El templado es un proceso de tratamiento térmico, que se utiliza para aumentar la tenacidad de las aleaciones a base de hierro . El templado generalmente se realiza después del endurecimiento , para reducir parte del exceso de dureza , y se realiza calentando el metal a una temperatura por debajo del punto crítico durante un cierto período de tiempo y luego dejándolo enfriar en aire en calma. La temperatura exacta determina la cantidad de dureza eliminada y depende tanto de la composición específica de la aleación como de las propiedades deseadas en el producto terminado. Por ejemplo, las herramientas muy duras suelen templarse a bajas temperaturas, mientras que los resortes se templan a temperaturas mucho más altas.
El templado es una técnica de tratamiento térmico aplicada a aleaciones ferrosas , como el acero o el hierro fundido , para conseguir una mayor tenacidad disminuyendo la dureza de la aleación. La reducción de la dureza suele ir acompañada de un aumento de la ductilidad , disminuyendo así la fragilidad del metal. El templado generalmente se realiza después del templado , que es un enfriamiento rápido del metal para ponerlo en su estado más duro. El templado se logra mediante el calentamiento controlado de la pieza de trabajo enfriada a una temperatura por debajo de su " temperatura crítica más baja ". Esto también se denomina temperatura de transformación inferior o temperatura de detención inferior (A 1 ): la temperatura a la que las fases cristalinas de la aleación, llamadas ferrita y cementita , comienzan a combinarse para formar una solución sólida monofásica denominada austenita . Se evita calentar por encima de esta temperatura para no destruir la microestructura muy dura y enfriada, llamada martensita . [3]
El control preciso del tiempo y la temperatura durante el proceso de templado es crucial para lograr el equilibrio deseado de propiedades físicas. Las bajas temperaturas de templado solo pueden aliviar las tensiones internas, disminuyendo la fragilidad y manteniendo la mayor parte de la dureza. Las temperaturas de templado más altas tienden a producir una mayor reducción en la dureza, sacrificando algo de límite elástico y resistencia a la tracción para un aumento en la elasticidad y plasticidad . Sin embargo, en algunos aceros de baja aleación , que contienen otros elementos como cromo y molibdeno , el revenido a bajas temperaturas puede producir un aumento de la dureza, mientras que a temperaturas más altas la dureza disminuirá. Muchos aceros con altas concentraciones de estos elementos de aleación se comportan como aleaciones de endurecimiento por precipitación , lo que produce efectos opuestos en las condiciones encontradas en el temple y revenido, y se denominan aceros martensíticos . [3]
En los aceros al carbono , el templado altera el tamaño y la distribución de los carburos en la martensita, formando una microestructura denominada "martensita templada". El templado también se realiza en aceros normalizados y hierros fundidos, para aumentar la ductilidad, la maquinabilidad y la resistencia al impacto. [3] El acero generalmente se templa de manera uniforme, lo que se denomina "revenido total", lo que produce una dureza casi uniforme, pero a veces se calienta de manera desigual, lo que se conoce como "revenido diferencial", lo que produce una variación en la dureza. [4]
El templado es una antigua técnica de tratamiento térmico. El ejemplo más antiguo conocido de martensita templada es un pico que se encontró en Galilea y que data aproximadamente del 1200 al 1100 a.C. [5] El proceso se utilizó en todo el mundo antiguo, desde Asia hasta Europa y África. Durante la antigüedad se han intentado muchos métodos diferentes y baños de enfriamiento para el temple, desde el temple en orina, sangre o metales como el mercurio o el plomo, pero el proceso de templado se ha mantenido relativamente sin cambios a lo largo de los siglos. El templado se confundía a menudo con el temple y, a menudo, el término se utilizaba para describir ambas técnicas. En 1889, Sir William Chandler Roberts-Austen escribió: "Aún hay tanta confusión entre las palabras "temperamento", "templado" y "endurecimiento" en los escritos incluso de autoridades eminentes, que es bueno mantener estas viejas palabras. Definiciones cuidadosamente en mente. Emplearé la palabra templar en el mismo sentido que suavizar ". [6]
