Los tratamientos térmicos en la industria desempeñan un papel crucial en la garantía del rendimiento y la durabilidad de las piezas manufacturadas. Estos procesos, que involucran la aplicación controlada de calor a los materiales metálicos, son esenciales para obtener propiedades mecánicas y estructurales. En este artículo, exploramos qué es el tratamiento térmico, cuáles son sus objetivos y cómo está evolucionando desde el punto de vista tecnológico.

“Los Tratamientos Térmicos en los Aceros son un proceso indispensable para un buen comportamiento de las piezas. De la elección del tratamiento térmico adecuado en cada caso, puede depender el éxito de las operaciones y aplicaciones posteriores”, indica Santiago Vela, director de marketing de Aceros y Servicios. “La temperatura se determina en función del tipo de tratamiento térmico, que pueden ser subcrítico o supercrítico cuando la temperatura aplicada es inferior o superior al punto crítico o temperatura crítica de transformación del acero que se está tratando”. De esta manera, Vela divide los tratamientos supercríticos en:

• Temple 
• Normalizado
• Rdo. Regeneración

Por su parte, los tratamientos subcríticos se clasifican en función del objetivo que se quiera conseguir:

• Recocido de ablandamiento: se calienta cerca de 600-700ºC y se enfría en horno o aire s/templabilidad. El acero 34CrMo4 ablanda de 285 a 220HB (de 97 a 75Kg/mm²).
• Recocido contra acritud/distensionado: se calienta entre 500-650ºC, se enfría al aire y aumenta ductilidad y elimina tensiones residuales de soldadura, oxicorte, etc.
• Recocido de restauración: se calienta entre 300 y 350ºC, se enfría al aire y recupera la forma inicial de los granos aplastados por una deformación en frío del acero. Se aplica generalmente a piezas de chapa de poco espesor y a banda laminada en frío de aceros de bajo contenido de carbono.
• Revenido: es un tratamiento complementario del temple. El acero se calienta a Tª inferior a A1 y se enfría al aire, (en algunos casos en agua o aceite). La Tª de revenido puede ser baja (180-220ºC en aceros de cementación), media (400-550ºC en aceros de muelles) y alta (500-670ºC en aceros al carbono o de temple y revenido). Elimina tensiones de temple, aumenta la tenacidad pero reduce dureza y límite elástico. La estructura de temple, Tª y tiempo y el tamaño de la pieza influyen en el revenido. 

Tal y como indica Vela, los tratamientos subcríticos tienen como objetivo ablandar el acero, obtener las durezas y microestructuras adecuadas para mecanizar o deformar en frío el acero, recuperar la dureza original de zonas del acero sometidas a transformaciones en caliente o en frío, regenerar o restaurar el grano y eliminar tensiones de temple. “Cuando la utilización de las piezas necesite durezas más altas, hay que hacer un tratamiento supercrítico de temple seguido de revenido después del mecanizado”, apuntan desde la compañía.

Por su parte, Ibon Azcona, director de I+D de Metal Estalki, explica que esta compañía  de recubrimientos PVD, usa unas capas finas de cerámicas, de unas pocas micras de espesor, que proporcionan a las herramientas un elevado incremento de la dureza superficial, lo cual mejora notablemente su rendimiento. La empresa cuenta con una amplia gama de recubrimientos para distintas herramientas y componentes, adaptados a las necesidades concretas de las distintas aplicaciones, condiciones y sectores. Se pueden distinguir, por una parte, los recubrimientos para herramientas que mejoran los siguientes aspectos: los procesos de fabricación desde una reducción de costes, mayor eficiencia, procesos más sostenibles con el medio ambiente y el trabajo de nuevos materiales con mayor rendimiento. Por otro lado, recubrimientos para componentes donde se buscan otras funcionalidades como protección térmica o propiedades tribológicas, estéticas, termo ópticas e incluso biocidas.

En las tablas 1 y 2, se listan los recubrimientos PVD más generalistas y los de alto rendimiento para herramientas. 

