¿Alguna vez se ha preguntado cómo se transforman los metales de quebradizos a maleables? Este artículo se adentra en el fascinante mundo del recocido y la normalización, dos procesos esenciales del tratamiento térmico. Aprenderá cómo estas técnicas mejoran las propiedades de los metales, lo que las hace cruciales en la fabricación.
El recocido es un proceso de tratamiento térmico crítico en metalurgia que implica un ciclo térmico cuidadosamente controlado. El proceso consta de tres etapas clave: calentamiento lento del metal a una temperatura específica (normalmente por encima de su temperatura de recristalización), mantenimiento de esta temperatura durante un periodo predeterminado (remojo) y, a continuación, enfriamiento a una velocidad controlada.
Los objetivos principales del recocido son múltiples. Reduce la dureza y aumenta la ductilidad, mejorando así la maquinabilidad y la conformabilidad. Este proceso es crucial para eliminar las tensiones residuales que puedan haberse acumulado durante operaciones de fabricación anteriores, como el conformado o la soldadura. El recocido también desempeña un papel vital en la estabilización dimensional, minimizando la deformación y reduciendo la tendencia al agrietamiento en el procesamiento posterior o durante el servicio.
A nivel microestructural, el recocido refina la estructura del grano mediante mecanismos de recristalización y crecimiento del grano. Ajusta la microestructura del metal promoviendo transformaciones de fase, homogeneizando la composición y eliminando defectos estructurales como dislocaciones y vacantes. Estos cambios microestructurales influyen significativamente en las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión y el rendimiento general del metal.
Los parámetros específicos de recocido, como la temperatura, el tiempo de inmersión y la velocidad de enfriamiento, se adaptan al metal o aleación concretos y a las propiedades finales deseadas. Por ejemplo, el recocido completo, el normalizado y el recocido de alivio de tensiones son variaciones del proceso, cada una diseñada para lograr resultados específicos en distintos materiales y aplicaciones.
El recocido es un proceso de tratamiento térmico crítico en metalurgia que consiste en calentar cuidadosamente un metal a una temperatura específica, mantenerla durante un tiempo predeterminado y, a continuación, enfriarlo a una velocidad controlada. Este ritmo suele ser lento, pero puede regularse con precisión en función del resultado deseado. El proceso es fundamental para alterar la microestructura y las propiedades de metales y aleaciones.
Los objetivos principales del recocido son múltiples:
Existen varios tipos de procesos de recocido, cada uno adaptado para lograr resultados metalúrgicos específicos:
En la práctica, el recocido puede resolver problemas metalúrgicos específicos:
1) Reducir la dureza y aumentar la maquinabilidad, mejorando los procesos de fabricación posteriores y la vida útil de las herramientas;
2) Mitigar las tensiones residuales, estabilizar las dimensiones y disminuir las tendencias a la deformación y el agrietamiento, mejorando así la integridad estructural general y el rendimiento del componente;
3) Afinar las estructuras de grano, ajustar la microestructura y eliminar los defectos estructurales, lo que permite mejorar las propiedades mecánicas y la homogeneidad del material.
En la producción industrial, los procesos de recocido se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones metalúrgicas. La técnica de recocido específica se selecciona en función de las propiedades deseadas del material y de los requisitos de la pieza. Las especificaciones de recocido más comunes son:
La elección del proceso de recocido es fundamental para optimizar las propiedades del material para las operaciones de fabricación posteriores y el rendimiento del uso final.
El normalizado, también conocido como normalización, es un proceso de tratamiento térmico de metales en el que la pieza se calienta a una temperatura de 30 a 50 °C por encima de Ac3 o Accm, se mantiene durante un cierto tiempo y, a continuación, se retira del horno para enfriarla al aire o mediante pulverización de agua, nebulización o soplado de aire.
Su finalidad es refinar el tamaño del grano y homogeneizar la distribución de los carburos. El normalizado difiere del recocido en que la velocidad de enfriamiento durante el normalizado es ligeramente más rápida que durante el recocido, lo que da como resultado una estructura de normalizado más fina y mejores propiedades mecánicas.