En metalurgia , uno puede encontrar muchos términos que tienen significados muy específicos dentro del campo, pero que pueden parecer bastante vagos cuando se ven desde fuera. Términos como "dureza", "resistencia al impacto", "dureza" y "resistencia" pueden tener muchas connotaciones diferentes, lo que a veces hace difícil discernir el significado específico. Algunos de los términos encontrados y sus definiciones específicas son:
Muy pocos metales reaccionan al tratamiento térmico de la misma manera o en la misma medida que el acero al carbono , y el comportamiento del tratamiento térmico del acero al carbono puede variar radicalmente dependiendo de los elementos de aleación. El acero se puede ablandar hasta un estado muy maleable mediante recocido , o se puede endurecer hasta un estado tan duro y quebradizo como el vidrio mediante temple . Sin embargo, en su estado endurecido, el acero suele ser demasiado frágil y carece de la tenacidad a la fractura para ser útil en la mayoría de las aplicaciones. El templado es un método utilizado para disminuir la dureza, aumentando así la ductilidad del acero templado, para impartir algo de elasticidad y maleabilidad al metal. Esto permite que el metal se doble antes de romperse. Dependiendo de cuánto temple se imparte al acero, puede doblarse elásticamente (el acero vuelve a su forma original una vez que se retira la carga), o puede doblarse plásticamente (el acero no vuelve a su forma original, lo que resulta en una deformación permanente). ), antes de fracturarse . El templado se utiliza para equilibrar con precisión las propiedades mecánicas del metal, como resistencia al corte , límite elástico , dureza , ductilidad y resistencia a la tracción , para lograr cualquier combinación de propiedades, lo que hace que el acero sea útil para una amplia variedad de aplicaciones. Herramientas como martillos y llaves requieren buena resistencia a la abrasión, resistencia al impacto y resistencia a la deformación. Los resortes no requieren tanta resistencia al desgaste, pero deben deformarse elásticamente sin romperse. Las piezas de automóviles tienden a ser un poco menos resistentes, pero deben deformarse plásticamente antes de romperse.
Excepto en casos raros en los que se necesita máxima dureza o resistencia al desgaste, como el acero no templado utilizado para las limas , el acero templado casi siempre se revende hasta cierto punto. Sin embargo, el acero a veces se recoce mediante un proceso llamado normalización , dejando el acero solo parcialmente ablandado. A veces se utiliza el templado en aceros normalizados para suavizarlos aún más, aumentando la maleabilidad y la maquinabilidad para facilitar el trabajo del metal . El templado también se puede utilizar en acero soldado , para aliviar algunas de las tensiones y el exceso de dureza creados en la zona afectada por el calor alrededor de la soldadura. [3]
El templado se realiza con mayor frecuencia en acero que se ha calentado por encima de su temperatura crítica superior (A 3 ) y luego se ha enfriado rápidamente, en un proceso llamado temple , utilizando métodos como sumergir el acero caliente en agua, aceite o aire forzado. El acero templado, que se coloca en su estado más duro posible o muy cerca de él, se templa para disminuir gradualmente la dureza hasta un punto más adecuado para la aplicación deseada. La dureza del acero templado depende tanto de la velocidad de enfriamiento como de la composición de la aleación. El acero con un alto contenido de carbono alcanzará un estado mucho más duro que el acero con un bajo contenido de carbono. Del mismo modo, templar acero con alto contenido de carbono a una determinada temperatura producirá acero que es considerablemente más duro que el acero con bajo contenido de carbono templado a la misma temperatura. El tiempo que se mantiene a la temperatura de templado también influye. Templar a una temperatura ligeramente elevada durante un tiempo más corto puede producir el mismo efecto que templar a una temperatura más baja durante un tiempo más largo. Los tiempos de templado varían según el contenido de carbono, el tamaño y la aplicación deseada del acero, pero normalmente oscilan entre unos pocos minutos y unas pocas horas.
