¿Cómo afecta el proceso de tratamiento térmico a la dureza y resistencia a la tracción del acero redondo forjado?

El recocido es un proceso de tratamiento térmico en el que el acero redondo forjado se calienta a una temperatura específica (generalmente por debajo de su temperatura crítica) y luego se enfría lentamente, generalmente en un horno. El objetivo principal del recocido es ablandar el acero, haciéndolo más trabajable para operaciones posteriores de mecanizado o conformado. Durante el recocido, se alivian las tensiones internas inducidas durante la forja y se refina la estructura del grano del acero. Este proceso da como resultado una dureza reducida y una mayor ductilidad, mejorando la capacidad del acero para sufrir deformación plástica sin fracturarse. Además, el recocido mejora la uniformidad de la microestructura del acero, lo que contribuye a un desempeño más predecible y consistente en su aplicación final.

El enfriamiento es un proceso de tratamiento térmico crítico que implica calentar acero redondo forjado a una temperatura alta, generalmente por encima de su temperatura crítica, y luego enfriarlo rápidamente en un medio de enfriamiento como agua, aceite o soluciones de polímeros. El rápido enfriamiento transforma la microestructura del acero, generalmente en martensita, una fase dura y quebradiza caracterizada por una estructura en forma de aguja. Esta transformación aumenta significativamente la dureza y la resistencia a la tracción del acero. Sin embargo, el enfriamiento también introduce importantes tensiones internas debido a las diferentes velocidades de enfriamiento dentro del acero, lo que puede provocar deformaciones o grietas si no se gestiona adecuadamente. La elección del medio de enfriamiento y la velocidad de enfriamiento son factores cruciales para lograr el equilibrio deseado entre dureza y tenacidad.

El templado se realiza después del enfriamiento para mitigar la fragilidad inducida por la transformación martensítica. En este proceso, el acero templado se recalienta a una temperatura inferior a su temperatura crítica y se mantiene a esta temperatura durante un período específico antes de enfriarlo a temperatura ambiente. La temperatura y la duración del templado se controlan cuidadosamente para lograr las propiedades mecánicas deseadas. El templado reduce ligeramente la dureza del acero y al mismo tiempo mejora significativamente su tenacidad, lo que hace que el acero sea menos propenso a agrietarse bajo impacto o tensión. El proceso también alivia algunas de las tensiones internas inducidas durante el enfriamiento, estabilizando así la microestructura del acero y mejorando su estabilidad dimensional.

La normalización implica calentar el acero redondo forjado a una temperatura ligeramente superior a su temperatura crítica (normalmente de 850 °C a 950 °C) y luego dejarlo enfriar al aire. Este proceso tiene como objetivo refinar la estructura del grano del acero, mejorar su uniformidad y mejorar las propiedades mecánicas como la resistencia y la tenacidad. A diferencia del templado, la normalización no produce una dureza extrema pero proporciona una microestructura más uniforme y equilibrada, lo que la hace adecuada para aplicaciones donde se requiere una combinación de resistencia y ductilidad.

Para aplicaciones que requieren una superficie dura y resistente al desgaste y al mismo tiempo mantener un núcleo resistente, se emplean técnicas de cementación como carburación, nitruración o carbonitruración. Estos procesos implican difundir carbono o nitrógeno en la capa superficial del acero redondo forjado para aumentar la dureza de la superficie. La carburación, por ejemplo, implica calentar el acero en un ambiente rico en carbono, mientras que la nitruración introduce nitrógeno. El endurecimiento de la superficie mejora la resistencia al desgaste y la fatiga, mientras que el núcleo permanece relativamente más blando y dúctil, proporcionando una buena combinación de características de rendimiento.

Eje forjado de acero de aleación