Además, el normalizado por enfriamiento fuera del horno no ocupa equipo, por lo que tiene una mayor tasa de producción. Por lo tanto, el normalizado se utiliza tanto como sea posible en la producción para sustituir al recocido.
1) En el caso de los aceros con bajo contenido en carbono, la dureza tras el normalizado es ligeramente superior a la del recocido, y la tenacidad también es mejor, por lo que resulta adecuado como pretratamiento para el mecanizado.
2) En el caso de los aceros de carbono medio, puede sustituir al revenido como tratamiento térmico final y servir también como tratamiento preparatorio para el endurecimiento superficial mediante calentamiento por inducción.
3) Para acero para herramientas, acero para rodamientosy carburación del acero, puede reducir o suprimir la formación de carburos de red, obteniendo así la estructura ideal necesaria para el recocido de esferoidización.
4) Para piezas de acero fundido, puede refinar la estructura de la pieza fundida y mejorar la maquinabilidad.
5) En el caso de piezas forjadas de gran tamaño, puede servir como tratamiento térmico final, evitando así una elevada tendencia a la fisuración durante el endurecimiento.
6) En el caso de la fundición dúctil, mejora la dureza, la resistencia y la resistencia al desgaste, y se utiliza para fabricar componentes importantes como cigüeñales y bielas en automóviles, tractores y motores diésel.
7) Para el acero hipereutectoide, la normalización antes del recocido de esferoidización puede eliminar la cementita secundaria de la red, garantizando la esferoidización completa de la cementita durante el recocido de esferoidización.
Estructura posterior a la normalización: La estructura del acero hipoeutectoide es F+S, la del acero eutectoide es S, y la del acero hipereutectoide es S + cementita secundaria, y es discontinua.
El proceso de tratamiento térmico del metal consiste en calentar la pieza a una temperatura adecuada (Ac3 o ACcm más 30-50°C) (véase la microestructura del acero) y, tras el aislamiento, enfriarla en aire. La normalización se utiliza principalmente para piezas de acero.
El acero normalizado es similar al recocido, pero se enfría algo más rápido y tiene una estructura más fina. Algunos aceros con una tasa de enfriamiento crítica puede transformar la austenita en martensita por enfriamiento en aire, pero este tratamiento no se considera normalización, sino que se denomina temple por enfriamiento en aire.
Por el contrario, algunas piezas de gran sección fabricadas en acero con una velocidad crítica de enfriamiento mayor no pueden obtener martensita incluso si se enfrían en agua, y el efecto del enfriamiento se aproxima a la normalización.
En dureza del acero tras la normalización es superior a la del recocido.
Durante la normalización, no es necesario enfriar la pieza con el horno como en el recocido, lo que ahorra tiempo de horno, mejora la eficacia de la producción y, por lo tanto, suele sustituirse por la normalización en la medida de lo posible en la producción.
En el caso de los aceros con bajo contenido en carbono, con un contenido en carbono inferior a 0,25%, la dureza alcanzada tras la normalización es moderada, lo que favorece más el corte que el recocido, y generalmente la normalización se utiliza para preparar el corte.
Para acero al carbono medio con un contenido de carbono de 0,25-0,5%, también puede cumplir los requisitos de corte después de la normalización.
Para piezas ligeras de este tipo de aceroLa normalización también puede servir como tratamiento térmico final.
La normalización del acero para herramientas y el acero para rodamientos con alto contenido en carbono tiene por objeto eliminar los carburos de red en la estructura y preparar la estructura para el recocido de esferoidización.
Proceso de tratamiento térmico de piezas de acero - Normalización
El tratamiento térmico del acero se clasifica en dos tipos principales: tratamiento térmico a granel y tratamiento térmico superficial.
Los tratamientos térmicos a granel abarcan procesos como el recocido, la normalización, el temple y el revenido, mientras que los tratamientos térmicos superficiales incluyen el temple superficial y los tratamientos termoquímicos.