Templar el acero templado a temperaturas muy bajas, entre 66 y 148 °C (151 y 298 °F), generalmente no tendrá mucho efecto más que un ligero alivio de algunas de las tensiones internas y una disminución de la fragilidad. El templado a temperaturas más altas, de 148 a 205 °C (298 a 401 °F), producirá una ligera reducción de la dureza, pero principalmente aliviará gran parte de las tensiones internas. En algunos aceros con bajo contenido de aleación, el revenido en el rango de 260 y 340 °C (500 y 644 °F) provoca una disminución de la ductilidad y un aumento de la fragilidad, y se denomina "fragilidad de martensita templada" (TME). rango. Salvo en el caso de la herrería, se suele evitar este rango. El acero que requiere más resistencia que tenacidad, como las herramientas, generalmente no se templa a más de 205 °C (401 °F). En cambio, normalmente se produce una variación en la dureza variando únicamente el tiempo de revenido. Cuando se desea una mayor tenacidad a expensas de la resistencia, se utilizan temperaturas de templado más altas, de 370 a 540 °C (698 a 1004 °F). El templado a temperaturas aún más altas, entre 540 y 600 °C (1004 y 1112 °F), producirá una excelente tenacidad, pero con una importante reducción de la resistencia y la dureza. A 600 °C (1112 °F), el acero puede experimentar otra etapa de fragilización, llamada "fragilización por temperamento" (TE), que ocurre si el acero se mantiene dentro del rango de temperatura de fragilización por temperamento durante demasiado tiempo. Cuando se calienta por encima de esta temperatura, el acero generalmente no se mantendrá durante mucho tiempo y se enfriará rápidamente para evitar la fragilidad del temperamento. [3]
El acero que se ha calentado por encima de su temperatura crítica superior y luego se ha enfriado en aire estancado se denomina acero normalizado. El acero normalizado se compone de granos de perlita , martensita y, a veces, bainita , mezclados dentro de la microestructura. Esto produce acero que es mucho más resistente que el acero completamente recocido y mucho más resistente que el acero templado y templado. Sin embargo, a veces se necesita mayor dureza con una reducción de la resistencia. El templado proporciona una manera de disminuir cuidadosamente la dureza del acero, aumentando así la tenacidad a un punto más deseable. El acero fundido a menudo se normaliza en lugar de recocido, para disminuir la cantidad de distorsión que puede ocurrir. El templado puede disminuir aún más la dureza, aumentando la ductilidad hasta un punto más parecido al acero recocido. [8] El templado se utiliza a menudo en aceros al carbono y produce prácticamente los mismos resultados. El proceso, llamado "normalizar y templar", se usa frecuentemente en aceros como el acero al carbono 1045 o la mayoría de los demás aceros que contienen entre 0,35 y 0,55% de carbono. Estos aceros suelen templarse después de la normalización para aumentar la tenacidad y aliviar las tensiones internas. Esto puede hacer que el metal sea más adecuado para el uso previsto y más fácil de mecanizar . [9]
El acero que ha sido soldado por arco , soldado con gas o soldado de cualquier otra manera además del soldado por forja , se ve afectado en un área localizada por el calor del proceso de soldadura. Esta área localizada, llamada zona afectada por el calor (HAZ), está compuesta de acero que varía considerablemente en dureza, desde acero normalizado hasta acero casi tan duro como el acero templado cerca del borde de esta zona afectada por el calor. La contracción térmica debido al calentamiento, solidificación y enfriamiento desiguales crea tensiones internas en el metal, tanto dentro como alrededor de la soldadura. A veces se utiliza el templado en lugar de aliviar la tensión (incluso calentar y enfriar todo el objeto justo por debajo de la temperatura A 1 ) para reducir las tensiones internas y disminuir la fragilidad alrededor de la soldadura. El templado localizado se utiliza a menudo en soldaduras cuando la construcción es demasiado grande, intrincada o demasiado incómoda para calentar todo el objeto de manera uniforme. Las temperaturas de templado para este fin suelen rondar los 205 °C (401 °F) y 343 °C (649 °F). [10]
Las barras de refuerzo modernas con una resistencia de 500 MPa pueden fabricarse a partir de costosos aceros microaleados o mediante un proceso de enfriamiento y autotemplado (QST). Después de que la barra sale del paso final de laminación, donde se aplica la forma final de la barra, la barra se rocía con agua que templa la superficie exterior de la barra. La velocidad de la barra y la cantidad de agua se controlan cuidadosamente para dejar el núcleo de la barra sin apagar. Luego, el núcleo caliente templa la parte exterior ya templada, dejando una barra con alta resistencia pero también con cierto grado de ductilidad.
