Tratamientos térmicos y de metales

Tratamientos térmicos y de metales

Los procesos industriales son aquellos que convierten una materia prima en un producto final. Entre ellos, en la industria los que destacan son los llamados tratamientos térmicos y de metales. Estas prácticas son esenciales para lograr la transformación de ese bien, a través de diferentes procesos químicos. Pero, ¿en qué consisten?

Comencemos por el hecho de conocer qué significa el término “tratamiento térmico”.

¿Qué son los tratamientos térmicos?

Son una combinación de operaciones en las que se le aplica caliente o frío a metales y aleaciones en estado sólido. Todo esto con la finalidad de obtener las propiedades o condiciones deseadas.

Pueden ser usados para:

Homogeneizar el fundido de aleaciones metálicas, mejorar su ductilidad en temperatura alta, ablandar metales antes o incluso durante su procesamiento, o modificar sus propiedades mecánicas. También se puede usar para cambiar la estructura química superficial de un material con el fin de obtener superficies con una dureza determinada.

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A su vez, estos tratamientos térmicos en metales están clasificados de la siguiente manera:

Temple: su objetivo es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Este proceso se realiza en tres etapas.

1.- Calentamiento del metal, donde la temperatura es elevada hasta el tope, según el acero usado.

2.- Temperatura uniforme, donde se mantendrá un tiempo determinado a temperatura constante.

3.- Rápido enfriamiento, luego del proceso anterior, debe ser enfriado rápidamente a través de distintos medios como agua, aceites, aire, etc.

Revenido: se realiza luego del tratamiento temple. Se usa para reducir las tensiones en el interior del material, que fueron producidas por el temple; esto debido a que el material adquiere una mayor fragilidad. Es de destacar que el revenido, se realizada a temperaturas mucho más bajas que el temple. Pero hay revenidos de bajas, medianas y altas temperaturas.

Recocido: este se usa para ablandar el acero. En este proceso se eleva la temperatura del metal hasta superar la temperatura temple. Posteriormente, se deja en una temperatura constante por un tiempo determinado. Se usa para taladrar acero templado, por ejemplo.

Cementación: es un proceso termoquímico. Este tiene la finalidad de obtener propiedades mecánicas exactas para la aplicación en las piedras tratadas. ¿Qué se busca con este tipo de tratamiento?, pues la obtención de piezas metálicas duras por la superficie que no sean frágiles o sensibles. Se usa en procedimientos de piezas como ejes, piñones, etc.

Cianuración: forma parte de otro tratamiento termoquímico. En este proceso, el acero es sometido a sales fundidas con cianuro sódico. Sin embargo, este tratamiento tiene una desventaja muy notoria y es que los vapores de cianuro son venenosos, por lo que el procedimiento debe ser hecho con sumo cuidado.

Nitruración: es una cementación en estado gaseosa. En este tratamiento, el acero es sometido a gases de amoniaco a temperaturas que oscilan entre los 400 y 500 grados centígrados. con este proceso, se pueden conseguir superficies más duras que la cementación sólida.

Normalizado: con este tratamiento se busca devolver al acero a sus propiedades y estructuras normales, eliminando todo tipo de tensión interna.

A nivel industrial, los tratamientos térmicos más usados son: normalizado, recocido, temple y revenido.

Hablemos un poco de historia

El origen del tratamiento térmico se remonta a épocas en la que los griegos buscaban una técnica para endurecer las armas de hierro que usaban hacia el 1000 AC.

Hasta el siglo XIV D.C, se forjaban aleaciones de hierro que en la actualidad son conocidos como hierro forjado. En esos tiempos, para obtener estas aleaciones se procedía a calentar en un horno la masa de un mineral o un hierro con carbón vegetal. En este caso, el hierro que se producía solía tener alrededor de 3% de partículas de escoria y un 0.1% de otro tipo de impurezas. A veces, incluso, producían acero auténtico en lugar de hierro forjado por error.