La normalización es un proceso de tratamiento térmico crítico en el que los componentes de acero se calientan a una temperatura de 30-50 °C por encima de su punto crítico superior (Ac3 para aceros hipoeutectoides o Acm para aceros hipereutectoides), se mantienen a esta temperatura durante un tiempo determinado para garantizar una austenización completa y, a continuación, se enfrían en aire en calma a temperatura ambiente.
Los objetivos principales de la normalización son refinar la estructura del grano, homogeneizar la microestructura, eliminar las tensiones internas y mejorar las propiedades mecánicas del acero. Con este proceso se pretende conseguir una microestructura próxima al equilibrio, que suele consistir en perlita fina y ferrita en los aceros hipoeutectoides o perlita y cementita en los aceros hipereutectoides.
En comparación con el recocido, la normalización implica una velocidad de enfriamiento ligeramente más rápida, lo que se traduce en un ciclo de tratamiento térmico global más corto. Este enfriamiento acelerado da lugar a una estructura de grano más fino y a una resistencia y dureza ligeramente superiores a las del acero recocido.
Debido a su eficacia y a sus propiedades mecánicas favorables, a menudo se prefiere la normalización al recocido cuando ambos procesos pueden cumplir las especificaciones de rendimiento requeridas. Los aceros de medio y bajo contenido en carbono, especialmente los utilizados como materia prima para su posterior transformación, suelen someterse a un tratamiento térmico de normalización.
Por el contrario, las piezas brutas de acero de aleación general suelen recibir un tratamiento de recocido. La normalización de estos aceros aleados puede dar lugar a una mayor dureza debido a la mayor velocidad de enfriamiento, lo que puede dificultar las operaciones de mecanizado posteriores. La elección entre la normalización y el recocido para los aceros aleados depende de la composición específica de la aleación, la microestructura deseada y la aplicación prevista del producto final.
El proceso de tratamiento térmico consiste en calentar la pieza a una temperatura adecuada, mantener esta temperatura durante un periodo de tiempo y, a continuación, sacarla del horno para enfriarla al aire libre.
La diferencia entre el normalizado y el recocido es que la velocidad de enfriamiento del normalizado es ligeramente más rápida que la del recocido, lo que da lugar a una estructura más fina en el normalizado que en el recocido, mejorando así las propiedades mecánicas.
Además, el enfriamiento por normalización fuera del horno no ocupa equipo, lo que se traduce en un mayor ritmo de producción. Por lo tanto, el normalizado se utiliza tanto como sea posible en la producción para sustituir al recocido. Las principales aplicaciones del normalizado incluyen:
1. Para los aceros con bajo contenido en carbono, la dureza tras el normalizado es ligeramente superior a la del recocido, con mejor tenacidad, sirviendo como pretratamiento para el corte.
2. Para los aceros de carbono medio, puede sustituir al tratamiento de temple como tratamiento térmico final, o servir como tratamiento preparatorio antes del endurecimiento superficial mediante calentamiento por inducción.
3. Para el acero para herramientas, el acero para rodamientos y el acero carburizado, puede reducir o inhibir la formación de carburos netos, obteniendo así la buena estructura necesaria para el recocido de esferoidización.
4. En el caso de las piezas de acero fundido, puede refinar la estructura en bruto y mejorar la maquinabilidad.
5. Para piezas forjadas de gran tamaño, puede servir como tratamiento térmico final, evitando así la mayor tendencia al agrietamiento durante el enfriamiento.
6. En el caso de la fundición dúctil, puede mejorar la dureza, la resistencia y la resistencia al desgaste, lo que la hace adecuada para fabricar piezas importantes de vehículos, tractores y motores diésel, como cigüeñales y bielas.
La principal diferencia entre el recocido y el normalizado radica en la velocidad de enfriamiento: el normalizado tiene una velocidad más rápida, lo que da lugar a una estructura de perlita más fina. Por lo tanto, para el mismo acero, el normalizado produce un mayor resistencia y dureza que el recocido.