El templado fue originalmente un proceso utilizado y desarrollado por herreros (forjadores de hierro). El proceso probablemente fue desarrollado por los hititas de Anatolia (la actual Turquía), en el siglo XII o XI a.C. Sin conocimientos de metalurgia, el templado se ideó originalmente mediante un método de prueba y error.
Debido a que hasta los tiempos modernos existían pocos métodos para medir la temperatura con precisión, la temperatura generalmente se juzgaba observando los colores templados del metal. El templado a menudo consistía en calentar sobre una forja de carbón o carbón , o mediante fuego, por lo que generalmente no era posible mantener el trabajo exactamente a la temperatura adecuada durante el tiempo correcto. El templado generalmente se realizaba sobrecalentando lenta y uniformemente el metal, a juzgar por el color, y luego enfriándolo inmediatamente, ya sea al aire libre o sumergiéndolo en agua. Esto produjo prácticamente el mismo efecto que calentar a la temperatura adecuada durante el período de tiempo adecuado y evitó la fragilización al templar en un corto período de tiempo. Sin embargo, aunque existen guías de colores de templado, este método de templado suele requerir mucha práctica para perfeccionarse, porque el resultado final depende de muchos factores, entre ellos la composición del acero, la velocidad a la que se calentó, el tipo de fuente de calor ( oxidante o carburante ), la velocidad de enfriamiento, películas de aceite o impurezas en la superficie y muchas otras circunstancias que varían de un herrero a otro o incluso de un trabajo a otro. El espesor del acero también influye. Con artículos más gruesos, resulta más fácil calentar solo la superficie a la temperatura adecuada, antes de que el calor pueda penetrar. Sin embargo, es posible que los artículos muy gruesos no puedan endurecerse completamente durante el enfriamiento. [11]
Si el acero ha sido recién molido, lijado o pulido, formará una capa de óxido en su superficie cuando se caliente. A medida que aumenta la temperatura del acero, también aumentará el espesor del óxido de hierro . Aunque el óxido de hierro normalmente no es transparente, estas capas delgadas permiten el paso de la luz, reflejándose tanto en la superficie superior como en la inferior de la capa. Esto provoca un fenómeno llamado interferencia de película delgada , que produce colores en la superficie. A medida que el grosor de esta capa aumenta con la temperatura, hace que los colores cambien de un amarillo muy claro a marrón, violeta y luego azul. Estos colores aparecen a temperaturas muy precisas y proporcionan al herrero un indicador muy preciso para medir la temperatura. Los distintos colores, sus correspondientes temperaturas y algunos de sus usos son:
En el caso del acero al carbono, más allá del color gris azulado, el óxido de hierro pierde su transparencia y la temperatura ya no se puede juzgar de esta manera, aunque otras aleaciones como el acero inoxidable pueden producir una gama mucho más amplia que incluye dorados, verde azulados y magentas. La capa también aumentará de espesor a medida que pasa el tiempo, lo cual es otra razón por la que se utiliza el sobrecalentamiento y el enfriamiento inmediato. El acero en un horno de templado, mantenido a 205 °C (401 °F) durante mucho tiempo, comenzará a tornarse marrón, violeta o azul, aunque la temperatura no exceda la necesaria para producir un color pajizo claro. Las fuentes de calor oxidantes o carburantes también pueden afectar el resultado final. La capa de óxido de hierro, a diferencia del óxido , también protege el acero de la corrosión mediante pasivación . [12]
El templado diferencial es un método para proporcionar diferentes cantidades de temple a diferentes partes del acero. El método se utiliza a menudo en cuchillería , para fabricar cuchillos y espadas , para proporcionar un borde muy duro y al mismo tiempo suavizar el lomo o el centro de la hoja. Esto aumentó la dureza y al mismo tiempo mantuvo un borde muy duro, afilado y resistente a los impactos, lo que ayudó a evitar roturas. Esta técnica se encontraba con mayor frecuencia en Europa, a diferencia de las técnicas de endurecimiento diferencial más comunes en Asia, como en la forja de espadas japonesa .
