Deformaciones en los tratamientos térmicos

Uno de los principales problemas para los responsables del tratamiento son las deformaciones después de todo el proceso térmico.

Como solemos decir, los casos prácticos a menudo no se reflejan en la teoría, simplemente por la dificultad de identificar las diferentes variables físicas que afectan de manera crítica el resultado final.

Debemos distinguir dos tipos de deformaciones:

– Variaciones dimensionales: contracciones y expansiones debidas a cambios estructurales durante el tratamiento, que pueden aumentar o disminuir el volumen de la pieza, sin modificar su geometría (variación isotrópica). Este tipo de variación ocurre muy raramente, debido al hecho de que los materiales son generalmente heterogéneos y su comportamiento es anisotrópico.
– Variaciones de forma o distorsiones: dependen de las variaciones de volumen anisotrópico, pero sobre todo de las deformaciones elásticas/plásticas generadas por tensiones internas. En gran medida, dependen de los gradientes térmicos entre las diferentes zonas de piezas en las fases de calentamiento y enfriamiento.

Las diferentes teorías sobre las deformaciones no pueden predecir, ni el aumento de volumen ni la variación de forma, pero sí pueden explicar su naturaleza. Para poder minimizarlas es necesario poder controlar y definir diferentes parámetros de proceso, dependiendo de los diferentes tipos de piezas a tratar

La diferencia de temperatura entre el núcleo y la superficie de las piezas en las fases de calentamiento y enfriamiento provoca tensiones internas que, en la mayoría de los casos, exceden el límite elástico del material a altas temperaturas. Cuando esto sucede, el material sufre variaciones de forma además de las variaciones dimensionales inherentes causadas por el cambio estructural en la fase de austenización y endurecimiento.

En primer lugar, la tolerancia necesaria para el mecanizado debe ser mayor que el mínimo de variaciones dimensionales causadas por el cambio estructural, que para el caso teórico de una variación isotrópica, es alrededor del 1 % del volumen y el 0,3 % de las medidas lineales. En los casos en que hay un porcentaje de austenita residual, la deformación volumétrica disminuye de manera directamente proporcional a la cantidad de austenita, y en algunos casos donde la austenita residual es muy alta, como puede suceder en aceros para herramientas con alto contenido de carbono, incluso puede conducir a una contracción del volumen.

El diagrama de causa-efecto anterior, ayuda a comprender qué otros parámetros influyen en el éxito de todo el proceso, donde el tratamiento térmico, pese a ser el proceso que resalta la mayoría de las deformaciones, en realidad no es el único responsable.

Bibliografía y referencias:

[1] ASM Metals HandBook Volume 04 – Heat Treating

[2] I criteri di scelta e di trattamento degli acciai da costruzione e da utensili Volume 1 – metallurgia di base – Cibaldi Dr. Cesare

[3] Analisi delle problematiche relative alle deformazioni dei particolari meccanici costruiti in acciaio 18NiCrMo5 sottoposti a trattamento termochimico di carbocementazione – OMME snc

29/08/16 Elaborado por el ingeniero Juan Carlos Inés Vilches

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