbón coque quemado).
La influencia negativa de la atmósfera del horno sobre la superficie de la pieza puede evitarse si el tratamiento térmico se realiza en hornos de gas inerte. Los gases inertes pueden ser nitrógeno, gases inertes o raros producidos endotérmica o exotérmicamente. Los gases inertes con contenido de C controlado permiten ser ajustados al contenido de C de los materiales que se vayan a tratar.
La ventaja principal de los equipos de baño de sales es su óptima transferencia térmica y la posibilidad de realizar tratamientos térmicos superficiales o parciales. Su mayor desventaja son los altos costos requeridos para la destoxificación de las sales y la necesaria limpieza de las piezas para el retiro de residuos. Un proceso que se ha vuelto popular en los últimos años gracias a su bajo impacto ambiental y sus ventajas cualitativas y económicas, es el tratamiento en hornos al vacío (P.ej. para precalentamiento, austentización, revenido, recocido y sinterización). El tratamiento térmico en estos hornos se realiza a presiones entre 1 y 10°C a -6 ambar según los requerimientos específicos. En éste proceso, el contenido de gases reactivos se reduce a tal punto que las piezas mantienen su superficie brillante. La presión en el horno de cámara debe ajustarse a la presión del vapor de los elementos de aleación para prevenir su evaporación. Se han desarrollado equipos al vacío con rápidos tiempos de enfriamiento por gas (nitrógeno o gas inerte a alta presión y velocidad, asi como refinamiento del gas) con el ánimo de poder utilizar las ventajas del tratamiento al vacéo también en materiales con una alta velocidad crítica de enfriamiento. El tratamiento térmico de materiales metálicos en lechos fluidizados en un proceso relativamente nuevo y que se basa en el siguiente principio: Si un gas circula a través de la retorta a una velocidad suficientemente alta, el material granular (óxido de aluminio) que inicialmente cubre el piso poroso de la retorta es llevado a un estado de fluidización -es decir, el lecho se comporta como un liquido. Adicionalmente al proceso de temple, recocido de disolución, tratamientos de revenido y otros, el lecho fluidizado también permite tratamientos superficiales como carburación y carbonitruración si se utilizan los gases apropiados. Como consecuencia del alto coeficiente de transmisión de calor, las piezas pueden ser calentadas o enfriadas a velocidades muy similares a las que se obtienen en baño de sales.
Las piezas que hayan sido mecanizadas, deben encontrarse libres de grasa, aceite y otras suciedades antes de ir al temple. Con esto se evita que estas substancias se quemen sobre las superficies mecanizadas, que se presenten reacciones químicas con las resistencias de los hornos eléctricos o que se den influencias indeseadas en la atmósfera del horno. En un buen número de tratamientos térmicos superficiales, es pre requisito que las piezas tengan una superficie perfectamente limpia para obtener resultados satisfactorios. Esto es válido también para la aplicación de recubrimientos de protección en el caso de tratamientos térmicos parciales. Para garantizar la seguridad durante la operación (el agua o residuos de sales con bajo punto de fusión sobre la superficie de la pieza pueden causar explosiones durante la inmersión en el medio de temple) y para evitar el riesgo de polución ambiental o la contaminación del medio de temple, deben evitarse las impurezas sobre la superficie de la piea. Al escoger un baño de sales debe considerarse la reacción de este baño con otros o con el medio de temple.
Después del tratamiento térmico : La limpieza de las piezas después del tratamiento térmico es requerida principalmente cuando se trabaja con sales y así se evita cualquier corrosión sobre la superficie de las piezas. Este problema no ocurre en tratamientos térmicos al vacío, en gases inertes o en lechos fluidizados. El temple en aceite requiere también de una limpieza posterior. Para obtener protección contra el óxido, las piezas deben ser tratadas con una emulsión antióxido después del lavado. Las operaciones de limpieza pueden ser ejecutadas manualmente pieza por pieza o mediante equipos de lavado automático.