El templado diferencial consiste en aplicar calor sólo a una parte de la hoja, normalmente el lomo, o el centro de las hojas de doble filo. En el caso de las hojas de un solo filo, el calor, a menudo en forma de llama o de una barra al rojo vivo, se aplica únicamente al lomo de la hoja. Luego se observa atentamente la hoja mientras se forman los colores templados y se arrastran lentamente hacia el borde. Luego se retira el calor antes de que el color pajizo claro llegue al borde. Los colores continuarán moviéndose hacia el borde por un corto tiempo después de que se elimine el calor, por lo que el herrero generalmente retira el calor un poco antes, de modo que el amarillo pálido apenas llegue al borde y no viaje más lejos. Se utiliza un método similar para las hojas de doble filo, pero la fuente de calor se aplica al centro de la hoja, lo que permite que los colores se deslicen hacia cada borde. [13]
Los métodos de enfriamiento interrumpido a menudo se denominan revenido, aunque los procesos son muy diferentes del revenido tradicional. Estos métodos consisten en enfriar a una temperatura específica que esté por encima de la temperatura inicial de martensita (Ms ) y luego mantener esa temperatura durante períodos de tiempo prolongados. Dependiendo de la temperatura y la cantidad de tiempo, esto permite que se forme bainita pura o retrasa la formación de martensita hasta que gran parte de las tensiones internas se relajen. Estos métodos se conocen como austempering y martempering. [14]
La austemperación es una técnica utilizada para formar bainita pura, una microestructura de transición que se encuentra entre la perlita y la martensita. En la normalización, tanto la bainita superior como la inferior suelen encontrarse mezcladas con perlita. Para evitar la formación de perlita o martensita, el acero se templa en un baño de metales o sales fundidos. Esto enfría rápidamente el acero más allá del punto donde se puede formar perlita y hasta el rango de formación de bainita. Luego, el acero se mantiene a la temperatura de formación de bainita, más allá del punto donde la temperatura alcanza el equilibrio, hasta que la bainita se forma completamente. Luego se retira el acero del baño y se deja enfriar al aire, sin que se forme perlita ni martensita.
Dependiendo de la temperatura de mantenimiento, el austemperado puede producir bainita superior o inferior. La bainita superior es una estructura laminada formada a temperaturas típicamente superiores a 350 °C (662 °F) y es una microestructura mucho más resistente. La bainita inferior es una estructura en forma de aguja, producida a temperaturas inferiores a 350 °C, y es más fuerte pero mucho más frágil. [15] En cualquier caso, el austempering produce mayor resistencia y tenacidad para una dureza determinada, que está determinada principalmente por la composición más que por la velocidad de enfriamiento, y reduce las tensiones internas que podrían provocar roturas. Esto produce acero con una resistencia superior al impacto. Los punzones y cinceles modernos suelen estar austeros. Debido a que el austemplado no produce martensita, el acero no requiere revenido adicional. [14]
El martemperado es similar al austemperado, en el sentido de que el acero se templa en un baño de metal fundido o sales para enfriarlo rápidamente más allá del rango de formación de perlita. Sin embargo, al martemperar, el objetivo es crear martensita en lugar de bainita. El acero se templa a una temperatura mucho más baja que la utilizada para el austemperado; justo por encima de la temperatura inicial de la martensita. Luego, el metal se mantiene a esta temperatura hasta que la temperatura del acero alcanza el equilibrio. Luego, el acero se retira del baño antes de que se pueda formar bainita y luego se deja enfriar al aire, convirtiéndolo en martensita. La interrupción del enfriamiento permite que gran parte de las tensiones internas se relajen antes de que se forme martensita, lo que disminuye la fragilidad del acero. Sin embargo, el acero templado generalmente necesitará someterse a un templado adicional para ajustar la dureza y la tenacidad, excepto en casos raros en los que se necesita la máxima dureza pero no la fragilidad que la acompaña. Los archivos modernos a menudo están alterados. [14]
