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AREA ACADEMICA DE METALURGIA

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¿Cómo cambia el tratamiento térmico las propiedades del acero?

El acero es esencial para el mundo moderno y se utiliza en edificios comerciales y residenciales, automóviles, aviones, plataformas petrolíferas y oleoductos. Tiene propiedades únicas como resistencia, maleabilidad y durabilidad, y es adecuado para muchas aplicaciones. Este artículo discutirá cómo el tratamiento térmico cambia las propiedades del acero.

Acero tratado térmicamente: una historia

El acero ha sido utilizado por la humanidad durante miles de años. La producción de hierro se remonta a Anatolia alrededor del año 2000 a. C., con la edad del hierro bien establecida en el año 1000 a. Hacia el 500 a. C., la tecnología del hierro había llegado a los límites de Europa y, hacia el 400 a. C., había llegado a China. El hierro primitivo se producía en pequeños hornos de cuba, formándose como protuberancias o protuberancias sólidas, que luego se forjaban en hierro forjado.


Cuando el acero tiene un contenido de carbono superior al 0,3%, se vuelve quebradizo. Hacia el 900 a. C., los egipcios comenzaron a utilizar el calor para reducir esto. Existe evidencia de que podían producir acero tratado térmicamente en China en los siglos segundo y primero a. C. (la dinastía Han). En el mundo occidental, el Imperio Romano ayudó a difundir la tecnología de fabricación de hierro y acero hasta los límites de Europa y África del Norte.


Un gran avance tecnológico se produjo en el siglo XV con la energía hidráulica para bombear aire a los hornos de floración, aumentando la temperatura hasta 1200 o C, creando un hierro líquido rico en carbono. Conocido como hierro fundido, este material sentó las bases para gran parte del mundo moderno. Para aumentar nuevamente el contenido de hierro para hacer acero, el hierro se sometió a un proceso de carburación.


Durante los siguientes siglos, se avanzó mucho en la industria siderúrgica para refinar el proceso y fabricar el material con el que todos estamos familiarizados hoy. Se han desarrollado muchos métodos, incluidos los crisoles, el método Bessemer, la fabricación de acero eléctrico y la adición de materiales como el tungsteno y el manganeso para crear aleaciones.

Métodos de tratamiento térmico

El acero al carbono es un material increíblemente versátil y sus propiedades pueden modificarse. El material tiene sus limitaciones, incluyendo:

  • Dureza limitada, resistencia a la tracción y dureza en su forma no tratada

  • Poca resistencia a la oxidación.

  • Grietas y distorsiones causadas por un enfriamiento drástico

  • Puede sufrir ablandamiento a altas temperaturas.

  • Las secciones grandes son difíciles de endurecer

Estas limitaciones hacen que el acero no sea adecuado para aplicaciones específicas en su forma no tratada. Al agregar carbono y usar un tratamiento térmico, estas propiedades pueden alterarse dentro de ciertos límites, creando un producto más robusto y duradero.


Endurecimiento

Cuando el acero con un contenido de carbono medio a alto se somete a un tratamiento térmico, puede endurecerse. Según el contenido de carbono del acero, se pueden calentar a temperaturas específicas (780 o C a 850 o C) y luego templar en aceite o agua para enfriarlos rápidamente. Cuanto mayor sea el contenido de carbono, menor será la temperatura necesaria para endurecer el metal. Esta temperatura también se conoce como la "fase de cristal austenítico".


Este proceso altera las estructuras cristalinas dentro del metal, formando cementita (también conocida como carburo de hierro), un material duro y quebradizo que se clasifica como cerámica en su forma pura. La cementita tiene una estructura cristalina ortorrómbica y tiene un 6,67 % de carbono y un 93,3 % de hierro en peso.


Recocido

El recocido cambia las propiedades de un metal alterando y realineando la estructura del grano usando calor, haciendo que el metal sea más suave y dúctil. En este proceso, el acero se calienta justo por encima de su punto de recristalización, lo que permite que se enfríe lentamente. Un recocido completo implica dejar que el metal se enfríe en el propio horno.


normalizando

Al calentar el metal a un punto más alto que el del proceso de recocido y permitir que se enfríe al aire, se pueden eliminar las tensiones de la estructura del grano. La normalización del acero le da más estabilidad a la estructura y el metal se puede preparar para otros procesos.


templado

El acero se puede hacer más maleable al “templarlo”. Esto implica calentar el metal a una temperatura predeterminada que depende del nivel de maleabilidad requerido. El templado le quita una pequeña cantidad de dureza al acero.


Temple

El enfriamiento se refiere al enfriamiento rápido del metal caliente usando aceite o agua. Esto fragua el acero, haciéndolo duro pero quebradizo. El acero se calienta y se enfría varias veces, creando un producto resistente que garantizará que sea lo suficientemente fuerte para soportar edificios, puentes y cualquier otra estructura en la que pueda usarse.

El recocido, el temple y el revenido generalmente siempre se utilizan en el tratamiento térmico del acero.


Conclusión

Durante los últimos dos milenios, la tecnología del acero se ha desarrollado a pasos agigantados. Hoy en día, el acero se utiliza en casi todas las facetas de nuestro entorno construido. Sin embargo, el acero sin tratar tiene el potencial de fallar, con resultados potencialmente catastróficos. Por lo tanto, el tratamiento térmico controlado del acero es crucial para garantizar que tenga las propiedades deseadas necesarias para el uso previsto, y el calentamiento y enfriamiento de diferentes maneras provocan diferentes cambios estructurales que pueden afinar la estructura deseada.


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