En primer lugar, la deformación por enfriamiento brusco provoca un cambio dimensional y un cambio de forma.
La deformación por temple (o distorsión) se presenta de dos tipos: cambio dimensional y cambio de forma (o deformación). El cambio dimensional es aquel causado por la expansión o contracción debida al cambio de fase durante el temple, y se refiere principalmente a deformaciones similares como el alargamiento, el acortamiento, el engrosamiento y el adelgazamiento. La deformación se debe principalmente a la deformación por pandeo causada por el peso propio de las piezas y a la distorsión de la forma causada por la tensión, como deformaciones no similares como el alabeo, la flexión y la torsión. Naturalmente, si el tamaño cambia, la forma también cambia, por lo que es común confundirse entre cambio dimensional y deformación, ya que ambos conceptos a menudo se superponen. Lo más apropiado es expresarlo figurativamente mediante el término deformación por temple. En metalurgia, la definición de deformación por temple es el estado en el que la suma de las tensiones generadas por las piezas después del tratamiento térmico tiende a cero.
La aparición de la tensión de enfriamiento comprende tres etapas:
① Calentamiento (basado en la eliminación de la tensión interna);
② Aislamiento (deformación por peso propio, es decir, flexión por deformación);
③ Enfriamiento (basado en un enfriamiento desigual y una transformación de fase). Estas tres etapas se superponen y finalmente provocan tensión de temple en las piezas.
Segundo, 6 preguntas sobre cambios dimensionales
1. ¿Cuál es la causa del cambio dimensional? Generalmente, el cambio dimensional se debe a cambios en la estructura, es decir, expansión y contracción causadas por la transformación de fase. La expansión ocurre cuando el temple genera martensita, mientras que la contracción ocurre cuando se genera austenita residual, y la magnitud de la contracción es proporcional a la cantidad de austenita residual. Durante el revenido, generalmente se produce una contracción, y en el acero aleado que ha sido revenido y endurecido varias veces se produce una expansión. Además, durante el tratamiento en frío, la martensita de la austenita residual se expande, causando cambios dimensionales. El volumen específico de estas estructuras aumenta con el incremento del contenido de carbono. A mayor contenido de carbono, mayor es el cambio dimensional.
2. Cambios materiales y dimensionales: El cambio dimensional (deformación por temple) causado por el temple varía según el material del acero. El P, Mo, Cr, C y Mn influyen considerablemente en el cambio dimensional, mientras que el Si y el Ni tienen una influencia menor. Los aceros para herramientas de calibración y corte SKS3 y SKS31 (acero para herramientas W-Cr-Mn) presentan una deformación por temple mínima, llegando incluso a considerarse aceros que no sufren deformación por temple. En segundo lugar, la línea de flujo plástico del acero influye notablemente en el cambio dimensional por temple. En la dirección de la línea de flujo plástico, es decir, en la dirección longitudinal, el cambio dimensional es grande; en la dirección perpendicular a la longitudinal, es decir, en la dirección transversal, el cambio dimensional es pequeño. Por lo tanto, al seleccionar los materiales, es necesario considerar la coherencia de la dirección de la línea de flujo plástico. Además, la segregación lineal de los carburos también afecta al cambio dimensional.
3. Enfriamiento y cambio dimensional
(1) Cambio dimensional causado únicamente por cambios estructurales: Durante el temple de piezas de acero, se producen diversos cambios estructurales que provocan variaciones dimensionales. La mayor variación dimensional (expansión) se da cuando la estructura austenítica se transforma en martensita (templamiento completo); cuando se transforma en bainita, la variación es aproximadamente un tercio de la anterior; y cuando se transforma en perlita (recocido), es aproximadamente un cuarto. Además, la expansión causada por la martensita aumenta con el contenido de carbono del acero.
(2) Influencia de la austenita retenida: Debido al efecto del temple, incluso si queda una pequeña cantidad de austenita, la deformación dimensional causada por la expansión se reduce proporcionalmente. Por lo tanto, la presencia de una pequeña cantidad de austenita retenida conlleva una reducción de la deformación dimensional. Sin embargo, la presencia de austenita retenida reduce la dureza del temple y provoca deformación por envejecimiento a temperatura ambiente.
(3) Influencia de los carburos no disueltos: Durante el enfriamiento rápido, cuantos menos carburos se disuelvan en la austenita (es decir, cuantos más carburos se retengan), menor será la variación dimensional. Las variaciones en la morfología y el tipo de los carburos retenidos no provocan cambios de volumen, por lo que no influyen en las variaciones dimensionales.
(4) Efecto del tratamiento en frío: Cuando se realiza un tratamiento en frío, la cantidad de austenita retenida disminuye y la cantidad de martensita aumenta, por lo que se produce un cambio dimensional expansivo.
4. Templado y cambio dimensional
(1) Descomposición de la martensita: La descomposición de la martensita causada por el revenido es la causa de la contracción dimensional. La magnitud de esta contracción varía con el contenido de carbono de la martensita. A mayor contenido de carbono, mayor es la contracción. Sin embargo, si se toma como referencia el estado previo al temple, la contracción dimensional final tras el temple y el revenido sigue siendo expansiva.
(2) Efecto de los carburos no disueltos: Si hay carburos no disueltos, el contenido de carbono de la austenita disminuye y los carburos mismos no afectan el cambio dimensional, por lo que el cambio dimensional en la primera etapa de revenido (revenido por debajo de 200) es la contracción.
(3) Efecto de la austenita retenida: Si hay austenita retenida, la variación dimensional causada por el revenido es pequeña; cuando la temperatura de revenido supera los 200 °C, la austenita retenida se transforma en bainita, provocando una expansión dimensional. Por lo tanto, en la etapa inicial del revenido (por debajo de 200 °C), la austenita retenida causa una contracción dimensional. Por encima de esta temperatura, al aumentar la temperatura de revenido, la descomposición de la austenita retenida provoca variaciones dimensionales inducidas por la expansión.
5. Cambios de tamaño del acero aleado
Los carburos en el acero aleado suelen disolver elementos especiales, pero su volumen específico permanece prácticamente invariable. Por lo tanto, el método de tratamiento del acero aleado es el mismo que el descrito anteriormente. La única diferencia radica en que la cantidad de austenita retenida varía según el tipo y la cantidad de elementos de aleación, al igual que la cantidad de carburos. Por consiguiente, deben tenerse en cuenta las variaciones de tamaño.
6. Cómo reducir los cambios de tamaño
Las variaciones dimensionales se deben a cambios en la estructura tras el temple o el revenido. Por lo tanto, es imposible eliminarlas por completo. Solo pueden reducirse mediante tratamientos térmicos.
(1) La expansión se debe a la martensita; la contracción, a la austenita retenida. Por lo tanto, se debe reducir la cantidad de martensita y el contenido de carbono disuelto en ella, e incrementar la cantidad de austenita retenida. Sin embargo, cabe señalar que el aumento de la austenita retenida provocará deformación por envejecimiento.
(2) Aumentar la cantidad de carburos no disueltos (carburos residuales). (3) Utilizar otras estructuras distintas a la martensita para endurecer el acero; la bainita es la mejor opción. El acero con un 50 % de bainita y un 50 % de martensita es duro y presenta pequeñas variaciones dimensionales, lo que facilita el control de su tamaño.
(4) Debe realizarse el templado.
Fecha de publicación: 5 de noviembre de 2024