En ese punto, los artesanos consiguieron aprender a fabricar acero, calentando hierro forjado y carbón vegetal. Esto lo hacían en un bol de arcilla y el proceso duraba varios días. Cabe destacar que en la producción actual de acero, se utilizan hornos que son la versión mejorada de los usados en la antigüedad.

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¿Cuáles son las características que modifica un tratamiento térmico?

Los materiales tienen características mecánicas que dependen de su composición química, además de la estructura que tengan. Los tratamientos térmicos lo que hacen es modificar dicha estructura según:

  • Resistencia al desgaste: es la resistencia que pone un material al momento de ser erosionado cuando está en contacto de alguna fricción u otro tipo de material.

  • Tenacidad: esto significa, la cantidad de energía que absorbe un material sin producir ningún tipo de fisura o resistencia.

  • Mecanizabilidad: se trata de cómo un material permite el proceso de mecanizado.

  • Dureza: es la resistencia que pone el material al momento de ser penetrado. Se mide en unidades como: HB, HRC, HV.

Tratamientos del acero

El acero es sometido a tratamientos superficiales y entre los más habituales se encuentran:

Cromado: donde se embellece superficialmente el acero para evitar su oxidación.

Galvanizado: se recubre el acero con zinc.

Niquelado: un proceso similar al cromado.

Pavonado: se aplica una cada superficial de óxido para cubrir piezas y evitar su corrosión.

Pintura: actúa como protector y es usado en estructuras, automóviles, barcos, etc.

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Tratamientos térmicos en hornos industriales

En los tratamientos térmicos, el uso de hornos industriales se aplica para el calentamiento de piezas colocadas en su interior. Es necesario que estén por encima de su temperatura ambiente para lograr fundirlas o ablandarlas.

¿Qué pasa en el horno industrial?

Dentro de un horno, el calor puede posicionarse de diferentes formas: por medio de gases que actúen a través de procesos de combustión, con combustibles sólidos o líquidos que produzcan una llama y que a su vez, calientes las piezas de manera directa o indirecta. Cabe destacar que también hay hornos eléctricos.

Estos, actúan a través de una corriente alterna o continua por inducción electromagnética. En este tipo de hornos se colocan resistencias eléctricas, que se calientan por efecto Joule – donde los electrones en movimiento de la corriente eléctrica impactan contra un material – .

Es necesario tener en cuenta, que los hornos que se utilizan para fundir metal y dar origen a las diferentes aleaciones pueden ser hornos de crisol, en los que pueden fundirse hasta 200 toneladas de metal. Existen muchos tipos de hornos que cumplen casi con los mismos requisitos, sin embargo, en la industria, se usa un tipo de horno según las necesidades:

  • Obtener mayor calidad en las piezas
  • Conservar las propiedades de los metales
  • Resistencia de los materiales
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El uso de gases en los tratamientos térmicos

En el tratamiento térmico, la selección de la atmósfera juega un papel importante. De esto, depende el poder controlar la oxidación, o la formación de la capa en el material. Es por ello, que se usan gases debido a que son los principales componentes de la atmósfera. Los más usados son:

  • Nitrógeno: se usa como portador. En estado líquido se aplica para refrigeración.

  • Hidrógeno: se utiliza para eliminar la oxidación.

  • Monóxido de carbono: es el tratamiento base para la producción de carburos en aceros.

  • Dióxido de carbono: forma óxido ferroso si es usado a altas temperaturas, mientras que mediante bajas temperaturas forma óxido ferroso-férrico.

  • Argón y helio: se usan como gases inertes para los tratamientos térmicos.

  • Amoníaco disociado: es usado para la nitruración cuando el nitrógeno está en su estado atómico.

  • Vapor: este reacciona con el acero y produce una oxidación superficial resistente al desgaste.

  • Hidrocarburo: propano, metano y gas natural, son los comúnmente usados. Su combustión proporciona el carbono necesario para el tratamiento térmico.

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