Quins són els quatre tractaments tèrmics de l’acer?

El tractament tèrmic és un procés crític en la fabricació i el processament d’acer, ja que modifica la microestructura d’acer per aconseguir propietats mecàniques desitjades com la duresa, la duresa, la força i la ductilitat. Entre les diverses tècniques de tractament tèrmic, quatre processos fonamentals formen la columna vertebral del condicionament de l’acer: el recobriment, la normalització, l’apagament i el temperament i l’enduriment de la superfície. Cadascun serveix per a un propòsit diferent i s’adapta a aplicacions específiques, garantint que l’acer funcioni de manera òptima en el seu ús previst.
1. Recuperació: suavització i homogeneïtzació
El recuit és un procés de tractament tèrmic dissenyat per suavitzar l’acer, millorar la seva maquinària i reduir les tensions internes. Implica tres passos clau: escalfar l’acer a una temperatura específica (normalment per sobre de la seva temperatura crítica, on la microestructura es transforma en austenita), mantenint -lo a aquesta temperatura durant un temps suficient per assegurar una calefacció uniforme i, després, refredar -la lentament - generalment al forn o un entorn controlat.
L’objectiu principal del recuit és perfeccionar la microestructura de l’acer. Per exemple, si l’acer s’ha treballat - endurit (reforçat pel treball en fred, com el rodatge o la forja), el recobriment recupera la seva ductilitat permetent que els grans es reorientaven i creixin en una estructura més uniforme. També elimina les tensions internes causades per soldadura, colada o mecanitzat, que poden provocar deformació o esquerdament si es deixa sense adreça.
Hi ha diversos tipus de recuit, cadascun amb aplicacions específiques:
• Recuperació completa: usat per a acers hipoutectoides (amb menys del 0,8% de carboni). Escalfa l’acer fins a 50–100 graus F (10-38 graus) per sobre de la temperatura crítica, el manté i es refreda lentament per formar una microestructura suau i dúctil de ferrita i perlita.
• El recanvi de processos: aplicat als acers de carboni baix - per reduir el reincorporació del treball durant la fabricació. Escalfa l’acer a una temperatura inferior (per sota del punt crític) i es refreda lentament, restablint la ductilitat sense alterar la microestructura global.
• Esferoidització: usat per a acers de carboni High - per millorar la maquinària. Escalfa l’acer fins a sota de la temperatura crítica i el manté durant un període prolongat, provocant que les partícules de carbur es formin en formes esfèriques, cosa que fa que l’acer sigui més suau i fàcil de màquina.
L’acer recobert és ideal per a aplicacions que requereixen facilitat de mecanitzat, com ara les peces d’automòbils que s’han de formar o perforar abans d’enduriment final.
2. Normalització: refinar i estabilitzar
La normalització és un procés de tractament tèrmic similar al de l'animació, però amb una velocitat de refrigeració més ràpida. Inclou escalfar l’acer a una temperatura lleugerament superior a la seva temperatura crítica (normalment de 100–150 graus f/38–66 graus per sobre), mantenint -lo per assegurar l’austenitització uniforme i, a continuació, refredar -lo en aire immediat. Aquesta taxa de refrigeració més ràpida (en comparació amb el recuit) dóna lloc a una microestructura més fina i uniforme.
Els avantatges clau de la normalització inclouen:
• Estructura de gra de refinació: elimina els grans gruixuts formats durant la colada, la forja o el rodatge, donant lloc a una mida de gra més fina i consistent. Això millora la força i la duresa de l’acer.
• Reducció de les tensions internes: com el recuit, alleuja les tensions però amb menys risc de suavització excessiva.
• Propietats normalitzadores: garanteix propietats mecàniques uniformes a través d’un lot d’acer, facilitant la predicció del rendiment en processos posteriors.
La normalització s’utilitza sovint per a acers de carboni i acers de carboni mitjans - que requereixen un equilibri de força i ductilitat. S’aplica habitualment a fosa, forjats i parts soldades per millorar la seva estabilitat estructural abans del processament posterior. Per exemple, els cigonyals d’automòbils i els engranatges industrials poden passar per normalitzar -se per assegurar una força constant i reduir el risc de distorsió durant el mecanitzat.
En comparació amb el recobriment, l’acer normalitzat és lleugerament més dura i més forta a causa de la seva microestructura més fina, cosa que el converteix en una millor opció per a parts que necessiten una resistència moderada sense la britivitat de l’acer completament endurit.
3. Demanament i temperament: enduriment i enduriment
El fet de deixar i temperar és un procés de pas de dos - dissenyat per produir acer amb alta resistència i duresa - una combinació difícil d’aconseguir amb altres tractaments.
• Apagar: el primer pas consisteix en escalfar acer a la seva temperatura austenítica (per sobre del punt crític), mantenint -lo per formar una microestructura uniforme austenita i, després, refredar -lo ràpidament (apagar) mitjançant solucions d’aigua, oli o polímer. Aquest refredament ràpid atrapa els àtoms de carboni a l’austenita, transformant la microestructura en martensita - una fase dura i trencadissa que pot arribar a nivells de duresa de 60-65 HRC.
