Definición y propósito del enfriamiento
El acero se calienta a una temperatura superior al punto crítico Ac3 (acero hipoeutectoide) o Ac1 (acero hipereutectoide), se mantiene a esa temperatura durante un tiempo determinado para lograr una austenización total o parcial, y luego se enfría a una velocidad superior a la velocidad crítica de temple. El proceso de tratamiento térmico que transforma la austenita subenfriada en martensita o bainita inferior se denomina temple.
El objetivo del temple es transformar la austenita subenfriada en martensita o bainita para obtener una estructura de martensita o bainita inferior. Esta estructura se combina posteriormente con un revenido a diferentes temperaturas para mejorar significativamente la resistencia, la dureza y la durabilidad del acero, así como su resistencia al desgaste, a la fatiga y a la tenacidad, entre otras propiedades, para satisfacer los diferentes requisitos de uso de diversas piezas y herramientas mecánicas. El temple también puede utilizarse para cumplir con las propiedades físico-químicas especiales de ciertos aceros especiales, como el ferromagnetismo y la resistencia a la corrosión.
Cuando las piezas de acero se enfrían en un medio de temple con cambios de estado físico, el proceso de enfriamiento generalmente se divide en las siguientes tres etapas: etapa de película de vapor, etapa de ebullición y etapa de convección.
Templabilidad del acero
La templabilidad y la capacidad de enfriamiento son dos indicadores de rendimiento que caracterizan la capacidad del acero para someterse a temple. También constituyen una base importante para la selección y el uso de materiales.
1. Los conceptos de templabilidad y templabilidad
La templabilidad es la capacidad del acero para alcanzar la máxima dureza posible tras el temple y el endurecimiento en condiciones ideales. El factor principal que determina la templabilidad del acero es su contenido de carbono. Más precisamente, se trata del carbono disuelto en la austenita durante el temple y el calentamiento. Cuanto mayor sea el contenido de carbono, mayor será la templabilidad del acero. Los elementos de aleación presentes en el acero tienen poca influencia en la templabilidad, pero sí influyen significativamente en la misma.
La templabilidad se refiere a las características que determinan la profundidad de endurecimiento y la distribución de la dureza del acero bajo condiciones específicas. Es decir, la capacidad de obtener la profundidad de la capa endurecida al templar el acero. Es una propiedad inherente del acero. La templabilidad refleja la facilidad con la que la austenita se transforma en martensita al templar el acero. Está relacionada principalmente con la estabilidad de la austenita subenfriada del acero o con la velocidad crítica de enfriamiento durante el temple.
Cabe señalar que la templabilidad del acero debe distinguirse de la profundidad de endurecimiento efectiva de las piezas de acero bajo condiciones de temple específicas. La templabilidad del acero es una propiedad inherente del mismo. Depende únicamente de sus propios factores internos y no tiene relación con factores externos. La profundidad de endurecimiento efectiva del acero no solo depende de la templabilidad del acero, sino también del material utilizado. Está relacionada con factores externos como el medio de enfriamiento y el tamaño de la pieza. Por ejemplo, bajo las mismas condiciones de austenización, la templabilidad del mismo acero es la misma, pero la profundidad de endurecimiento efectiva del temple en agua es mayor que la del temple en aceite, y las piezas pequeñas tienen una profundidad de endurecimiento menor que las piezas grandes. Esto no significa que el temple en agua tenga mayor templabilidad que el temple en aceite, ni que las piezas pequeñas tengan mayor templabilidad que las piezas grandes. Se puede observar que, para evaluar la templabilidad del acero, es necesario eliminar la influencia de factores externos como la forma, el tamaño y el medio de refrigeración de la pieza de trabajo, entre otros.
Además, dado que templabilidad y capacidad de templabilidad son dos conceptos diferentes, un acero con alta dureza después del temple no necesariamente tiene alta capacidad de templabilidad; y un acero con baja dureza también puede tener alta capacidad de templabilidad.
2. Factores que afectan la templabilidad
La templabilidad del acero depende de la estabilidad de la austenita. Cualquier factor que mejore la estabilidad de la austenita subenfriada, desplazando la curva C hacia la derecha y, por lo tanto, reduciendo la velocidad de enfriamiento crítica, puede mejorar la templabilidad del acero de alta temperatura. La estabilidad de la austenita depende principalmente de su composición química, tamaño de grano y uniformidad de composición, factores que están relacionados con la composición química del acero y las condiciones de calentamiento.
