Tratamiento térmico de metales: qué es y para qué se hace

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Engranajes (Mike Hindle Unsplash)

Seguro que no te has parado a pensar la de piezas metálicas que tienen los objetos que nos rodean. Cualquier electrodoméstico, un ascensor, un avión, un arma de fuego o tu coche, incluido su motor, se componen de cientos de piezas metálicas. Pero, ¿cómo es posible que estas piezas aguanten el desgaste durante miles de horas de uso continuado sin ver alterado su funcionamiento? La solución está en el tratamiento térmico de metales y en sus distintas técnicas como la carbonitruración, la nitruración, la cementación, el recocido o el temple, entre otros tratamientos. En este post te explicamos en qué consisten estos tratamientos térmicos de metales y las diferencias ténicas existentes al respecto.

Mecánica y engranajes
Mecánica y engranajes

Tratamiento térmico de metales

El acero y cualquiera de sus aleaciones de uso industrial (acero inoxidable, acero al carbono, acero para herramientas o acero aleado) son uno de los metales que más se usan en todo tipo de industrias. La del automóvil o la aeronáutica son quizás dos que podemos visualizar fácilmente: el 50% del peso de un coche o un avión son aceros.

Se llama tratamiento térmico de un metal al conjunto de procesos industriales al que se somete en estado bruto para conseguir modificar alguna o todas sus propiedades (químicas, físicas o mecánicas).

En qué consiste el tratamiento térmico del metal

Cualquier metal que se desee modificar industrialmente requiere un doble tratamiento de aplicación de calor a altas temperaturas y una posterior operación de enfriado rápido controlado (temple o templado) para conseguir sus cualidades deseadas.

Las principales cualidades que la industria requiere de cualquier metal o aleación metálica tienen que ver con:

  • Dureza de su superfice (herramientas, tornillería, etc.);

  • Ductilidad (piezas semiacabadas de metal que hay que estirar, cortar o moldear);

  • Resistencia al desgaste (piezas de un motor o engranaje complejo);

  • Aspecto físico-estético (parte de un elemento metálico estéticamente visible). 

Sea cual sea el tratamiento-propiedad requerida, la operación de tratamiento térmico inicial se hace en hornos a alta temperatura donde las piezas se someten a altas temperaturas en atmósferas gaseosas controladas.

En función del tratamiento térmico elegido (ver a continuación) y del posterior temple se obtienen piezas con propiedades mecánicas diferentes a las que tenía la pieza inicialmente metida en el horno.

Tipos de tratamientos térmicos

En la industria se realizan varios tipos de tratamientos de metales por calor, según la propiedad del metal que se desee alterar o el estado del mismo. Hemos visto que los principales objetivos de la industria tienen que ver con la ductibilidad del acero, su aspecto estético, su resistencia al desgaste o la dureza de su superficie.

Veamos ahora los principales tratamientos de calor a que se someten las piezas para lograr alguna de las anteriores cualidades físicas:

Nitruración y Carbonitruración

La nitruración y la carbonitruración son dos tratamientos térmicos similares en orien pero diferentes en resultado. Ambos recurren al uso de amoníaco de gran pureza y al nitrógeno en hornos de baja presión (hay otras técnicas como los baños de sal o la ionización) para obtener piezas muy resistentes.

La nitruración gaseosa consiste en la aplicación de amoníaco de grado industrial y alta pureza al horno donde el metal se tratará por nitruración a baja presión o por nitrocarburación. En estos procesos hay una adición de hidrocarburos que enriquece la superficie de las piezas con carbono.

Por su parte, la carbonitruración con gas a presión atmosférica seguida de un temple son el método preferido por la industria automovilística y la industria mecánica. Hay dos tipos de procesos de carbonitruración:

  • Carbonitruración atmosférica: requiere un horno similar al de carburación y un temple de aceite. La atmósfera se crea mediante inyecciones de hidrocarburos y amoníaco craqueado a presión atmosférica.

  • Carbonitruración a baja presión: se basta con un horno de baja presión aunque el temple se debe realizar con gas a alta presión. La atmósfera se crea mediante una inyección de hidrocarburos y amoníaco por pulsos controlados por el horno.

En ambos procesos, la pureza de los gases empleados y la secuencia que se siga en la inyección del horno son los dos factores determinantes en la obtención de una pieza dura y resistente a desgaste y fatiga por el uso.

Recocido

En piezas metálicas semiacabadas como un tubo o una chapa de acero, que son la materia prima para la obtención de otras piezas se recurre al recocido. 

Este tratamiento persigue actuar sobre la ductilidad del metal, que es su propiedad de deformarse sin romperse al aplicarles una fuerza controlada.

Cementación

Otro tipo de tratamientos lo que buscan es el endurecimiento de la superfice para conseguir piezas con núcleos muy resistentes al impacto o desgaste mecánico y una dureza superficial controlada.

Hablamos de la cementación, proceso por el que se provoca el enriquecimiento en carbono de las capas superficiales de los aceros y su posterior templado en frío. Este proceso requiere la inyección de gases de alta calidad como el nitrógeno HG y el acetileno, un sistema de bombeo e inyección de metanol y una instrumentación y control de calidad altos.

Importancia de la estabilidad de la atmósfera

Sea cual sea el proceso elegido para el tratamiento térmico de metales, la industria requiere suministradores de gases como el amoníaco de gran pureza, acetilenos y sistemas de inyección de calidad, como Air Liquide, que permiten obtener una composición estable en las piezas tratadas.

Esta composición estable es la que garantizará una dureza homogénea y la resistencia al desgaste de la pieza final obtenida.

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