La elección entre recocido y normalizado debe basarse en situaciones específicas, considerando generalmente tres aspectos:
1) Para mejorar la maquinabilidad, los aceros con bajo contenido en carbono deben normalizarse. Los aceros de carbono medio con un contenido de carbono entre 0,25% y 0,45% pueden ser recocidos o normalizados. Acero con alto contenido en carbono con un contenido de carbono comprendido entre 0,45% y 0,77% deben someterse a un recocido total, mientras que los aceros hipereutectoides deben someterse a un recocido de esferoidización. (Acero estructural de bajo y medio contenido en carbono - normalizado, acero estructural de medio y alto contenido en carbono - recocido completo, acero aleado para herramientas - recocido de esferoidización)
2) Procesabilidad del tratamiento térmico; las piezas con formas complejas, de gran tamaño o importantes deben ser recocidas. Dado que el recocido se enfría lentamente, tensión interna y es menos probable que la pieza se deforme o se agriete. El normalizado puede utilizarse para piezas en general.
3) Coste de procesamiento; el normalizado es menos costoso que el recocido. Para reducir costes y mejorar la eficiencia de la producción, el normalizado debe utilizarse tanto como sea posible, garantizando al mismo tiempo la calidad.
Tabla de procesos de recocido y temple
| Nombre del proceso | Objetivo | Ámbito de aplicación | Nota |
| Recocido completo | (1) Afinar la estructura del grano. (2) Eliminar Widmanstätten y estructuras en banda. (3) Reducir la dureza y aumentar la plasticidad para mejorar la maquinabilidad. (4) Mitigar la tensión interna. (5) En las piezas de fundición, eliminar los granos gruesos para mejorar la tenacidad al impacto, la plasticidad y la resistencia. | (1) Para piezas pequeñas y medianas de fundición, forja y acero laminado en caliente de acero hipoeutectoide. (2) Para el tratamiento térmico preliminar del acero hipoeutectoide. | (1) Su uso en aceros hiper-eutectoides no es aconsejable, ya que conduce a la formación de carburos en forma de malla, reduciendo así la tenacidad del material. (2) Para grandes piezas de fundición y forja, se emplea el recocido total; sin embargo, debido a los efectos de la tensión, pueden producirse deformaciones y grietas, lo que hace necesario un rápido alivio de la tensión. |
| Recocido incompleto | (1) Disminuir la dureza, aumentar la plasticidad y mejorar la maquinabilidad. (2) Eliminar las tensiones internas. (3) Conseguir perlita esferoidizada. | (1) Los aceros híper-eutectoides, que presentan una estructura de carburos sin red, se utilizan raramente para los aceros hipo-eutectoides. (2) El tratamiento de precalentamiento se emplea para aceros con alto contenido en carbono y aceros para rodamientos. | Cuando existen carburos de red en el acero hipereutectoide, primero hay que normalizarlo y después someterlo a un recocido incompleto. |
| Recocido de esferoidización | (1) Obtener perlita esferoidizada y eliminar ligeras estructuras de red en el acero hipereutectoide. (2) Reducir la dureza, aumentar la plasticidad y la tenacidad. (3) Mejorar la maquinabilidad. (4) Sirve como tratamiento térmico preparatorio antes del temple. | Este proceso se emplea para mejorar la estructura del acero al carbono para herramientas, el acero aleado para herramientas y el acero para rodamientos con un ωc superior a 0,65%. Mejora su mecanizabilidad y prepara la estructura para el tratamiento térmico final, garantizando así un rendimiento superior. | El recocido esferoidizante es un caso específico y una progresión del recocido incompleto. |