El templado implica un proceso de tres pasos en el que la martensita inestable se descompone en ferrita y carburos inestables y, finalmente, en cementita estable, formando varias etapas de una microestructura llamada martensita templada. La martensita normalmente consiste en listones (tiras) o placas, que a veces parecen aciculares (en forma de aguja) o lenticulares (en forma de lente). Dependiendo del contenido de carbono, también contiene una cierta cantidad de "austenita retenida". La austenita retenida son cristales que no pueden transformarse en martensita, incluso después de enfriarlos por debajo de la temperatura de acabado de martensita (Mf ) . Un aumento de los agentes de aleación o del contenido de carbono provoca un aumento de la austenita retenida. La austenita tiene una energía de falla de apilamiento mucho mayor que la martensita o la perlita, lo que reduce la resistencia al desgaste y aumenta las posibilidades de corrosión , aunque parte o la mayor parte de la austenita retenida se puede transformar en martensita mediante tratamientos criogénicos y en frío antes del templado.
La martensita se forma durante una transformación sin difusión , en la que la transformación se produce debido a tensiones cortantes creadas en las redes cristalinas en lugar de cambios químicos que ocurren durante la precipitación. Las tensiones cortantes crean muchos defectos o " dislocaciones " entre los cristales, proporcionando áreas menos estresantes para que los átomos de carbono se reubiquen. Al calentarse, los átomos de carbono primero migran a estos defectos y luego comienzan a formar carburos inestables. Esto reduce la cantidad de martensita total al cambiar parte de ella a ferrita. Un calentamiento adicional reduce aún más la martensita, transformando los carburos inestables en cementita estable.
La primera etapa de templado ocurre entre la temperatura ambiente y 200 °C (392 °F). En la primera etapa, el carbono precipita en ε-carbono (Fe 2,4 C). En la segunda etapa, que ocurre entre 150 °C (302 °F) y 300 °C (572 °F), la austenita retenida se transforma en una forma de bainita inferior que contiene carbono ε en lugar de cementita (arcaicamente denominada "troostita"). "). [16] [17] La tercera etapa ocurre a 200 °C (392 °F) y más. En la tercera etapa, el carbono ε precipita en cementita y el contenido de carbono en la martensita disminuye. Si se templa a temperaturas más altas, entre 650 °C (1202 °F) y 700 °C (1292 °F), o durante períodos de tiempo más largos, la martensita puede volverse completamente ferrítica y la cementita puede volverse más gruesa o más esférica. En el acero esferoidizado, la red de cementita se rompe y retrocede en varillas o glóbulos de forma esférica, y el acero se vuelve más blando que el acero recocido; Casi tan suave como el hierro puro, lo que lo hace muy fácil de moldear o mecanizar . [18]
La fragilidad ocurre durante el templado cuando, a través de un rango de temperatura específico, el acero experimenta un aumento de dureza y una reducción de ductilidad, a diferencia de la disminución normal de dureza que ocurre en ambos lados de este rango. El primer tipo se llama fragilización por martensita templada (TME) o fragilización en un solo paso. El segundo se conoce como fragilización por temperamento (TE) o fragilización en dos pasos.
