Vea el poder del metal: Una guía sencilla para el tratamiento térmico y el calentamiento

¿Ha pensado alguna vez qué hace que una espada sea fuerte pero no fácil de romper? ¿O cómo un trozo de acero normal puede convertirse en una broca muy dura? El secreto es un conjunto de pasos llamados tratamiento térmico. Se trata de una forma de utilizar el calentamiento y el enfriamiento para mejorar un metal. Este artículo es una guía sencilla para aprender cómo funciona el tratamiento térmico. Descubrirá cómo podemos hacer que un metal sea más duro, más blando o más resistente, simplemente controlando el calor. Siga leyendo para conocer los secretos que convierten los metales sencillos en materiales excelentes.

¿Qué es el tratamiento térmico y por qué es importante para el metal?

El tratamiento térmico es un conjunto de pasos utilizados para cambiar el aspecto y el comportamiento de un material. El material más común para el tratamiento térmico es un metal o una aleación. El método consiste en calentar y enfriar cuidadosamente. Observando atentamente cuánto se calienta el metal, cuánto tiempo permanece caliente y a qué velocidad se enfría, podemos cambiar sus características. Podemos hacerlo más fuerte, más resistente o más blando para realizar un determinado trabajo.

Es como hacer un pastel. Se empieza con ingredientes sencillos. Pero la temperatura del horno y el tiempo de cocción marcan la diferencia. Lo mismo ocurre con el acero y otros tipos de metal. Un tratamiento térmico adecuado puede convertir una pieza normal de acero al carbono en una pieza que funcione realmente bien. Por eso el tratamiento térmico es muy importante para fabricar herramientas, piezas de automóvil y casi cualquier cosa hecha de metal. Nos permite decidir cómo será el producto final.

¿Cómo modifica el calor las propiedades de los metales?

Cuando vemos un trozo de metal, parece sólido. Pero a un nivel muy minúsculo, está hecho de pequeños cristales. Es lo que llamamos microestructura. La forma en que estos pequeños cristales se unen confiere al metal sus cualidades, como su dureza o su ductilidad (que es su capacidad para doblarse y no romperse). Los pasos de calentamiento y enfriamiento modifican esta microestructura.

Calentar el metal da a los diminutos trocitos de su interior la energía necesaria para moverse y formar nuevas formas cristalinas. A continuación, la velocidad de enfriamiento decide cuál será la forma final. Un enfriamiento muy rápido, llamado temple, puede bloquear los pequeños fragmentos. Esto da lugar a una forma muy dura pero también quebradiza. Un enfriamiento muy lento permite que los trocitos se asienten y adquieran una forma más blanda y flexible. Así pues, mediante la gestión de las fases de calentamiento y enfriamiento, el tratamiento térmico puede modificar cuidadosamente las propiedades del metal.

¿Cuáles son los tipos más comunes de tratamiento térmico?

Existen muchos procesos diferentes de tratamiento térmico. La mayoría pueden clasificarse en unos pocos grupos principales. Cada uno se realiza por un motivo diferente. Conocer estos tipos básicos de tratamiento térmico le ayudará a saber qué puede hacer con un metal o una aleación.

He aquí una tabla sencilla de las opciones de tratamiento más comunes:

Estos tratamientos térmicos comunes, como el recocido, el temple y el revenido, son las ideas básicas para trabajar el metal hoy en día. Muchos métodos de tratamiento térmico no son más que formas ligeramente diferentes de hacer estas cosas principales.

¿Cómo se templa el acero con un proceso de tratamiento térmico?

Para endurecer el acero, hay que cambiar su microestructura a una forma que sea muy dura. Este tratamiento térmico consiste en calentar el acero a una temperatura muy alta. La temperatura exacta varía en función del tipo de acero y de su contenido en carbono. El acero se calienta hasta un punto superior a su temperatura crítica superior. Esto permite que los trozos de carbono se mezclen con el acero.

