Control de la Microestructura

Endurecimiento por Deformación

Se obtiene el endurecimiento por deformación de un metal incrementando el número de dislocaciones.

Cuando se aplica un esfuerzo superior al límite elástico, las dislocaciones empiezan a deslizarse. Finalmente una

dislocación moviéndose sobre su plano de deslizamiento encontrará un obstáculo que sujetará los extremos de

las líneas de dislocación. Si se continúa aplicando esfuerzo la dislocación tratará de moverse arqueando el

centro, y puede moverse tanto que crea lazos. La dislocación original puede seguir haciendo lazos de

dislocación adicionales. Cuantas más dislocaciones existan el material será más resistente. Los materiales

cerámicos pueden endurecerse un poco, sin embargo los materiales cerámicos son tan frágiles que no es

posible endurecerlos o deformarlos significativamente. Los polímeros termoplásticos se endurecen al ser

deformados, sin embargo esto no es endurecimiento por deformación, sino más bien involucra la alineación y la

cristalización de largas cadenas moleculares.

Laminación y Trefilado

El trefilado propiamente dicho consiste en el estirado del alambre en frío, por pasos sucesivos a través

de hileras, dados o trefilas de carburo de tungsteno cuyo diámetro es paulatinamente menor. Esta disminución

de sección da al material una cierta acritud en beneficio de sus características mecánicas. La disminución de

sección en cada paso es del orden de un 20% a un 25% lo que da un aumento de resistencia entre 10 y 15

kg/mm2. Alcanzado cierto límite, variable en función del tipo de acero, no es aconsejable continuar con el

proceso de trefilado pues, a pesar que la resistencia a tracción sigue aumentando, se pierden otras características

como la flexión. Si es imprescindible disminuir el diámetro del alambre, se hace un nuevo tratamiento

térmico como el recocido que devuelve al material sus características iniciales. Las máquinas utilizadas para

realizar este proceso se denominan trefiladoras. En ellas se hace pasar el alambre a través de las hileras, como se

ha dicho antes. Para lograrlo el alambre se enrolla en unos tambores o bobinas de tracción que fuerzan el paso

del alambre por las hileras. Estas hileras se refrigeran mediante unos lubricantes en polvo y las bobinas o

tambores de tracción se refrigeran normalmente con agua y aire. Las trefiladoras pueden ser de acumulación en

las que no hay un control de velocidad estricto entre pasos o con palpadores en las que sí se controla la

velocidad al mantener el palpador una tensión constante. La laminación es un método de conformado o

deformación utilizado para producir productos metálicos alargados de sección transversal constante. Este

proceso metalúrgico se puede realizar con varios tipos de máquinas. La elección de la máquina más adecuada

va en función del tipo de lámina que se desea obtener (espesor y longitud) y de la naturaleza y características del

metal.

Laminado

Este es un proceso en el cual se reduce el espesor del material pasándolo entre un par de rodillos

rotatorios Los rodillos son generalmente cilíndricos y producen productos planos tales como láminas o cintas.

También pueden estar ranurados o grabados sobre una superficie a fin de cambiar el perfil, así como estampar

patrones en relieve. Este proceso de deformación puede llevarse a cabo, ya sea en caliente o en frío.

Tratamientos Térmicos

Un tratamiento térmico es un proceso al que se someten los materiales con el fin de mejorar sus

propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la tenacidad. Los materiales a los que se aplica

el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se

aplican tratamientos térmicos diversos a los sólidos cerámicos. Las características mecánicas de un material

dependen tanto de su composición química como de la estructura cristalina que tenga. Los tratamientos

térmicos modifican esa estructura cristalina sin alterar la composición química, dando a los materiales unas

características mecánicas concretas, mediante un proceso de calentamientos y enfriamientos sucesivos hasta

conseguir la estructura cristalina deseada. Entre estas características están:

Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en

contacto de fricción con otro material.

Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras (resistencia

al impacto).

Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por

arranque de viruta.

Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL

(HB) o unidades ROCKWEL C (HRC), mediante el test del mismo nombre.

Normalizado, Recocido y Esferoizado

El normalizado es un tratamiento térmico que se emplea para dar al acero una estructura y unas

características tecnológicas que se consideran el estado natural o inicial del material que fue sometido a trabajos

de forja, laminación o tratamientos defectuosos. Se hace como preparación de la pieza para el temple. El

procedimiento consiste en calentar la pieza entre 30 y 50 grados centígrados por encima de la temperatura

crítica superior, tanto para aceros hipereutectoides, como para aceros hipoeutectoides, y mantener esa

temperatura el tiempo suficiente para conseguir la transformación completa en austenita. A continuación se deja

enfriar en aire tranquilo, obteniéndose una estructura uniforme. Con esto se consigue una estructura perlítica

con el grano más fino y más uniforme que la estructura previa al tratamiento, consiguiendo un acero más tenaz.

Es lo que llamamos perlita fina. El recocido es el tratamiento térmico que, en general, tiene como finalidad una

temperatura que permita obtener plenamente la fase estable a falta de un enfriamiento lo suficientemente lento

como para que se desarrollen todas las reacciones completas.

• Se emplea para ablandar metales y ganar tenacidad, generalmente aceros.

• Se obtienen aceros más mecanizables.

• Evita la acritud del material.

• La temperatura de calentamiento está entre 600 y 700º C.

• El enfriamiento es lento.