• Temperació: Per reduir la britivitat, l’acer apagat s’escalfa a una temperatura més baixa (normalment de 300–1.300 graus f/149–704 graus) i es manté durant un període, seguit del refredament a l’aire. El temperament provoca que les partícules de carbur petites es formin dins de la martensita, reduint la fragilitat alhora que conserva la major part de la duresa aconseguida durant el tram. La temperatura de temperament determina les propietats finals: les temperatures més baixes (300-500 graus F) conserven una gran duresa amb una duresa moderada, mentre que les temperatures més elevades (800–1.300 graus F) redueixen la duresa, però augmenten la duresa.
El resultat és un acer que equilibra la força i la duresa - prou dur per resistir -se a desgastar, però prou dur per suportar l’impacte. Això fa que sigui ideal per a aplicacions de tensió altes - com ara:
• Acer a l’eina: els bits de perforació, les eines de tall i les matrius es basen en l’acer apagat i temperat per a la duresa i la resistència a la xifra.
• Parts estructurals: els eixos automobilístics, els cargols de construcció i els components de la maquinària industrial utilitzen aquest tractament per suportar càrregues i impactes pesats.
• Components aeroespacials: les parts que requereixen una gran resistència - a - proporcions de pes, com ara els aparells de desembarcament d’avions, es beneficien del procés.
L’elecció del medi d’apagat afecta la duresa final: l’aigua es refreda més ràpidament, produint una duresa més elevada, però augmentant el risc d’esquerdament; L’apagat d’oli es refreda més lentament, reduint el risc d’esquerdament, però es produeix una duresa lleugerament inferior. El temperament s’ajusta a les propietats perquè coincideixin amb l’aplicació, assegurant que l’acer és prou dur per a la resistència al desgast, però no tan trencadís que es fractura sota l’estrès.
4. Enduriment de la superfície: endurir la superfície, conservant el nucli
L’enduriment de la superfície (també anomenat enduriment de casos) és un tractament tèrmic que només endureix la superfície de l’acer alhora que deixa el nucli relativament suau i dur. Això és ideal per a parts que necessiten un desgast - superfície resistent per suportar la fricció o l’abrasió, mentre que el nucli dur resisteix a l’impacte i a la flexió.
Hi ha diversos mètodes d’enduriment superficial, sent la carburació i la nitridia els més habituals:
• Carburització: aquest procés introdueix carboni a la capa superficial de baix - acer al carboni. L’acer s’escalfa a una temperatura alta (1.600–1.800 graus f/871–982 graus) en un entorn ric - (gas, líquid o sòlid), permetent que el carboni es difongui a la superfície. Després de la carburació, l’acer s’acaba per endurir la capa superficial de carboni - (cas), mentre que el nucli de carboni baix - es manté suau. La profunditat del cas pot oscil·lar entre 0,005 i 0,25 polzades, segons l'aplicació. L’acer carburitzat s’utilitza per a peces com engranatges, coixinets i eixos, on la superfície ha de resistir -se al desgast, però el nucli ha d’absorbir impactes.
• Nitriding: aquest procés difon el nitrogen a la superfície de l’acer en lloc del carboni. Es realitza a una temperatura inferior (950–150 graus f/510–621 graus) en una atmosfera rica de nitrogen -, formant compostos de nitrur durs a la superfície. A diferència de la carburació, no requereix disminuir, reduint el risc de distorsió. L’acer nitrided té una excel·lent resistència al desgast i resistència a la corrosió, cosa que el fa adequat per a parts com les tiges de vàlvules, els cilindres hidràulics i les guies de màquines -eina.
Altres mètodes d’enduriment de la superfície inclouen l’enduriment de la flama (escalfar la superfície amb una flama i apagar) i l’enduriment d’inducció (utilitzant la inducció electromagnètica per escalfar la superfície i després calmar). Es tracta de processos més ràpids que s’utilitzen per a parts grans on només les zones específiques necessiten enduriment, com ara les dents de grans engranatges o les superfícies de desgast de les vies ferroviàries.
Com es comparen els quatre tractaments​
Cada procés de tractament tèrmic modifica les propietats d’acer de maneres diferents:
• El recobriment maximitza la ductilitat i la maquinària, però minimitza la força.
• Normalitzar els saldos de força i ductilitat amb una microestructura refinada.
• El fet d’abandonar i el temperament aconsegueix una gran resistència i resistència.
• L’enduriment de la superfície crea una superfície resistent dura, desgast - amb un nucli dur.
L’elecció del tractament depèn de la composició de l’acer, de les propietats desitjades i de l’aplicació. Per exemple, una clau necessita acer apagat i temperat per a la força i la duresa, mentre que un engranatge pot requerir que la carburació es resisteixi al desgast a les dents.
Conclusió
Els quatre tractaments tèrmics primaris de l’acer - recobriment, normalització, apagat i temperament i enduriment de superfície - tenen un paper vital en la adaptació de les propietats d’acer a necessitats específiques. El recobriment es suavitza i homogenitza, normalitzant i estabilitza, apagar i temperar la força i la duresa, i l’enduriment de la superfície protegeix contra el desgast alhora que conserva la duresa del nucli. En comprendre aquests processos, els fabricants i enginyers poden seleccionar el tractament adequat per assegurar que l’acer es realitzi de forma fiable en aplicacions que van des de fixadors simples fins a components aeroespacials complexos.