Una vez calentado el metal y finalizado este cambio, es necesario enfriarlo muy rápidamente. Esto se denomina enfriamiento rápido. El acero suele sumergirse en agua, aceite o un líquido especial. Este enfriamiento rápido bloquea los trozos de carbono. Así se consigue una estructura muy dura, pero también muy quebradiza. Este método es ideal para aumentar la dureza de artículos como el acero para herramientas o los cuchillos. El objetivo de este tratamiento térmico es conseguir una dureza muy elevada.

¿Qué significa recocer un metal?

Recocer un metal significa hacerlo más blando y fácil de trabajar. El recocido es el proceso inverso al temple. En lugar de un enfriamiento rápido, el recocido utiliza un método de enfriamiento muy lento. Este método de tratamiento térmico se utiliza para aliviar tensiones en el interior, ablandar el metal y hacerlo más fácil de doblar y más resistente. Suele hacerse después de haber trabajado el metal en frío, lo que puede hacerlo duro y fácil de romper.

Existen diferentes formas de recocido. En un proceso de recocido completo, el metal se calienta a una temperatura elevada determinada. A continuación, se enfría lentamente a una velocidad determinada. Esto suele hacerse dejándolo enfriar en el horno. El proceso de recocido permite que la microestructura vuelva a un estado más asentado y blando. Otros tipos de tratamiento térmico, como el recocido parcial o el recocido de recristalización, utilizan diferentes temperaturas de calentamiento y velocidades de enfriamiento para obtener distintos resultados. El recocido se utiliza para preparar un metal para seguir trabajando en él.

¿Por qué es importante templar el acero después de templarlo?

Cuando se endurece el acero con un temple, se obtiene una dureza asombrosa. Pero también causa un gran problema: el acero se vuelve muy quebradizo. Un material quebradizo puede romperse fácilmente como el cristal si lo golpeas. Esto no es bueno para la mayoría de herramientas o piezas. Por eso es tan útil el proceso de revenido. El revenido es un tratamiento térmico que se realiza después de endurecimiento para reducir la fragilidad.

El proceso se realiza calentando el acero templado a una temperatura mucho más baja. Se mantiene a este calor durante cierto tiempo. Después se deja enfriar, a menudo al aire a temperatura ambiente. Este calentamiento suave permite que algunos de los fragmentos bloqueados en la microestructura se muevan un poco. Disminuye en parte la dureza, pero mejora mucho la tenacidad. Cuanto más alta sea la temperatura de revenido, menos duro y más tenaz será el acero. Esto nos permite introducir pequeños cambios en el funcionamiento final de las piezas de acero.

¿Qué es la cementación en caja y en qué se diferencia?

A veces, no es necesario que toda la pieza sea dura. Es posible que desee una pieza con una superficie muy dura que no se desgaste fácilmente. Pero puede que quiera que la parte central sea más blanda y resistente. Por eso utilizamos la cementación en caja. La cementación es un tipo de tratamiento térmico que sólo endurece la capa exterior, o "caja", de una pieza metálica. Así se consigue una superficie endurecida, mientras que el interior de la pieza sigue siendo más fácil de doblar.

Existen varias formas de hacerlo. Dos procesos habituales de tratamiento térmico para la cementación son el carburizado y la nitruración.

• La carburación se realiza calentando el acero en un lugar con mucho carbono. Los trozos de carbono penetran en la superficie del acero. Esto aumenta su contenido de carbono. A continuación, la pieza puede someterse a una fase normal de endurecimiento y temple. Pero sólo la superficie con mucho carbono se endurecerá mucho.
• La nitruración es un proceso similar, pero utiliza nitrógeno y no carbono. Es un tratamiento de superficie que se realiza a una temperatura más baja. Se consigue una superficie muy dura y duradera. Este método de tratamiento térmico es muy bueno para engranajes y piezas para motores.