La fragilización en un solo paso generalmente ocurre en el acero al carbono a temperaturas entre 230 °C (446 °F) y 290 °C (554 °F), e históricamente se la denominaba "fragilización de 500 grados [Fahrenheit]". Esta fragilización se produce debido a la precipitación de agujas o placas de Widmanstatten , hechas de cementita, en los límites entre listones de la martensita. Impurezas como el fósforo o agentes de aleación como el manganeso pueden aumentar la fragilización o alterar la temperatura a la que se produce. Este tipo de fragilización es permanente y sólo puede aliviarse calentando por encima de la temperatura crítica superior y luego enfriándolo nuevamente. Sin embargo, estas microestructuras generalmente requieren una hora o más para formarse, por lo que no suelen ser un problema en el método de templado del herrero.
La fragilización en dos pasos generalmente ocurre al envejecer el metal dentro de un rango de temperatura crítico, o al enfriarlo lentamente a través de ese rango. Para el acero al carbono, esto suele estar entre 370 °C (698 °F) y 560 °C (1040 °F). , aunque las impurezas como el fósforo y el azufre aumentan drásticamente el efecto. Esto generalmente ocurre porque las impurezas pueden migrar a los límites de los granos, creando puntos débiles en la estructura. La fragilización a menudo se puede evitar enfriando rápidamente el metal después del templado. Sin embargo, la fragilización en dos pasos es reversible. La fragilidad se puede eliminar calentando el acero por encima de 600 °C (1112 °F) y luego enfriándolo rápidamente. [19]
Muchos elementos suelen estar aleados con acero. El objetivo principal de alear la mayoría de los elementos con acero es aumentar su templabilidad y disminuir el ablandamiento bajo temperatura. A los aceros para herramientas, por ejemplo, se les pueden agregar elementos como cromo o vanadio para aumentar tanto la tenacidad como la resistencia, lo cual es necesario para cosas como llaves y destornilladores . Por otro lado, las brocas y limas rotativas necesitan conservar su dureza a altas temperaturas. Agregar cobalto o molibdeno puede hacer que el acero conserve su dureza, incluso a temperaturas al rojo vivo, formando aceros de alta velocidad. A menudo, se añaden al acero pequeñas cantidades de muchos elementos diferentes para darle las propiedades deseadas, en lugar de simplemente añadir uno o dos.
La mayoría de los elementos de aleación (solutos) tienen la ventaja no sólo de aumentar la dureza, sino también de reducir tanto la temperatura inicial de la martensita como la temperatura a la que la austenita se transforma en ferrita y cementita. Durante el enfriamiento, esto permite una velocidad de enfriamiento más lenta, lo que permite que los artículos con secciones transversales más gruesas se endurezcan a mayores profundidades de lo que es posible en acero al carbono simple, produciendo una mayor uniformidad en la resistencia.
Los métodos de templado para aceros aleados pueden variar considerablemente, dependiendo del tipo y cantidad de elementos agregados. En general, elementos como manganeso , níquel , silicio y aluminio permanecerán disueltos en la ferrita durante el templado mientras el carbono precipita. Cuando se apagan, estos solutos generalmente producirán un aumento en la dureza sobre el acero al carbono simple con el mismo contenido de carbono. Cuando se templan aceros aleados endurecidos que contienen cantidades moderadas de estos elementos, la aleación generalmente se ablanda un poco proporcionalmente al acero al carbono.
Sin embargo, durante el templado, elementos como el cromo, el vanadio y el molibdeno precipitan con el carbono. Si el acero contiene concentraciones bastante bajas de estos elementos, el ablandamiento del acero puede retardarse hasta alcanzar temperaturas mucho más altas, en comparación con las necesarias para templar el acero al carbono. Esto permite que el acero mantenga su dureza en aplicaciones de alta temperatura o alta fricción. Sin embargo, esto también requiere temperaturas muy altas durante el templado para lograr una reducción de la dureza. Si el acero contiene grandes cantidades de estos elementos, el templado puede producir un aumento de la dureza hasta alcanzar una temperatura concreta, momento en el que la dureza comenzará a disminuir. [20] [21] Por ejemplo, los aceros al molibdeno normalmente alcanzarán su dureza más alta alrededor de 315 °C (599 °F), mientras que los aceros al vanadio se endurecerán completamente cuando se revengan a alrededor de 371 °C (700 °F). Cuando se añaden cantidades muy grandes de solutos, los aceros aleados pueden comportarse como aleaciones endurecidas por precipitación, que no se ablandan en absoluto durante el revenido. [22]
El hierro fundido viene en muchos tipos, según el contenido de carbono. Sin embargo, se suelen dividir en fundición gris y blanca, según la forma que adopten los carburos. En la fundición gris, el carbono se encuentra principalmente en forma de grafito , pero en la fundición blanca, el carbono suele estar en forma de cementita . La fundición gris se compone principalmente de la microestructura denominada perlita , mezclada con grafito y en ocasiones ferrita. La fundición gris se utiliza habitualmente como fundición, estando determinadas sus propiedades por su composición.