3. Método de medición de la templabilidad
Existen muchos métodos para medir la templabilidad del acero; los más utilizados son el método de medición del diámetro crítico y el método de prueba de templabilidad en el extremo.
(1) Método de medición del diámetro crítico
Tras el temple del acero en un medio determinado, el diámetro máximo en el que el núcleo adquiere una estructura de martensita completa o del 50 % se denomina diámetro crítico, representado por Dc. El método de medición del diámetro crítico consiste en fabricar una serie de varillas redondas de diferentes diámetros y, tras el temple, medir la curva U de dureza a lo largo del diámetro en cada sección de la muestra. El diámetro de la varilla con la estructura semimartensítica en el centro es el diámetro crítico. Cuanto mayor sea el diámetro crítico, mayor será la templabilidad del acero.
(2) Método de prueba de temple final
El método de ensayo de temple en el extremo utiliza una probeta estándar de temple en el extremo (Ф25 mm × 100 mm). Tras la austenización, se rocía agua en un extremo de la probeta en un equipo especial para enfriarla. Después del enfriamiento, se mide la dureza a lo largo del eje, desde el extremo enfriado con agua. Método de ensayo para la curva de relación de distancia. El método de ensayo de temple en el extremo es uno de los métodos para determinar la templabilidad del acero. Sus ventajas son la sencillez de operación y su amplio rango de aplicación.
4. Esfuerzo, deformación y agrietamiento por temple
(1) Tensión interna de la pieza durante el temple
Cuando la pieza se enfría rápidamente en el medio de temple, dado que tiene un tamaño y un coeficiente de conductividad térmica determinados, se produce un gradiente de temperatura en su interior durante el proceso de enfriamiento. La temperatura superficial es baja, la del núcleo es alta, y existe una diferencia de temperatura entre la superficie y el núcleo. Durante el enfriamiento, se producen dos fenómenos físicos: la dilatación térmica, que reduce la longitud de la pieza al disminuir la temperatura; y la transformación de austenita a martensita, que aumenta el volumen específico al alcanzar el punto de transformación martensítica. Debido a esta diferencia de temperatura, la dilatación térmica varía en diferentes puntos de la sección transversal de la pieza, generando tensiones internas. Asimismo, debido a estas diferencias de temperatura internas, puede haber zonas donde la temperatura desciende más rápidamente que en el punto de transformación martensítica. Durante la transformación, el volumen se expande y las partes con alta temperatura se mantienen por encima del punto de fusión, permaneciendo en estado austenítico. Estas diferentes partes también generan tensiones internas debido a las diferencias en los cambios de volumen específico. Por lo tanto, durante el proceso de temple y enfriamiento pueden generarse dos tipos de tensiones internas: una tensión térmica y otra tensión tisular.
Según las características temporales de la tensión interna, esta puede dividirse en tensión instantánea y tensión residual. La tensión interna generada por la pieza en un momento determinado durante el proceso de enfriamiento se denomina tensión instantánea; una vez enfriada la pieza, la tensión que permanece en su interior se denomina tensión residual.
La tensión térmica se refiere a la tensión causada por la dilatación térmica inconsistente (o la contracción por frío) debido a las diferencias de temperatura en diferentes partes de la pieza de trabajo cuando se calienta (o se enfría).
