Diseño en ingenieria mecanica de Shigley

CAPÍTULO 2 Materiales 45
Recocido
Cuando un material se trabaja en frío o en caliente, se inducen esfuerzos residuales; además,
el material suele adquirir una dureza mayor debido a estas operaciones de trabajo, que cambian
la estructura del material de tal manera que ya no puede ser representado por el diagrama
de equilibrio. El recocido completo y el normalizado son operaciones de calentamiento que
permiten que el material se transforme de acuerdo con el diagrama de equilibrio. El material
que se va ha recocer se calienta a una temperatura aproximadamente 100°F por encima de la
temperatura crítica. Se mantiene a esta temperatura durante un tiempo suficiente para que el
carbono se disuelva y se difunda a través del material. Luego se permite que el objeto tratado
se enfríe lentamente, por lo general, en el horno en el cual se trató. Si la transformación es
completa, entonces se dice que se tiene un recocido completo. El recocido se utiliza para suavizar
un material y hacerlo más dúctil, eliminar los esfuerzos residuales y refinar la estructura
del grano.
El término recocido incluye el proceso llamado normalizado. Las partes que se van a
normalizar se calientan hasta una temperatura un poco mayor que en el recocido completo.
Esto produce una estructura de grano más grueso, que se puede maquinar con mayor facilidad
si el material es un acero de bajo carbono. En el proceso de normalizado la parte se enfría
al aire a temperatura ambiente. Como este enfriamiento es más rápido que el enfriamiento
lento que se usa en el recocido completo, se dispone de menos tiempo para el equilibrio, y
el material es más duro que el acero completamente recocido. A menudo, el normalizado se
usa como la operación de tratamiento final del acero. El enfriamiento en aire equivale a un
templado lento.
Templado
El acero eutectoide, que está completamente recocido, consiste en su totalidad de perlita,
la cual se obtiene a partir de la austenita bajo condiciones de equilibrio. Un acero hipoeutectoide
completamente recocido consistiría de perlita más ferrita, mientras que un acero
hi pereutectoide consistiría de perlita más cementita. La dureza del acero con cierto contenido
de carbono depende de la estructura que reemplaza la perlita cuando no se realiza el
recocido completo.
La ausencia del recocido completo indica una rapidez de enfriamiento más acelerada.
Dicha rapidez es el factor que determina la dureza. La rapidez de enfriamiento controlada
se llama templado. El templado suave se obtiene al enfriar el acero al aire, lo que, como se
ha visto, se obtiene mediante el proceso de normalizado. Los dos medios más usados para el
templado son el aire y el aceite. El templado con aceite resulta muy lento pero evita las grietas
de templado causadas por la rápida dilatación del elemento tratado. El templado en agua se
usa para aceros al carbono y para aceros al medio carbono de baja aleación.
La eficacia del templado depende del hecho de que, cuando la austenita se enfría, no se
transforme de manera instantánea en perlita, sino que requiere tiempo para iniciar y completar
el proceso. Como la transformación termina aproximadamente a 800°F puede prevenirse
enfriando rápido el material a una temperatura más baja. Cuando el material se enfría con
rapidez a 400°F o menos, la austenita se transforma en una estructura llamada martensita,
que es una solución sólida supersaturada de carbono en ferrita, que representa la forma más
dura y más fuerte del acero.
Si el acero se enfría rápido hasta una temperatura entre 400 y 800°F y se mantiene a esa
temperatura durante un tiempo suficiente, la austenita se transforma en un material que suele
llamarse bainita, que es una estructura intermedia entre la perlita y la martensita. Aunque
hay varias estructuras que se identifican entre las temperaturas dadas, según la temperatura
empleada, en conjunto se llaman bainita. Por medio de la elección de esta temperatura de
transformación se puede obtener casi cualquier variación de la estructura, desde perlita gruesa
hasta martensita fina.