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Transformación de blando a duro: ¿Cómo cambia el tratamiento térmico el destino de los metales?
Entre las infinitas aplicaciones de los metales, el tratamiento térmico (tratamiento térmico) es sin duda uno de los procesos más importantes y que más puede afectar a sus propiedades físicas y químicas. Esta tecnología no solo es común en el procesamiento de metales, sino que también se utiliza ampliamente en la fabricación de diversos materiales, como el vidrio. El efecto deseado, como el endurecimiento o el ablandamiento, se logra mediante un calentamiento o enfriamiento extremos. Las técnicas de tratamiento térmico incluyen recocido, endurecimiento superficial, endurecimiento por precipitación, revenido, carburación, normalización y temple, y cada método tiene su propia contribución y escenarios de aplicación únicos.
La microestructura de los materiales metálicos consiste en pequeños cristales llamados "granos", y las propiedades de estos granos tienen un profundo impacto en el comportamiento mecánico general del metal.
La microestructura de un metal tiene una influencia decisiva en su rendimiento, porque diferentes tamaños y composiciones de grano afectan directamente la dureza, resistencia, tenacidad y otras propiedades mecánicas del metal. El tratamiento térmico proporciona una forma eficaz de ajustar las propiedades de los metales controlando las tasas de difusión y de enfriamiento. Durante el tratamiento térmico, dos mecanismos principales pueden cambiar las propiedades de la aleación: uno es la formación de martensita, que provoca la deformación interna del cristal, y el otro es el mecanismo de difusión, que provoca cambios en la homogeneidad de la aleación.
Durante el tratamiento térmico, la estructura cristalina de un metal se reorganizará según las condiciones ambientales (como la temperatura y la presión), un proceso conocido como transformación alotrópica o de fase. En una aleación, este reordenamiento puede provocar que elementos que no se disolverían en el metal base de repente se vuelvan solubles. Si la aleación se enfría hasta un estado insoluble, los componentes disueltos pueden migrar fuera de la solución, lo que resulta en la formación de una determinada microestructura, que generalmente incluye dos o más tipos de fases.
Por ejemplo, el acero por encima de la temperatura de transformación de austenita se transformará en la fase martensita después del temple, lo que aumenta en gran medida la dureza del metal.
No se puede ignorar la influencia de diferentes concentraciones de aleación en los resultados del tratamiento térmico. La proporción de composición correcta puede hacer que la aleación forme una estructura única cuando se enfría, mientras que una proporción inadecuada puede provocar la coexistencia de múltiples microestructuras. De manera similar, las condiciones de enfriamiento o calentamiento excesivo pueden dar lugar a materiales con propiedades muy diferentes.
Al realizar tratamientos térmicos, el control preciso del tiempo y la temperatura es fundamental. Normalmente, la mayoría de los tratamientos térmicos comienzan cuando la aleación alcanza una temperatura de transformación crítica. Este período de tiempo controlado y el control preciso de la temperatura garantizan que la aleación logre una microestructura uniforme durante la transformación.
El rendimiento máximo sostenido a menudo proviene de un tratamiento térmico preciso, especialmente en industrias exigentes como la aeroespacial, donde las superaleaciones pueden requerir múltiples operaciones de tratamiento térmico.
Las técnicas básicas del tratamiento térmico incluyen el recocido, la regularización, el alivio de tensiones y el envejecimiento, cada uno de los cuales tiene su propósito y aplicación específicos. Por ejemplo, el recocido se utiliza a menudo para mejorar la maquinabilidad de los metales, mientras que la normalización se utiliza para lograr uniformidad en diversos materiales. El alivio de tensiones se utiliza principalmente para eliminar tensiones internas causadas por el trabajo en frío o un enfriamiento desigual.
Al mismo tiempo, el temple, como proceso de enfriamiento rápido, transformará el metal en una estructura de martensita, aumentando así la dureza del metal, pero algunas aleaciones no ferrosas pueden volverse más blandas en el proceso.
En resumen, el tratamiento térmico ofrece innumerables posibilidades para ajustar las propiedades de diversos materiales metálicos a través de procesos controlados con precisión. La aplicación de este proceso no sólo permite fortalecer los metales, sino que también proporciona un fuerte apoyo al desarrollo de diversas industrias. En el futuro, ¿cómo afectará esta tecnología al desarrollo y la aplicación de la ciencia de los materiales?