| Recocido isotérmico | (1) Utilizando el recocido isotérmico se obtiene una estructura de perlita uniforme debido a la descomposición a temperatura constante de austenitaespecialmente en piezas de gran sección transversal. De este modo se consiguen propiedades mecánicas uniformes. (2) El recocido isotérmico permite que el acero, difícil de transformar en perlita mediante los métodos de recocido convencionales, alcance una estructura perlítica. Esto facilita el mecanizado y acorta el ciclo de producción. | (1) El recocido isotérmico, ampliamente adoptado en la producción debido a su finalidad, se utiliza especialmente para el acero hipoeutectoide y el acero eutectoide. (2) El recocido de los aceros aleados se sustituye casi totalmente por el recocido isotérmico, frente al recocido completo utilizado tradicionalmente. | La granulometría y la dureza obtenidas a diferentes temperaturas isotérmicas varían. A temperaturas isotérmicas más altas, el grano es más grueso y la dureza es menor. Por el contrario, a temperaturas más bajas, el grano es más fino y la dureza es mayor. |
| Recocido por difusión | Eliminar la segregación dendrítica en lingotes y piezas fundidas para unificar la composición y la estructura, mejorando así el rendimiento y facilitando las operaciones de mecanizado. | (1) Se utiliza principalmente para la fundición de lingotes y piezas moldeadas a gran escala. (2) En el caso de las piezas forjadas de acero de alta aleación, se aplica el recocido por difusión para preparar la microestructura para el tratamiento térmico y el mecanizado posteriores. | Debido al largo ciclo de producción y al importante consumo de electricidad o combustible en el recocido por difusión, las piezas con requisitos menos estrictos no suelen someterse a este proceso. |
| Recristalización Recocido | (1) Los metales sometidos a deformación en frío pueden liberarse del endurecimiento por deformación mediante recocido de recristalización. Este proceso elimina la tensión interna, reduce la dureza y mejora la ductilidad, facilitando así el procesamiento mecánico posterior. (2) Tras el procesado en caliente, debido al rápido enfriamiento, la recristalización no es completa, lo que da lugar a una elevada tensión interna y dureza, necesitando un recocido de recristalización. | (1) Se utiliza para restaurar la estructura y el rendimiento antes de la deformación en frío (por ejemplo, laminado en frío, estirado en frío y piezas punzonadas en frío), eliminando al mismo tiempo la tensión interna. (2) Se aplica como operación intermedia en la deformación en frío para facilitar el procesamiento posterior. | Cuando las piezas de acero sufren una deformación en frío desigual, o se someten a cantidades de deformación crítica aproximadamente entre 5% y 15%, la realización de un recocido de recristalización puede dar lugar fácilmente a una estructura de grano grueso. |
| Recocido antiestrés | (1) Eliminar las tensiones internas y estabilizar las dimensiones para reducir la deformación durante el mecanizado y el uso. (2) Menor dureza para facilitar el corte y el mecanizado. | (1) Se utiliza para piezas fundidas y forjadas, como bastidores de bancada, bloques de motor y carcasas de transmisión. (2) Se utiliza para acero de alta aleación, principalmente para reducir la dureza y mejorar la maquinabilidad. (3) Para piezas de alta precisión, a fin de eliminar tensiones tras el mecanizado y estabilizar las dimensiones, se mantiene una temperatura más baja (200-400℃) durante un periodo prolongado. | (1) Para piezas grandes y cuando la carga del horno es considerable, conviene prolongar el tiempo de aislamiento en consecuencia. (2) Al aliviar la tensión de las piezas fundidas estándar, para evitar una reducción de la resistencia debida a la grafitización secundaria, la temperatura de calentamiento no debe superar los 600℃. |
| Recocido a alta temperatura | Elimina la boca blanca y la cementita libre, descompone la cementita para mejorar la maquinabilidad y aumenta la plasticidad y la tenacidad. | Se utiliza para piezas de fundición gris y fundición dúctil (cuando se produce boca blanca). | Por lo general, no se utiliza fundición maleable. |
| Recocido maleabilizante | Al provocar la descomposición de la cementita, se obtiene grafito en escamas, que aumenta significativamente la resistencia y la plasticidad. | Se utiliza para convertir la fundición blanca en fundición maleable. | Durante el proceso de enfriamiento por recocido, si el enfriamiento por aire se produce antes de alcanzar los 650°C, el material conserva una buena tenacidad. Sin embargo, puede producirse fragilidad durante el enfriamiento en horno. |