Ahora, tomemos como ejemplo un cilindro sólido para ilustrar las reglas de formación y cambio de la tensión interna durante su proceso de enfriamiento. Aquí solo se analiza la tensión axial. Al inicio del enfriamiento, debido a que la superficie se enfría rápidamente, la temperatura es baja y se contrae mucho, mientras que el núcleo se enfría, la temperatura es alta y la contracción es pequeña. Como resultado, la superficie y el interior se restringen mutuamente, lo que produce una tensión de tracción en la superficie, mientras que el núcleo está bajo tensión de presión. A medida que avanza el enfriamiento, la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior aumenta, y la tensión interna también aumenta en consecuencia. Cuando la tensión aumenta hasta superar el límite elástico a esta temperatura, se produce la deformación plástica. Dado que el espesor del núcleo es mayor que el de la superficie, el núcleo siempre se contrae axialmente primero. Como resultado de la deformación plástica, la tensión interna deja de aumentar. Después de enfriar durante un cierto período de tiempo, la disminución de la temperatura superficial se ralentizará gradualmente, y su contracción también disminuirá gradualmente. En este momento, el núcleo aún se está contrayendo, por lo que la tensión de tracción en la superficie y la tensión de compresión en el núcleo disminuirán gradualmente hasta desaparecer. Sin embargo, a medida que continúa el enfriamiento, la humedad superficial se reduce progresivamente y la contracción disminuye, o incluso se detiene. Dado que la temperatura en el núcleo sigue siendo alta, este continuará contrayéndose, y finalmente se formará una tensión de compresión en la superficie de la pieza, mientras que el núcleo presentará tensión de tracción. No obstante, debido a la baja temperatura, la deformación plástica no se produce fácilmente, por lo que esta tensión aumentará a medida que prosiga el enfriamiento. Continúa aumentando y finalmente permanece en el interior de la pieza como tensión residual.
Se puede observar que la tensión térmica durante el proceso de enfriamiento provoca inicialmente que la capa superficial se estire y el núcleo se comprima, y la tensión residual restante consiste en que la capa superficial se comprima y el núcleo se estire.
En resumen, la tensión térmica generada durante el enfriamiento por temple se debe a la diferencia de temperatura transversal durante el proceso. Cuanto mayor sea la velocidad de enfriamiento y la diferencia de temperatura transversal, mayor será la tensión térmica generada. En las mismas condiciones del medio de enfriamiento, cuanto mayor sea la temperatura de calentamiento de la pieza, mayor sea su tamaño, menor sea la conductividad térmica del acero, mayor será la diferencia de temperatura interna y mayor la tensión térmica. Si la pieza se enfría de forma desigual a alta temperatura, se deformará. Si la tensión de tracción instantánea generada durante el enfriamiento de la pieza supera la resistencia a la tracción del material, se producirán grietas por temple.
La tensión de transformación de fase se refiere a la tensión causada por la diferente sincronización de la transformación de fase en varias partes de la pieza durante el proceso de tratamiento térmico, también conocida como tensión tisular.
Durante el temple y el enfriamiento rápido, cuando la capa superficial se enfría hasta el punto Ms, se produce una transformación martensítica que provoca una expansión de volumen. Sin embargo, debido a la obstrucción del núcleo, que aún no ha sufrido la transformación, la capa superficial genera una tensión de compresión, mientras que el núcleo presenta una tensión de tracción. Cuando la tensión es suficientemente grande, provoca deformación. Cuando el núcleo se enfría hasta el punto Ms, también sufre una transformación martensítica y se expande en volumen. No obstante, debido a las restricciones de la capa superficial transformada, que presenta baja plasticidad y alta resistencia, su tensión residual final se manifiesta como tensión superficial, y el núcleo queda sometido a presión. Se observa que el cambio y el estado final de la tensión de transformación de fase son exactamente opuestos a la tensión térmica. Además, dado que la tensión de cambio de fase se produce a bajas temperaturas con baja plasticidad, la deformación es difícil en este caso, por lo que es más probable que la tensión de cambio de fase provoque el agrietamiento de la pieza.
Hay muchos factores que afectan el tamaño de la tensión de transformación de fase. Cuanto más rápida sea la velocidad de enfriamiento del acero en el rango de temperatura de transformación martensítica, mayor sea el tamaño de la pieza de acero, peor sea la conductividad térmica del acero, mayor sea el volumen específico de la martensita, mayor será la tensión de transformación de fase. Cuanto mayor sea, mayor será. Además, la tensión de transformación de fase también está relacionada con la composición del acero y su templabilidad. Por ejemplo, el acero de alta aleación con alto contenido de carbono aumenta el volumen específico de la martensita debido a su alto contenido de carbono, lo que debería aumentar la tensión de transformación de fase del acero. Sin embargo, a medida que aumenta el contenido de carbono, el punto Ms disminuye, y hay una gran cantidad de austenita retenida después del temple. Su expansión de volumen disminuye y la tensión residual es baja.