Temples y Revenidos

El temple es un tratamiento térmico al que se somete al acero, concretamente a piezas o masas

metálicas ya conformadas en el mecanizado, para aumentar su dureza, resistencia a esfuerzos y tenacidad. El

proceso se lleva a cabo calentando el acero a una temperatura aproximada de 915°C en el cual la ferrita se

convierte en austenita, después la masa metálica es enfriada por lo general rápidamente (salvo algunos caso

donde el enfriamiento es "lento" aceros autotemplables), sumergiéndola o rodándola en agua, en aceite, aire

positivo o en otros Muidos o sales. Después del temple siempre se suele hacer un revenido.

■ Es uno de los principales tratamientos térmicos que se realizan y lo que hace es disminuir y afinar el tamaño

del grano de la alineación de acero correspondiente. Se pretende la obtención de una estructura totalmente

martensítica.

■ Se basa en calentar la pieza a una temperatura comprendida ente 700º C y 1000ºC se, para luego enfriarla

rápidamente controlando el tiempo de calentamiento y de enfriamiento.

Hay dos tipos de temples, uno de ellos es el que se templa la totalidad de la pieza, incluyendo su

núcleo, y otro es el que solo se templa su superficie externa, dejando el núcleo menos duro, para que sea más

flexible. A este segundo temple se le llama "temple superficial".

El revenido es un tratamiento térmico que sigue al de templado del acero. Tiene como fin reducir las

tensiones internas de la pieza originadas por el temple o por deformación en frío. Mejora las características

mecánicas reduciendo la fragilidad, disminuyendo ligeramente la dureza, esto será tanto más acusado cuanto

más elevada sea la temperatura de revenido.

Carburizado y Nitrurado

La nitruración es un tratamiento termoquímico, en el que se modifica la composición del acero

incorporando nitrógeno durante el proceso de tratamiento térmico, el calentamiento, en una atmósfera rica en

nitrógeno, Su objetivo principal es el de aumentar la dureza superficial del las piezas, además de aumentar su

resistencia a la corrosión y a la fatiga. Existen dos procedimientos para la nitruración: la nitruración en horno y

la nitruración iónica. Para la nitruración en horno se coloca la pieza dentro del horno, dentro del cual se hace

circular amoníaco y posteriormente se calienta a temperaturas de aproximadamente 500°C, lo que provoca que

el amoníaco se descomponga en nitrógeno e hidrógeno; el hidrógeno, se separa del nitrógeno por diferencia de

densidad, y el nitrógeno, al entrar en contacto con la superficie de la pieza, forma un recubrimiento de nitruro de

hierro. En el caso de la nitruración iónica, las moléculas de amoníaco se rompen mediante la aplicación de un

campo eléctrico. Esto se logra sometiendo al amoníaco a una diferencia de potencial de entre 300 y 1000 V. Los

iones de nitrógeno se dirigen hacia el cátodo (que consiste en la pieza a tratar) y reaccionan para formar el

nitruro de hierro, Fe2N. Si bien este tratamiento da gran dureza superficial a la pieza, la velocidad de

penetración es muy lenta, aproximadamente 1 mm en 100 horas de tratamiento, pero no necesita de temple

posterior. Las partes de la pieza que no se deseen nitrurar se deben cubrir con un baño de estaño-plomo al 50%.

Carburización por empaquetado

Este procedimiento consiste en meter al material de acero con bajo contenido carbónico en una caja

cerrada con material carbonáceo y calentarlo hasta 900º a 927º C durante 4 a 6 horas. En este tiempo el carbono

que se encuentra en la caja penetra a la superficie de la pieza a endurecer. Cuanto más tiempo se deje a la pieza

en la caja con carbono de mayor profundidad será la capa dura. Una vez caliente la pieza a endurecerá la

temperatura adecuada se enfría rápidamente en agua o salmuera. Para evitar deformaciones y disminuir la

tensión superficial se recomienda dejar enfriar la pieza en la caja para posteriormente sacarla y volverla a

calentar entre 800º y 845º C (rojo cereza) y proceder al enfriamiento por inmersión. La capa endurecida más

utilizada tiene un espesor de 0,38 mm, sin embargo se pueden tener espesores de hasta 0.4 mm.

Carburización en baño líquido

El acero a cementar se sumerge en un baño de cianuro de sodio líquido. También se puede utilizar

cianuro de potasio pero sus vapores son muy peligrosos. Se mantiene la temperatura a 845 "C durante 15

minutos a 1 hora, según la profundidad que se requiera. A esta temperatura el acero absorberá el carbono y el

nitrógeno del cianuro. Después se debe enfriar con rapidez al acero en agua o salmuera. Con este procedimiento

se logran capas con espesores de 0,75 mm.

Carburización con gas

En este procedimiento se utilizan gases carburizantes para la cementación. La pieza de acero con bajo

contenido carbónico se coloca en un tambor al que se introduce gas para carburizar como derivados de los

hidrocarburos o gas natural. El procedimiento consiste en mantener al horno, el gas y la pieza entre 900 y 927º

C. después de un tiempo predeterminado se corta el gas carburizante y se deja enfriar el horno. Luego se saca la

pieza y se recalienta a 760º C y se enfría con rapidez en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran

piezas cuya capa dura tiene un espesor hasta de 0,6 mm, pero por lo regular no exceden de 0,7 mm.