Trabajo de los Metales
En este artículo, se abordarán el tratamiento térmico y el trabajo de los metales. El trabajo de los metales puede considerarse como procesos metalúrgicos que modifican las propiedades de los metales.
Tratamiento Térmico
El tratamiento térmico de grandes componentes de acero al carbono se lleva a cabo para aprovechar los defectos cristalinos y sus efectos, logrando así ciertas propiedades o condiciones deseadas.
Durante la fabricación, al variar la velocidad de enfriamiento (temple) del metal, se controlan el tamaño y la disposición de los granos. Las características de los granos se ajustan para obtener diferentes niveles de dureza y resistencia a la tracción. Generalmente, cuanto más rápido se enfría un metal, más pequeños serán los tamaños de los granos, lo que hace que el metal sea más duro. A medida que la dureza y la resistencia a la tracción aumentan en el acero tratado térmicamente, la tenacidad y la ductilidad disminuyen.
La velocidad de enfriamiento utilizada en el temple depende del método de enfriamiento y del tamaño del metal. El enfriamiento uniforme es crucial para prevenir la distorsión. Típicamente, los componentes de acero se templan en aceite, agua o una emulsión de ambos.
La soldadura puede inducir tensiones internas que permanecerán en el material después de completar la soldadura. En aceros inoxidables, como el tipo 304, la red cristalina es cúbica centrada en las caras (austenita). Durante la soldadura a alta temperatura, parte del metal circundante puede elevarse entre 500°F (260°C) y 1000°F (537°C). En esta región de temperatura, la austenita se transforma en una estructura de red cúbica centrada en el cuerpo (bainita). Cuando el metal se ha enfriado, las regiones que rodean la soldadura contienen algo de austenita original y algo de bainita recién formada. Surge un problema porque el "factor de empaquetamiento" (PF = volumen de átomos/volumen de la celda unitaria) no es el mismo para los cristales FCC que para los cristales BCC.
La bainita que se ha formado ocupa más espacio que la red de austenita original. Esta elongación del material causa tensiones residuales de compresión y tracción en el material. Las tensiones de soldadura pueden minimizarse utilizando soldadura con disipador de calor, lo que resulta en temperaturas de metal más bajas, o mediante recocido.
El recocido es otro proceso común de tratamiento térmico para componentes de acero al carbono. Durante el recocido, el componente se calienta lentamente a una temperatura elevada y se mantiene allí durante un largo período de tiempo, luego se enfría. El proceso de recocido se realiza para obtener los siguientes efectos:
a. Para ablandar el acero y mejorar la ductilidad.
b. Para aliviar las tensiones internas causadas por procesos previos como el tratamiento térmico, la soldadura o el mecanizado.
c. Para refinar la estructura de los granos.
Trabajo en Frío y en Caliente
La deformación plástica que se lleva a cabo en una región de temperatura y durante un intervalo de tiempo tal que el endurecimiento por deformación no se alivia, se llama trabajo en frío. Se ha obtenido un conocimiento considerable sobre la estructura del estado trabajado en frío. En las primeras etapas de la deformación plástica, el deslizamiento es esencialmente en planos de deslizamiento primarios y las dislocaciones forman arreglos coplanares. A medida que avanza la deformación, se produce el deslizamiento cruzado. La estructura trabajada en frío forma regiones de alta densidad de dislocaciones que pronto se desarrollan en redes. El tamaño de los granos disminuye con la deformación a baja deformación pero pronto alcanza un tamaño fijo. El trabajo en frío disminuye la ductilidad.
El trabajo en caliente se refiere al proceso donde los metales se deforman por encima de su temperatura de recristalización y no ocurre endurecimiento por deformación. El trabajo en caliente generalmente se realiza a temperaturas elevadas. Sin embargo, el plomo se trabaja en caliente a temperatura ambiente debido a su baja temperatura de fusión. En el otro extremo, el molibdeno se trabaja en frío incluso a temperaturas relativamente altas debido a su alta temperatura de recristalización.
La resistencia de los metales a la deformación plástica generalmente se reduce a temperaturas más altas. Por esta razón, las secciones masivas más grandes siempre se trabajan en caliente mediante forja, laminado o extrusión.
Resumen
La información importante en esta sección se resume a continuación:
Resumen de los Efectos del Tratamiento Térmico en las Propiedades del Metal
- Temple
Variar la velocidad de enfriamiento (temple) del metal controla el tamaño y la disposición de los granos.
Las características de los granos se ajustan para obtener diferentes niveles de dureza y resistencia a la tracción.
La dureza y la resistencia a la tracción aumentan en el acero tratado térmicamente; la tenacidad y la ductilidad disminuyen. - Soldadura
Produce tensiones residuales de compresión y tracción.
Las tensiones se minimizan utilizando soldadura con disipador de calor y recocido. - Recocido
Ablanda el acero y mejora la ductilidad.
Alivia las tensiones internas causadas por procesos previos.
Refina la estructura de los granos.