El tratamiento térmico es el calentamiento y enfriamiento controlados de un material —normalmente un metal— para cambiar sus propiedades físicas o mecánicas sin cambiar significativamente su forma. Así es como la misma aleación base puede acabar dura y resistente al desgaste en una pieza y blanda y dúctil en otra, dependiendo por completo de cómo se caliente y se enfríe.
El proceso de tres etapas
Todo proceso de tratamiento térmico sigue la misma secuencia básica:
- Calentamiento: llevar el material a una temperatura objetivo.
- Mantenimiento: mantenerlo a esa temperatura el tiempo suficiente para que la estructura interna se transforme de manera uniforme de lado a lado.
- Enfriamiento: bajar la temperatura a una velocidad controlada. Esa velocidad es lo que realmente determina el resultado final: un enfriamiento rápido (temple) fija la dureza; un enfriamiento lento (enfriamiento en horno) permite que la estructura se relaje y se ablande.
Procesos básicos de tratamiento térmico
| Proceso | Finalidad | Método |
|---|---|---|
| Recocido | Ablandar el material, mejorar la ductilidad/maquinabilidad | Calentar por encima de la temperatura crítica y luego enfriar muy lentamente en el horno |
| Normalizado | Afinar la estructura de grano, mejorar la uniformidad de la resistencia | Calentar algo por encima de la temperatura de recocido, enfriar al aire libre |
| Temple / endurecimiento | Maximizar la dureza y la resistencia al desgaste | Calentar y luego enfriar rápidamente (agua, aceite o aire forzado) |
| Revenido | Reducir la fragilidad tras el temple conservando una dureza útil | Recalentar a una temperatura más baja tras el temple y luego enfriar al aire para aliviar tensiones internas |
| Cementación superficial (carburación/nitruración) | Superficie dura, núcleo tenaz | Difundir carbono o nitrógeno en la superficie de un acero blando para formar una capa exterior endurecida |
Por qué importa
La misma aleación puede tratarse térmicamente de distintas formas para trabajos completamente distintos. La hoja de un cuchillo necesita temple y revenido para mantener el filo sin astillarse; un panel de carrocería necesita recocerse y ablandarse primero para poder estamparse sin agrietarse. El tratamiento térmico es el paso que decide con cuál de esos dos resultados acaba una pieza de acero dada.
Acero al carbono nitrurado: un ejemplo de cementación superficial
La nitruración es un proceso concreto de endurecimiento superficial: una rama de la fila «cementación superficial» de la tabla anterior, no una categoría independiente fuera del marco del tratamiento térmico. El proceso: el acero al carbono se calienta en un entorno rico en nitrógeno (amoníaco gaseoso o plasma) y los átomos de nitrógeno se difunden en la superficie del acero para formar una capa dura de nitruros mientras el núcleo permanece tenaz y dúctil.
Efectos:
- Mayor dureza superficial (mejor resistencia al rayado y al desgaste)
- Mejor resistencia a la fatiga
- Mejor resistencia al desgaste
- Estabilidad dimensional relativamente buena: a diferencia del temple, la nitruración no requiere un enfriamiento rápido, por lo que el riesgo de deformación es menor
Limitaciones:
- El acero al carbono simple obtiene un beneficio limitado de la nitruración: los mejores resultados suelen requerir acero que ya contenga elementos formadores de nitruros como cromo, aluminio, molibdeno o vanadio
- La capa endurecida es relativamente poco profunda: es un tratamiento superficial, no un proceso de endurecimiento en todo el espesor
Aplicaciones habituales: engranajes, ejes, cigüeñales, árboles de levas, matrices y componentes de moldeo por inyección: piezas sometidas a fricción superficial repetida o a cargas cíclicas.
Un término relacionado: la nitrocarburación difunde nitrógeno y carbono a la vez y es un proceso distinto de la nitruración pura: conviene saber que los dos no son términos intercambiables.
Lecturas relacionadas: ¿Qué es el acero al carbono?
