Tratamientos Térmicos: Tratamientos Isotérmicos

Diagrama de transformaciones isotérmicas de la austenita o curva de “S”, correspondiente aun acero Eutectoide.

EL AUSTEMPERING

El austempering que significa estructura uniforme (o temple bainítico) es un tratamiento térmico que se aplica al Acero, con contenido de carbono medio o alto que produce una estructura metalúrgica llamada bainita, la cual es una mezcla de fases de ferrita y cementita, esta forma agujas o placas, dependiendo de la temperatura de transformación. Los detalles microestructurales de la bainita son tan finos que su resolución sólo es posible mediante el microscopio electrónico. Está compuesta de una matriz ferrítica y de partículas alargadas de cementita. La fase que rodea las agujas es martensita, a menos que se haga un tratamiento isotermico hasta transformar toda la austenita en bainita.

Con este tratamiento isotérmico se pretende obtener piezas con una estructura bainítica, para incrementar la resistencia y la dureza y reducir la distorsión, es decir, que sean duras pero no extremadamente frágiles. Cuando se aplica a materiales ferrosos, produce una estructura más fuerte y más resistente que las estructuras comparables producidas con convencional temple y revenido.

Procedimiento:

Consiste en llevar el acero hasta la temperatura de austenización, enfriarlo en un medio a temperatura por encima de la temperatura de transformación martensitica del acero, dejarlo allí por un tiempo con el fin de alcanzar la transformación bainítica con lo que se consigue un material de excelente tenacidad. La acción específica es calentar la pieza a 860-920 ºC, mantener la misma temperatura durante un cierto tiempo (aproximadamente el doble de acero), luego colocar rápidamente en el baño isotérmico de 250-350 ºC, para procesar el tratamiento isotérmico de 0,5-1,5 horas, luego sacar para que sea enfriada por aire. Después del endurecimiento isotérmico, ya que el estrés no es grande, generalmente no hay necesidad de hacer el tratamiento de revenido.

El austempering como reductor de tensiones residuales

Una consideración importante en muchos de los tratamientos térmicos es la variación de la velocidad de enfriamiento entre la superficie y el centro de la pieza térmicamente tratada. El enfriamiento diferencial produce tensiones que pueden causar distorsión y/o fisuración. Para reducir las tensiones residuales deben tomarse numerosas precauciones pero se desarrollaron específicamente dos tratamientos térmicos especiales, martempering y austempering, para minimizar la formación de las tensiones residuales y/o incrementar la tenacidad de las piezas tratadas térmicamente.

El austempering es otro tratamiento de endurecimiento diseñado para reducir las distorsiones y fisuraciones en aceros de alto carbono. La temperatura en el centro y en la superficie de una pieza de austempering son las mismas a la temperatura de mantenimiento y la ausencia de gradientes térmicos en la transformación posterior a bainita minimiza la generación de tensiones durante el austempering.

Un acero adecuado para el austempering debe ser suficientemente templable para evitar los productos de transformación de mayor temperatura de la austenita cuando se templa dentro de las sales fundidas con una severidad de temple relativamente baja. Si se selecciona un acero aleado para compensar la reducida eficiencia de temple de las sales fundidas, debe también aumentarse la templabilidad bainítica al punto tal donde se requieran muy largos períodos de tiempo para completar la transformación.

Ventajas del proceso de austempering

Una de las principales ventajas del proceso de austempering es el hecho que no es necesario un revenido, pudiendo compensarse por un aumento en el tiempo de formación de la bainita.
La reducción de distorsión o fisuración de piezas de acero de alto carbono.
Amento de la tenacidad en gran medida en relación con una martensita revenida con el mismo nivel de dureza.
Resistencia al impacto.

Aplicaciones y materiales

Como habíamos expuesto anteriormente, el temple bainítico se utiliza principalmente para endurecer aceros con un contenido de carbono medio o elevado, en el rango de 35-55 HRC, cuando se requiere dureza con la ventaja añadida de una reducción de la distorsión. Por lo tanto, El rango de aplicaciones del temple bainítico incluye generalmente piezas fabricadas a partir de láminas o una banda de pequeña sección transversal por lo que se utiliza ampliamente en la industria aeronáutica para clips, piezas como engranajes, ejes, y otras, las cuales son sometidas a fuerte desgaste que también tienen que soportar cargas, donde se requiere la máxima flexibilidad y dureza.

Por otro lado el temple bainítico es más efectivo en aleaciones ferrosas con contenido en carbono medio o elevado y en piezas de fundición de hierro dúctil como SAE 1045 a 1095, 4130, 4140, 5160, 6150 (C45 a C100, 25CrMo4, 42CrMo4, 50CrV4), así como para los requisitos de dureza necesarios entre HRC 38-52.