Cómo el temple endurece el acero en la metalurgia

El enfriamiento es una forma rápida de devolver el metal a la temperatura ambiente después de tratamiento térmico para evitar que el proceso de enfriamiento cambie drásticamente la microestructura del metal. Los trabajadores metalúrgicos hacen esto colocando el metal caliente en un líquido o, a veces, en aire forzado. La elección del líquido o del aire forzado se denomina medio.

Los medios comunes para el temple incluyen polímeros especiales, convección de aire forzado, agua dulce, agua salada y petróleo. El agua es un medio efectivo cuando el objetivo es lograr que el acero alcance la máxima dureza. Sin embargo, el uso de agua puede provocar grietas en el metal o distorsionarse.

Si no es necesaria una dureza extrema, se puede utilizar aceite mineral, aceite de ballena o aceite de semilla de algodón en el proceso de enfriamiento. El proceso de enfriamiento puede parecer dramático para aquellos que no están familiarizados con él. A medida que los trabajadores metalúrgicos transfieren el metal caliente al medio elegido, el vapor sale del metal en gran volumen.

Las velocidades de enfriamiento más lentas le dan a las fuerzas termodinámicas una mayor oportunidad para cambiar la microestructura, y esto a menudo puede ser algo malo si ese cambio en la microestructura debilita el metal. A veces, se prefiere este resultado, por lo que se utilizan diferentes medios para realizar el enfriamiento. El petróleo, por ejemplo, tiene una tasa de enfriamiento mucho menor que el agua. Enfriar en un medio líquido requiere agitar el líquido alrededor de la pieza de metal para reducir el vapor de la superficie. Las bolsas de vapor pueden contrarrestar el proceso de enfriamiento, por lo que es necesario evitarlas.

A menudo se usa para endurecer los aceros, el agua se apaga a una temperatura superior a la austenítico la temperatura hará que el carbono quede atrapado dentro del listón austenítico. Esto conduce a la etapa martensítica dura y quebradiza. Austenita se refiere a aleaciones de hierro con una base de hierro gamma, y ​​la martensita es un tipo duro de estructura cristalina de acero.

La martensita de acero templado es muy frágil y estresada. Como resultado, el acero templado generalmente se somete a un proceso de templado. Esto implica recalentar el metal a una temperatura por debajo de un punto crítico, y luego dejar que se enfríe en el aire.

Típicamente, acero posteriormente se templarán en aceite, sal, baños de plomo u hornos con aire circulado por ventiladores para restaurar algunos de los ductilidad (capacidad de soportar tensiones de tracción) y dureza perdido por la conversión a martensita. Después de templar el metal, se enfría rápidamente, lentamente o nada, según las circunstancias, particularmente si el metal en cuestión es vulnerable a la fragilidad posterior al temple.

Además de las temperaturas de martensita y austenita, el tratamiento térmico del metal involucra las temperaturas de ferrita, perlita, cemento y bainita. La transformación de ferrita delta ocurre cuando el hierro se calienta a una forma de hierro a alta temperatura. De acuerdo a El instituto de soldadura en Gran Bretaña, se forma "al enfriar bajas concentraciones de carbono en aleaciones de hierro-carbono del estado líquido antes de transformarse en austenita".

La perlita se crea durante el proceso de enfriamiento lento de las aleaciones de hierro. La bainita viene en dos formas: bainita superior e inferior. Se produce a velocidades de enfriamiento más lentas que la formación de martensita pero a una velocidad de enfriamiento más rápida que la ferrita y la perlita.

El enfriamiento evita que el acero se descomponga de austenita a ferrita y cemento. El objetivo es que el acero alcance la fase martensítica.

Cada medio disponible para el proceso de enfriamiento tiene sus propios beneficios e inconvenientes, y corresponde a los trabajadores metalúrgicos decidir qué es lo mejor en función de un trabajo específico. Estas son algunas de las opciones:

Estos incluyen agua, diferentes concentraciones de agua salada y refrescos. Estas son las formas más rápidas de enfriar metales durante el proceso de enfriamiento. Además de deformar el metal, también se deben tomar precauciones de seguridad cuando se usan sodas cáusticas, ya que pueden ser dañinas para la piel o los ojos.

Este tiende a ser el método más popular porque algunos aceites aún pueden enfriar metales rápidamente pero sin el mismo riesgo que el agua u otros cáusticos. Sin embargo, los aceites conllevan riesgos porque son inflamables. Por lo tanto, es importante que los trabajadores metalúrgicos conozcan los límites de los aceites con los que están trabajando en términos de temperaturas y pesos de carga para evitar incendios.

Si bien el aire forzado es común, el nitrógeno es otra opción popular. Los gases a menudo se usan para metales terminados, como herramientas. El ajuste de la presión y la exposición a los gases puede controlar la velocidad de enfriamiento.