(2) Deformación de la pieza de trabajo durante el temple
Durante el temple, existen dos tipos principales de deformación en la pieza: uno es el cambio en la forma geométrica de la pieza, que se manifiesta como cambios en el tamaño y la forma, a menudo denominado deformación por alabeo, causada por la tensión de temple; el otro es la deformación volumétrica, que se manifiesta como una expansión o contracción proporcional del volumen de la pieza, causada por el cambio en el volumen específico durante el cambio de fase.
La deformación por alabeo también incluye la deformación de forma y la deformación por torsión. La deformación por torsión se debe principalmente a la colocación incorrecta de la pieza en el horno durante el calentamiento, a la falta de un tratamiento de conformación posterior a la corrección de la deformación antes del temple, o al enfriamiento desigual de las distintas partes de la pieza. Esta deformación puede analizarse y resolverse en situaciones específicas. A continuación, se abordan principalmente la deformación volumétrica y la deformación de forma.
1) Causas de la deformación por temple y sus reglas de cambio
Deformación volumétrica causada por transformación estructural. El estado estructural de la pieza antes del temple es generalmente perlítico, es decir, una estructura mixta de ferrita y cementita, y después del temple es una estructura martensítica. Los diferentes volúmenes específicos de estos tejidos provocan cambios de volumen antes y después del temple, lo que resulta en deformación. Sin embargo, esta deformación solo causa que la pieza se expanda y contraiga proporcionalmente, por lo que no altera su forma.
Además, cuanto mayor sea la cantidad de martensita en la estructura tras el tratamiento térmico, o cuanto mayor sea el contenido de carbono en la martensita, mayor será su expansión volumétrica; por el contrario, cuanto mayor sea la cantidad de austenita retenida, menor será la expansión volumétrica. Por lo tanto, el cambio de volumen puede controlarse regulando el contenido relativo de martensita y martensita residual durante el tratamiento térmico. Si se controla adecuadamente, el volumen no se expandirá ni se contraerá.
Deformación de la forma causada por tensión térmica La deformación causada por tensión térmica ocurre en áreas de alta temperatura donde la resistencia a la fluencia de las piezas de acero es baja, la plasticidad es alta, la superficie se enfría rápidamente y la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior de la pieza de trabajo es la mayor. En este momento, la tensión térmica instantánea es tensión de tracción superficial y tensión de compresión en el núcleo. Dado que la temperatura del núcleo es alta en este momento, la resistencia a la fluencia es mucho menor que la de la superficie, por lo que se manifiesta como una deformación bajo la acción de tensión de compresión multidireccional, es decir, el cubo es esférico en dirección. Variedad. El resultado es que el más grande se contrae, mientras que el más pequeño se expande. Por ejemplo, un cilindro largo se acorta en la dirección de la longitud y se expande en la dirección del diámetro.
Deformación de la forma causada por la tensión del tejido La deformación causada por la tensión del tejido también ocurre en el momento inicial cuando la tensión del tejido es máxima. En este momento, la diferencia de temperatura de la sección transversal es grande, la temperatura del núcleo es más alta, todavía está en el estado austenítico, la plasticidad es buena y el límite elástico es bajo. La tensión instantánea del tejido es una tensión de compresión superficial y una tensión de tracción del núcleo. Por lo tanto, la deformación se manifiesta como el alargamiento del núcleo bajo la acción de la tensión de tracción multidireccional. El resultado es que bajo la acción de la tensión del tejido, el lado más grande de la pieza de trabajo se alarga, mientras que el lado más pequeño se acorta. Por ejemplo, la deformación causada por la tensión del tejido en un cilindro largo es el alargamiento en longitud y reducción en diámetro.
La tabla 5.3 muestra las reglas de deformación por temple de varias piezas típicas de acero.
2) Factores que afectan la deformación por temple
Los factores que afectan a la deformación por temple son principalmente la composición química del acero, la estructura original, la geometría de las piezas y el proceso de tratamiento térmico.
3) Grietas de enfriamiento
Las grietas en las piezas suelen aparecer en la etapa final del temple y enfriamiento, es decir, una vez completada la transformación martensítica o tras el enfriamiento total. En estos casos, se produce una fractura frágil debido a que la tensión de tracción en las piezas supera la resistencia a la fractura del acero. Las grietas suelen ser perpendiculares a la dirección de máxima deformación por tracción, por lo que las diferentes formas de grietas en las piezas dependen principalmente del estado de distribución de tensiones.
