TRATAMIENTO TÉRMICO
El tratamiento térmico es un proceso usado para cambiar térmicamente la (micro) estructura metalúrgica del acero, para obtener las propiedades requeridas. Este proceso beneficia la vida útil de un artículo de fijación, pues puede aumentar su resistencia, dureza superficial y resistencia a la temperatura.
RECOCIDO
El acero se mantiene a una temperatura ligeramente por debajo de 721°C durante varias horas y luego se deja enfriar lentamente. Durante este proceso, la estructura del acero cambia de una perlita laminar rígida, para una perlita globular blanda, que es la condición ideal para el prensado en frio.
NORMALIZACIÓN (RECRISTALIZACIÓN)
Al calentar el acero entre 800°C y 920°C durante un corto período de tiempo y luego dejar enfriar lentamente, la estructura de grano del acero, resultante de, por ejemplo laminación en caliente o prensado en caliente de aéreas especialmente gruesas, retoma su estructura original de granos finos. Al reducir el tamaño del grano de esta manera, la resistencia a la tensión y la resistencia al impacto se mejoran sin que la resistencia a la tracción sea significativamente reducida.
REDUCIÓN DE TENSIONES
Durante el prensado en frio, las tensiones internas son inducidas en el material, lo que aumenta la resistencia a la tracción, pero reduce la resistencia a la tensión. El calentamiento de los artículos de fijación de acero a una temperatura de 550°C a 650°C aproximadamente de dos horas quita aproximadamente 90% de estas tensiones internas. Los artículos de fijación deben enfriar lentamente en un horno o en el aire ambiente. Una velocidad de enfriamiento lenta es importante para evitar diferencias internas de temperatura dentro del acero, lo que crea tensiones internas. Este tipo de tratamiento térmico se utiliza para artículos de fijación prensados en frio de clase de propiedad 4.6 y 5.6.
ENDURECIMIENTO
Cuando el acero con un contenido de carbono del 0.3% se calienta a una temperatura superior a 800°C y luego se enfría en agua, aceite o baño de sal, se forma una estructura martensítica muy dura pero frágil.
La dureza alcanzada depende tanto del contenido de carbono – cuanto más carbono, más duro el acero – y del porcentaje de martensíte, que se forma en el núcleo del material a cierta velocidad crítica de enfriamiento. Con tornillos más pequeños hechos de acero no-aleado, la velocidad crítica de enfriamiento se ve afectada hasta el núcleo. Sin embargo, con tamaños más grandes, el calor del núcleo no se puede transmitir al exterior rápidamente, y es necesario añadir elementos de aleación como boro, magnesio, cromo, níquel y molibdeno, que promueven el endurecimiento disminuyendo la velocidad crítica de enfriamiento.
En general, cuando se elige un tipo de acero con ese endurecimiento, aproximadamente 90% de martensite está presente en el núcleo del material después del enfriamiento. El medio de enfriamiento también influye en la velocidad de enfriamiento. Los artículos de fijación se enfrían principalmente en aceite. Aunque al agua es más eficaz que el aceite, su uso produce un riesgo excesivo de fisuras de endurecimiento y deformaciones resultantes.
Estructura martensitica
TEMPLADO
Con el aumento de la dureza, sin embargo, las tensiones de endurecimiento aumentan y, por lo tanto, la fragilidad del material también aumenta. Normalmente, un segundo tratamiento térmico, llamado templado, se debe seguir lo más rápido posible. En temperaturas hasta 200°C, la fragilidad sólo disminuyó levemente, y la dureza es difícilmente afectada. Por encima de 200°C (templado alto), hay una clara reducción en las tensiones; la dureza también disminuye, y la tenacidad se mejora.
TEMPLADO Y REVENIDO
Templado y revenido es un tratamiento térmico combinado que comprende enfriamiento inmediatamente seguido por templado alto, a temperaturas de 340° C a 650°C. Este es el tratamiento térmico más importante y común, para artículos de fijación. El proceso alcanza un compromiso ideal entre, por un lado, un nivel razonable de alta resistencia a la tracción y una alta tasa de resistencia a la tensión/tracción y por otro lado, tenacidad suficiente. La resistencia suficiente es necesaria para la operación correcta de los artículos de fijación que debe ser capaz de manejar todos los tipos de cargas externas. Las clases de propiedad más altas 8.8, 10.9 y 12.9 deben tener siempre templado y revenido.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
Este tratamiento térmico es un proceso de cementación que se realiza en un gas emisor de carbono. Una fina capa de carbono enriquecida se forma en la exterior del metal calentado, que se vuelve dura y resistente al desgaste, mientras que el núcleo del material permanece resistente. El endurecimiento superficial se aplica en los artículos de fijación como tornillos auto roscantes, tornillos auto perforantes y tornillos de madera. Los tratamientos similares son la carbonitratación, que utiliza gas carbónico y nitrógeno, nitratación y nitratación en baño de sal, que utiliza gas nitrógeno.
ENDURECIMIENTO POR INDUCCIÓN
Para aplicaciones especiales, se forma una capa resistente al desgaste, sin subministro de gas, en bobina de alta frecuencia sin contacto con la pieza de trabajo. Después del calentamiento, el acero es rápidamente enfriado en aceite o agua.
Este tratamiento se utiliza a menudo para proporcionar localmente mejor dureza y propiedades de desgaste en una pieza o tratar piezas largas, como varillas roscadas.
La relación entre hierro y carbono, tratamientos térmicos y propiedades mecánicas se resumen en la figura siguiente.