| Recocido de grafitización a alta temperatura | Eliminar la cementita libre en la estructura de colada, mejorar la maquinabilidad, reducir la fragilidad y mejorar las propiedades mecánicas. | Se utiliza comúnmente para la fundición dúctil (cuando una cierta cantidad de cementita libre provoca la boca blanca). | Durante el enfriamiento, aparece fragilidad si la temperatura se reduce gradualmente dentro del intervalo de 600 a 400 grados Celsius. Por lo tanto, después de mantener la temperatura de recocido, el horno debe enfriarse hasta aproximadamente 600 grados Celsius y retirarse inmediatamente para enfriarlo con aire. |
| Recocido grafitizante a baja temperatura | Obtener hierro dúctil con una matriz ferrítica de alta tenacidad. | Se utiliza a menudo para la fundición dúctil (cuando sólo aparece perlita en la estructura fundida, sin cementita libre). | Cuando no se permite la presencia de perlita en la estructura de base, la duración de la conservación térmica debe prolongarse convenientemente; en caso contrario, puede reducirse ligeramente. |
| Recocido a baja temperatura | Reducen la fragilidad de las piezas fundidas, mejoran la maquinabilidad y la tenacidad. | Comúnmente utilizado para hierro fundido gris y hierro dúctil (cuando no aparece cementita, sólo hay perlita). | Si hay cementita libre en la estructura colada, se utiliza el recocido a alta temperatura en lugar de este proceso de recocido. |
| Normalización | (1) Aumentar la dureza del acero bajo en carbono para mejorar su maquinabilidad. (2) Refinar la estructura del grano (por ejemplo, eliminando la estructura Widmanstätten, las bandas, los grandes granos de ferrita y los carburos en red) para preparar el tratamiento térmico final. (3) Aliviar las tensiones internas, aumentando el rendimiento del acero de bajo contenido en carbono como requisito previo para el tratamiento térmico final. | (1) Se utiliza principalmente para acero con bajo contenido en carbono, acero con contenido medio en carbono y acero de baja aleación. Acero con alto contenido en carbono y acero de alta acero aleado al carbono no se suelen utilizar, excepto cuando hay carburos en red, ya que estos materiales sufren una transformación martensítica después de la normalización. (2) Empleada para templar piezas de reparación, esta técnica mitiga la tensión interna y refina la estructura para evitar la deformación y el agrietamiento durante el nuevo templado. | Comparado con el recocido, el normalizado tiene un ciclo de producción más corto y una mayor utilización de los equipos. Además, puede mejorar la propiedades mecánicas del acero. Por lo tanto, dependiendo del material y de los requisitos técnicos, el normalizado puede utilizarse como sustituto del recocido en determinadas situaciones. |
| Normalización a alta temperatura | Aumentar la uniformidad dentro de la estructura, mejorar la maquinabilidad, aumentar la resistencia, la dureza y la resistencia al desgaste, o eliminar la boca blanca y los carburos libres. | Se utiliza principalmente para piezas de fundición dúctil que requieren una gran solidez y una excelente resistencia al desgaste. | Cuando hay cementita libre en la estructura en bruto, la temperatura de recocido debe fijarse en el límite superior. Las piezas fundidas con alto contenido en silicio deben enfriarse a mayor velocidad para evitar la grafitización. |
| Normalización a baja temperatura | Consiguiendo una excelente resistencia, tenacidad y ductilidad. | Se utiliza principalmente para componentes de fundición dúctil en los que se requiere una gran resistencia y tenacidad, pero la demanda de resistencia al desgaste no es especialmente alta. | Durante el proceso de utilización de arrabio local para fundir hierro dúctil, es difícil garantizar una plasticidad y tenacidad adecuadas debido al alto contenido de azufre y fósforo. El empleo de un recocido a baja temperatura puede compensar eficazmente la falta de plasticidad y tenacidad inducida por este problema. |
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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