¿Cómo alivia la tensión en el metal un tratamiento térmico?

Cuando se fabrica una pieza metálica, por ejemplo soldándola, cortándola o doblándola, pueden acumularse tensiones en su interior. Esta tensión no se ve. Pero puede hacer que la pieza se doble o incluso se rompa con el tiempo. Un tratamiento térmico especial, denominado eliminación de tensiones, puede ayudar a resolver este problema. El objetivo de este proceso térmico es aliviar las fuerzas acumuladas. Y lo hace sin cambiar las características principales del metal.

Para aliviar la tensión, la pieza se calienta suavemente a una temperatura inferior a su punto de cambio. Se mantiene así el tiempo suficiente para que la microestructura interna del metal se asiente. Esto también permite que las tensiones internas se distribuyan uniformemente. A continuación, se enfría muy lentamente. Este enfriamiento lento es muy importante. Asegura que no se produzcan nuevas tensiones. Este tratamiento térmico es un paso muy importante para garantizar que las piezas sean resistentes y fiables.

¿Existen diferentes programas de tratamiento térmico para el acero?

Sí, sin duda. Un programa de tratamiento térmico es como una receta que se sigue para un tratamiento térmico. Le indica las temperaturas, tiempos y velocidades de enfriamiento exactos que debe utilizar para un determinado tipo de aleación. Los distintos tipos de acero, como el acero al carbono, los aceros aleados o el acero inoxidable, necesitan sus propios programas de tratamiento térmico para obtener las características deseadas.

Por ejemplo, un acero para herramientas con alto contenido en carbono tendrá un programa muy diferente al de un acero con bajo contenido en carbono para la construcción. Incluso un pequeño cambio en el tiempo de calentamiento o la velocidad de enfriamiento puede suponer una gran diferencia en la dureza y tenacidad finales. Por eso, los expertos en tratamiento térmico siguen muy de cerca estos planes. Utilizan herramientas especiales para controlar las fases de calentamiento y enfriamiento. Así se aseguran de que cada pieza recibe el tratamiento térmico adecuado.

¿Qué procesos de tratamiento térmico hay que conocer?

Ya conocemos los cuatro grandes: temple, recocido, revenido y cementación. Estas son las partes más importantes del tratamiento térmico. Nos ayudan a hacer las cosas más fuertes, ablandar los materiales, reducir la fragilidad y hacer una superficie dura. Estos procesos térmicos comunes se utilizan en todo tipo de trabajos con metales.

Dentro de estos grupos, hay muchos tipos especiales de tratamiento térmico. Por ejemplo, un proceso llamado normalización es un tipo de tratamiento térmico de recocido. Se utiliza en acero fundido para conseguir una microestructura más uniforme en su interior. El proceso de enfriamiento también tiene muchos tipos diferentes. Van desde el uso de agua corriente hasta aceites o líquidos especiales que controlan la velocidad de enfriamiento. Si se trata de piezas inoxidables o de una simple aleación, se realiza un tratamiento térmico para que funcione lo mejor posible. El mundo del calentamiento de un metal o una aleación para cambiar sus características es muy amplio. Pero estas ideas principales son las que lo hacen posible.

Key Takeaways to Remember

• El tratamiento térmico utiliza un calentamiento y un enfriamiento cuidadosos para modificar las características de un metal.
• El objetivo principal es cambiar la diminuta estructura del interior del metal o la aleación.
• El temple endurece mucho el acero. Pero también lo hace quebradizo debido a un enfriamiento rápido.
• El recocido consiste en un enfriamiento lento. Esto hace que el metal sea más blando y fácil de trabajar.
• El revenido es un tratamiento térmico que se realiza después del temple. Devuelve la dureza al acero.
• La cementación es una forma de endurecimiento superficial. Crea una capa exterior dura y una intermedia resistente.
• Cada tratamiento térmico sigue un plan claro de temperatura, tiempo y velocidad de enfriamiento.