El hierro fundido blanco se compone principalmente de una microestructura llamada ledeburita mezclada con perlita. La ledeburita es muy dura, lo que hace que el hierro fundido sea muy quebradizo. Si la fundición blanca tiene una composición hipoeutéctica , se suele templar para producir fundición maleable o dúctil. Se utilizan dos métodos de templado, llamados "templado blanco" y "templado negro". El propósito de ambos métodos de templado es hacer que la cementita dentro de la ledeburita se descomponga, aumentando la ductilidad. [23]
El hierro fundido maleable (poroso) se fabrica mediante templado blanco. El templado blanco se utiliza para quemar el exceso de carbono calentándolo durante períodos prolongados de tiempo en un ambiente oxidante. El hierro fundido generalmente se mantendrá a temperaturas de hasta 1000 °C (1830 °F) durante hasta 60 horas. Al calentamiento le sigue una velocidad de enfriamiento lenta de alrededor de 10 °C (18 °F) por hora. Todo el proceso puede durar 160 horas o más. Esto hace que la cementita se descomponga de la ledeburita y luego el carbono se queme a través de la superficie del metal, lo que aumenta la maleabilidad del hierro fundido. [23]
El hierro fundido dúctil (no poroso) (a menudo llamado "hierro negro") se produce mediante templado negro. A diferencia del templado blanco, el templado negro se realiza en un ambiente de gas inerte , de modo que el carbón en descomposición no se queme. En cambio, el carbono en descomposición se convierte en un tipo de grafito llamado "grafito templado" o "grafito en escamas", lo que aumenta la maleabilidad del metal. El templado generalmente se realiza a temperaturas de hasta 950 °C (1740 °F) durante un máximo de 20 horas. Al templado le sigue un enfriamiento lento hasta la temperatura crítica más baja, durante un período que puede durar de 50 a más de 100 horas. [23]
Las aleaciones endurecidas por precipitación se empezaron a utilizar a principios del siglo XX. La mayoría de las aleaciones tratables térmicamente entran en la categoría de aleaciones de endurecimiento por precipitación, incluidas las aleaciones de aluminio , magnesio , titanio y níquel . Varios aceros de alta aleación también son aleaciones que se endurecen por precipitación. Estas aleaciones se vuelven más blandas de lo normal cuando se templan y luego se endurecen con el tiempo. Por esta razón, el endurecimiento por precipitación a menudo se denomina "envejecimiento".
Aunque la mayoría de las aleaciones que endurecen por precipitación se endurecen a temperatura ambiente, algunas sólo se endurecen a temperaturas elevadas y, en otras, el proceso puede acelerarse envejeciendo a temperaturas elevadas. El envejecimiento a temperaturas superiores a la temperatura ambiente se denomina "envejecimiento artificial". Aunque el método es similar al templado, el término "templado" generalmente no se usa para describir el envejecimiento artificial, porque los procesos físicos (es decir, precipitación de fases intermetálicas de una aleación sobresaturada ) logran los resultados deseados (es decir, fortalecimiento en lugar de ablandamiento). ), y la cantidad de tiempo que se mantiene a una determinada temperatura es muy diferente del templado que se utiliza en el acero al carbono.