Tipos comunes de grietas de temple: Las grietas longitudinales (axiales) se generan principalmente cuando la tensión de tracción tangencial excede la resistencia a la rotura del material; las grietas transversales se forman cuando la gran tensión de tracción axial formada en la superficie interna de la pieza excede la resistencia a la rotura del material. Grietas; las grietas reticulares se forman bajo la acción de la tensión de tracción bidimensional en la superficie; las grietas de descamación ocurren en una capa endurecida muy delgada, que puede ocurrir cuando la tensión cambia bruscamente y la tensión de tracción excesiva actúa en la dirección radial. Tipo de grieta.
Las grietas longitudinales también se denominan grietas axiales. Estas grietas se producen en la zona de máxima tensión cerca de la superficie de la pieza y alcanzan cierta profundidad hacia el centro. Generalmente, su dirección es paralela al eje, pero puede variar cuando existe concentración de tensiones en la pieza o defectos estructurales internos.
Tras el enfriamiento completo de la pieza, es probable que se produzcan grietas longitudinales. Esto se debe a la elevada tensión de tracción tangencial en la superficie de la pieza enfriada. A medida que aumenta el contenido de carbono del acero, aumenta la tendencia a la formación de grietas longitudinales. El acero con bajo contenido de carbono presenta un volumen específico reducido de martensita y una fuerte tensión térmica. Existe una elevada tensión de compresión residual en la superficie, por lo que no es fácil de enfriar. A medida que aumenta el contenido de carbono, la tensión de compresión superficial disminuye y la tensión estructural aumenta. Al mismo tiempo, la tensión de tracción máxima se desplaza hacia la capa superficial. Por consiguiente, el acero con alto contenido de carbono es propenso a la formación de grietas longitudinales durante el enfriamiento cuando se sobrecalienta.
El tamaño de las piezas afecta directamente al tamaño y la distribución de la tensión residual, y su tendencia a agrietarse durante el temple también es diferente. Las grietas longitudinales también se forman fácilmente durante el temple dentro del rango de tamaño de sección transversal peligroso. Además, el bloqueo de las materias primas de acero a menudo causa grietas longitudinales. Dado que la mayoría de las piezas de acero se fabrican mediante laminación, las inclusiones no áureas, los carburos, etc., en el acero se distribuyen a lo largo de la dirección de deformación, lo que provoca que el acero sea anisotrópico. Por ejemplo, si el acero para herramientas tiene una estructura en forma de bandas, su resistencia a la fractura transversal después del temple es entre un 30 % y un 50 % menor que la resistencia a la fractura longitudinal. Si existen factores como inclusiones no áureas en el acero que causan concentración de tensiones, incluso si la tensión tangencial es mayor que la tensión axial, las grietas longitudinales se forman fácilmente en condiciones de baja tensión. Por esta razón, un control estricto del nivel de inclusiones no metálicas y azúcares en el acero es un factor importante para prevenir las grietas durante el temple.
Las características de distribución de tensiones internas en grietas transversales y grietas en arco son las siguientes: la superficie está sometida a tensión de compresión. Tras alejarse de la superficie a cierta distancia, la tensión de compresión se transforma en una gran tensión de tracción. La grieta se produce en la zona de tensión de tracción y, posteriormente, cuando la tensión interna se propaga a la superficie de la pieza, solo se produce una redistribución de la misma o un aumento adicional de la fragilidad del acero.
Las grietas transversales suelen aparecer en piezas de ejes grandes, como rodillos, rotores de turbinas u otras partes de ejes. Se caracterizan por ser perpendiculares al eje y partir desde el interior hacia el exterior. A menudo se forman antes del endurecimiento y son causadas por tensiones térmicas. Las piezas forjadas grandes suelen presentar defectos metalúrgicos como poros, inclusiones, grietas de forja y puntos blancos. Estos defectos sirven como punto de partida para la fractura y la rotura bajo la acción de la tensión axial. Las grietas en arco son causadas por tensiones térmicas y generalmente se distribuyen en forma de arco en las partes donde cambia la forma de la pieza. Ocurren principalmente en el interior de la pieza o cerca de bordes afilados, ranuras y agujeros, y se distribuyen en forma de arco. Cuando las piezas de acero con alto contenido de carbono con un diámetro o espesor de 80 a 100 mm o más no se templan, la superficie mostrará tensión de compresión y el centro mostrará tensión de tracción. La tensión máxima de tracción se produce en la zona de transición entre la capa endurecida y la no endurecida, y las grietas en arco aparecen en estas áreas. Además, la velocidad de enfriamiento en los bordes y esquinas afiladas es rápida y todas las zonas se templan. Al pasar a zonas más suaves, es decir, a la zona sin endurecer, aparece la zona de máxima tensión, por lo que es probable que se produzcan grietas por arco eléctrico. La velocidad de enfriamiento cerca del orificio, ranura o centro de la pieza es lenta, la capa endurecida correspondiente es delgada y la tensión cerca de la zona de transición endurecida puede provocar fácilmente grietas por arco eléctrico.
