Fundamentos de los tratamientos térmicos, Diagrama TTT

Los tratamientos térmicos son procesos que consisten en calentar y enfriar los metales y aleaciones bajo condiciones controladas para modificar sus propiedades mecánicas y microestructurales. Estos tratamientos son clave para mejorar la dureza, resistencia, ductilidad, y otras características deseadas en los materiales, especialmente en aceros y otras aleaciones ferrosas.

Fundamentos de los tratamientos térmicos

Los principales tratamientos térmicos incluyen:

1. Recocido:

   • Proceso: Calentar el material a una temperatura alta (por encima de la temperatura crítica) y luego enfriarlo lentamente.
   • Objetivo: Aliviar tensiones internas, mejorar la ductilidad y la maquinabilidad, refinar la estructura del grano y restaurar las propiedades mecánicas.
   • Usos: Se utiliza cuando se necesita suavizar el material para facilitar su mecanizado o cuando es necesario restaurar sus propiedades tras haber sido trabajado en frío.

2. Temple:

   • Proceso: Calentar el acero por encima de la temperatura crítica (para formar austenita) y enfriarlo rápidamente (en agua, aceite o aire).
   • Objetivo: Incrementar la dureza y resistencia del material, produciendo martensita (una fase dura y frágil del acero).
   • Usos: Se emplea en herramientas de corte, resortes, y componentes que requieren alta resistencia al desgaste.

3. Revenido:

   • Proceso: Tras el temple, el material se calienta nuevamente a una temperatura inferior (por debajo del punto crítico) y luego se enfría.
   • Objetivo: Aliviar tensiones internas y reducir la fragilidad de la martensita obtenida en el temple, mejorando la tenacidad sin perder demasiada dureza.
   • Usos: Después del temple en componentes que requieren alta resistencia pero también cierta ductilidad, como ejes y engranajes.

4. Normalizado:

   • Proceso: Calentar el acero por encima de la temperatura crítica y luego enfriarlo al aire.
   • Objetivo: Refinar la estructura del grano y uniformar las propiedades mecánicas del material.
   • Usos: Piezas que necesitan ser maquinadas o que serán sometidas a tratamiento térmico posterior.

5. Austemperado y Martemperado:

   • Proceso: Se emplean para mejorar la dureza y la resistencia al impacto. El austemperado implica mantener el acero en un baño de sales a una temperatura constante, mientras que el martemperado implica enfriarlo rápidamente hasta una temperatura intermedia antes de enfriarlo completamente.
   • Objetivo: Minimizar las tensiones internas y la deformación en piezas templadas.

Diagrama TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación)

El diagrama TTT es una herramienta crucial en la metalurgia para entender cómo se desarrollan las transformaciones de fase durante los tratamientos térmicos, especialmente en los aceros.

Concepto del diagrama TTT

El diagrama TTT muestra cómo el tiempo y la temperatura afectan la transformación de austenita en otras fases (como ferrita, perlita, bainita o martensita) cuando se enfría un acero a diferentes velocidades. Este diagrama se utiliza para determinar las condiciones de tratamiento térmico adecuadas para obtener las microestructuras deseadas.

Elementos clave del diagrama TTT:

1. Ejes del diagrama:

   • El eje vertical representa la temperatura.
   • El eje horizontal muestra el tiempo en escala logarítmica.

2. Curvas en forma de “C”:

   • Estas curvas indican las temperaturas y los tiempos en los que ocurren las transformaciones de la austenita.
   • La primera curva marca el inicio de la transformación y la segunda curva marca el fin de la transformación.

3. Fases observadas:

   • Perlita: Se forma cuando el enfriamiento es relativamente lento y ocurre a temperaturas intermedias.
   • Bainita: Se forma a temperaturas más bajas que la perlita, con mayor dureza.
   • Martensita: Se forma durante el enfriamiento rápido (temple) y es una fase extremadamente dura y frágil.
   • Ferrita y Cementita: Se forman durante el enfriamiento más lento, en aceros hipoeutectoides.

Aplicación del diagrama TTT:

• Temple rápido: Si el acero se enfría rápidamente a una temperatura baja, cruza la línea de transformación martensítica, obteniendo una estructura martensítica dura.
• Austemperado: El acero se mantiene a una temperatura constante dentro del rango de formación de bainita, logrando una estructura bainítica con alta tenacidad y dureza.
• Revenido: Después del temple, el acero se calienta a una temperatura por debajo de la martensita para aliviar tensiones y mejorar la ductilidad.

Importancia del diagrama TTT

El diagrama TTT es esencial para predecir las transformaciones de fase que ocurren en los aceros y controlar las propiedades mecánicas deseadas mediante tratamientos térmicos. Permite a los ingenieros y metalurgistas optimizar la combinación de dureza, resistencia y ductilidad en piezas y componentes de acero.