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¿Por qué se endurece el metal? ¡Explora el misterioso proceso del tratamiento térmico!
La dureza del metal suele estar estrechamente relacionada con el ámbito en el que se utiliza, ya sea en la construcción, la fabricación o las herramientas prácticas diarias, la dureza es una de las propiedades físicas clave. ¿Pero sabías que la dureza del metal se puede ajustar mediante una serie de procesos de tratamiento térmico? El tratamiento térmico no sólo endurece el metal, sino que también afecta a sus otras propiedades importantes, como resistencia, tenacidad, ductilidad, etc. En este artículo, exploraremos los principios básicos del tratamiento térmico y su importante papel en el proceso de endurecimiento de los metales.
Conceptos básicos del tratamiento térmico
El tratamiento térmico es un conjunto de procesos industriales, térmicos y de procesamiento de metales diseñados para cambiar las propiedades físicas y en algunos casos químicas de los materiales. Las principales aplicaciones del tratamiento térmico se concentran en el campo metalúrgico. Los métodos de tratamiento comunes incluyen el templado, el endurecimiento de la superficie, el fortalecimiento por precipitación, etc.
Proceso físico: cambios en la microestructura
La microestructura de los materiales metálicos está formada por pequeñas partículas llamadas "granos" o cristales. Las propiedades de los granos (como el tamaño y la composición de los granos) son uno de los factores eficaces que determinan el comportamiento mecánico de los metales. El tratamiento térmico puede controlar eficazmente la velocidad de difusión y la velocidad de enfriamiento de los granos, manipulando así las propiedades del metal.
El tratamiento térmico puede cambiar las propiedades mecánicas de las aleaciones metálicas, como dureza, resistencia, tenacidad, ductilidad y elasticidad.
Mecanismo de tratamiento térmico
Durante el tratamiento térmico, los metales se calientan o enfrían, a menudo a temperaturas extremas, para lograr los cambios de propiedades deseados. Estos cambios de temperatura hacen que cambie la estructura cristalina del metal, provocando que la dureza aumente o disminuya. Dos mecanismos principales incluyen la formación de martensita y los mecanismos de difusión, los cuales pueden cambiar significativamente las propiedades de la aleación.
Cuando un metal se enfría rápidamente, es posible que no haya tiempo para que los átomos no disueltos migren fuera de la solución, lo que resulta en un cambio estructural conocido como "transformación de no difusión".
La influencia de la composición de la aleación
La composición específica del sistema de aleación puede tener un impacto significativo en los resultados del tratamiento térmico. Cuando el porcentaje de cada componente en la aleación está dentro del rango apropiado, la aleación formará una única microestructura continua; si los componentes están desequilibrados, se pueden formar múltiples microestructuras diferentes al mismo tiempo; Por ejemplo, las aleaciones con menos del 0,77% de carbono se denominan aleaciones subeutéticas, mientras que las que superan esta cantidad se denominan aleaciones hipereutécticas.
Método de tratamiento térmico
Existe una variedad de técnicas de tratamiento térmico disponibles, los métodos más comunes incluyen:
- Recocido: calentar a una temperatura específica y enfriar lentamente para producir una microestructura fina.
- Normalización: tiene como objetivo uniformar el tamaño y la composición del grano, generalmente adecuado para aleaciones ferrosas.
- Alivio de tensión: reducir o eliminar la tensión interna en el metal.
- Envejecimiento: el pretratamiento de componentes metálicos afecta sus propiedades mecánicas.
- Enfriamiento: Enfriamiento rápido del metal para promover la transformación martensítica, generalmente utilizado para aleaciones ferrosas.
Procesos comunes de tratamiento térmico
Tomando como ejemplo las aleaciones de acero, se calientan cantidades variables de componentes de la aleación hasta la etapa de austenita y luego se enfrían para implementar una transformación rápida de la estructura de martensita. Este proceso puede aumentar la dureza de la aleación pero reducir su plasticidad. Por ejemplo, el acero que contiene una proporción específica de carbono producirá diferentes microestructuras en el rango de temperatura adecuado.
Fin: La importancia de pensar
El proceso de tratamiento térmico no se trata solo de cambios físicos, sino también de granos, composición de aleaciones y las diferentes microestructuras formadas. Dominar este conocimiento permitirá a los ingenieros tomar decisiones más efectivas en el procesamiento de metales. En su entorno cotidiano, ¿alguna vez se ha dado cuenta de que hay tantos misterios científicos escondidos detrás de objetos metálicos aparentemente ordinarios?