Las grietas reticulares, también conocidas como grietas superficiales, son grietas superficiales. Su profundidad es superficial, generalmente de entre 0,01 y 1,5 mm. La característica principal de este tipo de grieta es que su dirección es arbitraria e independiente de la forma de la pieza. Muchas grietas se conectan entre sí formando una red y se distribuyen ampliamente. Cuando la profundidad de la grieta es mayor, por ejemplo, superior a 1 mm, la red desaparece y las grietas se orientan aleatoriamente o se distribuyen longitudinalmente. Las grietas reticulares están relacionadas con el estado de tensión de tracción bidimensional en la superficie.
Las piezas de acero con alto contenido de carbono o carburizado, con una capa descarburizada en la superficie, son propensas a desarrollar grietas reticulares durante el temple. Esto se debe a que la capa superficial tiene un menor contenido de carbono y un volumen específico menor que la capa interna de martensita. Durante el temple, la capa superficial del carburo se somete a esfuerzos de tracción. Las piezas cuya capa desfosforizada no se ha eliminado por completo durante el procesamiento mecánico también desarrollarán grietas reticulares durante el temple superficial por alta frecuencia o llama. Para evitar estas grietas, se debe controlar rigurosamente la calidad superficial de las piezas y prevenir la soldadura por oxidación durante el tratamiento térmico. Además, después de que el troquel de forja se haya utilizado durante un cierto período de tiempo, las grietas por fatiga térmica que aparecen en forma de tiras o redes en la cavidad y las grietas en el proceso de rectificado de las piezas templadas pertenecen a este tipo de grietas.
Las grietas de desprendimiento ocurren en un área muy estrecha de la capa superficial. La tensión de compresión actúa en las direcciones axial y tangencial, y la tensión de tracción ocurre en la dirección radial. Las grietas son paralelas a la superficie de la pieza. El desprendimiento de la capa endurecida después del enfriamiento de piezas con temple superficial y carburización pertenece a este tipo de grietas. Su aparición está relacionada con la estructura irregular en la capa endurecida. Por ejemplo, después de que el acero carburizado aleado se enfría a cierta velocidad, la estructura en la capa carburizada es: capa externa de perlita extremadamente fina + carburo, y la subcapa es martensita + austenita residual, la capa interna es perlita fina o estructura de perlita extremadamente fina. Dado que el volumen específico de formación de la subcapa de martensita es el mayor, el resultado de la expansión de volumen es que la tensión de compresión actúa sobre la capa superficial en las direcciones axial y tangencial, y la tensión de tracción ocurre en la dirección radial, y se produce una mutación de tensión hacia el interior, pasando a un estado de tensión de compresión, y se producen grietas de desprendimiento en áreas extremadamente delgadas donde la transición de tensión es brusca. Generalmente, las grietas se encuentran en el interior paralelas a la superficie y, en casos severos, pueden causar desprendimiento de la superficie. Si se acelera o reduce la velocidad de enfriamiento de las piezas carburizadas, se puede obtener una estructura de martensita uniforme o una estructura de perlita ultrafina en la capa carburizada, lo que puede prevenir la aparición de dichas grietas. Además, durante el temple superficial de alta frecuencia o llama, la superficie a menudo se sobrecalienta y la inhomogeneidad estructural a lo largo de la capa endurecida puede formar fácilmente dichas grietas superficiales.
Las microfisuras se diferencian de las cuatro fisuras mencionadas anteriormente en que son causadas por microtensiones. Las fisuras intergranulares que aparecen tras el temple, el sobrecalentamiento y el rectificado de aceros para herramientas con alto contenido de carbono o piezas carburizadas, así como las fisuras causadas por un revenido tardío de las piezas templadas, están relacionadas con la existencia y posterior propagación de microfisuras en el acero.
Las microfisuras deben examinarse con un microscopio. Suelen aparecer en los límites de grano de la austenita original o en la unión de las láminas de martensita. Algunas fisuras penetran las láminas de martensita. Las investigaciones muestran que las microfisuras son más frecuentes en la martensita maclada laminar. Esto se debe a que la martensita laminar choca entre sí al crecer a alta velocidad, generando una alta tensión. Sin embargo, la martensita maclada en sí misma es frágil y no puede producir deformación plástica, lo que reduce la tensión y facilita la aparición de microfisuras. Los granos de austenita son gruesos, lo que aumenta la susceptibilidad a las microfisuras. La presencia de microfisuras en el acero reduce significativamente la resistencia y la plasticidad de las piezas templadas, provocando daños prematuros (fracturas).
Para evitar microfisuras en piezas de acero con alto contenido de carbono, se pueden adoptar medidas como reducir la temperatura de temple, obtener una estructura de martensita fina y disminuir el contenido de carbono en la martensita. Además, el revenido oportuno tras el temple es un método eficaz para reducir las tensiones internas. Las pruebas han demostrado que, tras un revenido suficiente por encima de 200 °C, los carburos precipitados en las fisuras tienen el efecto de "soldarlas", lo que reduce significativamente el riesgo de microfisuras.
Lo anterior es una discusión sobre las causas y los métodos de prevención de grietas según el patrón de distribución de grietas. En la producción real, la distribución de grietas varía debido a factores como la calidad del acero, la forma de la pieza y la tecnología de procesamiento en caliente y en frío. A veces, las grietas ya existen antes del tratamiento térmico y se expanden aún más durante el proceso de temple; a veces, pueden aparecer varias formas de grietas en la misma pieza al mismo tiempo. En este caso, basándose en las características morfológicas de la grieta, el análisis macroscópico de la superficie de fractura, el examen metalográfico y, cuando sea necesario, el análisis químico y otros métodos, se debe realizar un análisis integral desde la calidad del material y la estructura organizativa hasta las causas de la tensión del tratamiento térmico para encontrar las causas principales de la grieta y luego determinar medidas preventivas efectivas.
El análisis de fracturas es un método importante para analizar las causas de las grietas. Toda fractura tiene un punto de origen. Las grietas por temple suelen comenzar en el punto de convergencia de grietas radiales.
Si el origen de la grieta se encuentra en la superficie de la pieza, significa que la grieta se debe a una tensión de tracción excesiva en dicha superficie. Si no existen defectos estructurales como inclusiones en la superficie, pero sí factores de concentración de tensiones como marcas de corte pronunciadas, cascarilla de óxido, esquinas afiladas en las piezas de acero o deformaciones estructurales, pueden producirse grietas.
Si el origen de la grieta se encuentra en el interior de la pieza, se debe a defectos del material o a una tensión residual interna excesiva. La superficie de fractura en un temple normal es gris y de aspecto fino, similar a la porcelana. Si la superficie de fractura es gris oscuro y rugosa, se debe a un sobrecalentamiento o a que el tejido original es grueso.
En general, no debería haber oxidación en la sección vítrea de la grieta de temple, ni descarburación alrededor de la misma. Si hay descarburación alrededor de la grieta o oxidación en la sección de la misma, indica que la pieza ya presentaba grietas antes del temple, y que estas se expandirán bajo la influencia de la tensión del tratamiento térmico. Si se observan carburos segregados e inclusiones cerca de las grietas de la pieza, significa que estas se deben a una segregación severa de carburos en la materia prima o a la presencia de inclusiones. Si las grietas solo aparecen en las esquinas afiladas o en las partes con cambios de forma de la pieza, sin los fenómenos anteriores, significa que la grieta se debe a un diseño estructural inadecuado de la pieza, a medidas incorrectas para prevenir grietas o a una tensión excesiva durante el tratamiento térmico.
Además, las grietas en las piezas sometidas a tratamiento térmico químico y temple superficial suelen aparecer cerca de la capa endurecida. Mejorar la estructura de la capa endurecida y reducir las tensiones del tratamiento térmico son medidas importantes para evitar grietas superficiales.
Fecha de publicación: 22 de mayo de 2024