Principales aplicaciones 

Para Metal Estalki, los sectores donde se aplican dichos tratamientos de recubrimientos son: Automoción (mecanización y estampación), aeronáutica, espacio, agrícola, alimentación, médico-quirúrgico, etc. En las industrias dedicadas a la fabricación, cabe destacar que la oferta de los recubrimientos PVD de Metal Estalki se orienta a operaciones de producción de alto rendimiento. Unos ejemplos habituales son las herramientas de corte de metal duro, tanto para fresado como taladrado o escariado, por mencionar unos ejemplos. Los recubrimientos PVD hoy en día resultan fundamentales en dichas herramientas y por ello estas aplicaciones suponen más de un 60% de las ventas totales de Metal Estalki. Adicionalmente, no sólo un elevado rendimiento de los recubrimientos es importante para los clientes de dichos sectores, sino que un breve plazo del servicio de tratamiento resulta también esencial para la reducción de costes de herramientas en clientes que necesitan un stock mínimo de herramientas en sus líneas de fabricación. Cabe destacar que el conocido recubrimientos de nitruro de titanio (TiN), caracterizado por su inconfundible color dorado, está siendo relegado por el recubrimiento Tialcrome en aplicaciones de corte y punzonado de alto rendimiento con herramientas de acero.

Por otro lado, la demanda del recubrimiento Trinaco Red, introducido hace pocos años, se está popularizando con gran rapidez y desplazando progresivamente al recubrimiento Altine, de una generación anterior, en herramientas de metal duro para aplicaciones de fresado y taladrado especialmente. Esto es debido a su notable mejora en resistencia térmica, algo que permite operaciones de mecanizado a alta velocidad y en seco. Respecto a las aplicaciones de estampación, cabe destacar el progresivo incremento de demanda de los recubrimientos Tialcrome también para herramientas de troquelado en el caso de chapas de acero de bajos espesores y cargas de trabajo moderadas. En el caso de operaciones de estampación de aceros alto límite elástico, el recubrimiento X-ILURA-BF muestra un rendimiento líder dentro de los recubrimientos disponibles en el mercado.

Los tratamientos térmicos son aplicados en una amplia variedad de sectores industriales en los que se utiliza acero. En Aceros y Servicios lo aplican para: 

• Eliminar tensiones producidas por el mecanizado.
• Eliminar tensiones producidas por soldadura o plegado de las piezas.
• Eliminar la dureza producida por el oxicorte.
• Eliminar durezas producidas por el corte en caliente del material.

Evolución tecnológica en los tratamientos térmicos

Desde el punto de vista tecnológico, los tratamientos térmicos han evolucionado significativamente. Las empresas, como Aceros y Servicios, se centran en la adaptación de estos procesos a las necesidades específicas de sus clientes. “Teniendo en cuenta el uso que se le va a dar al acero, las condiciones a las que va a estar expuesto y la vida operativa, nuestro Departamento de Ingeniería de Materiales propone la mejor solución posible desde tres ámbitos clave: la elección del material, el tratamiento al que va a ser sometido y los procesos de acabado posteriores. El objetivo es que las piezas cumplan con el propósito que han pensado para ellas, por rendimiento y vida operativa, reduciendo los costes de fabricación”, apunta Vela desde Aceros y Servicios. 

Por otro lado, Ibon Azkona señala: “Desde su origen, desde Metal Estalki siempre se ha apostado por un servicio de recubrimiento innovador, obligando a ir siempre por delante de las necesidades productivas del mercado. Gracias a esta filosofía, se dispone de un departamento de I+D que hace posible el desarrollo de procesos de recubrimiento a medida de los clientes de Metal Estalki. Adicionalmente, se cuenta con una alianza tecnológica con el fabricante de equipos PVD suizo Platit, algo que ha permitido un desarrollo de productos punteros gracias a esta colaboración. Como fruto de dicha colaboración se debe mencionar la pionera introducción de recubrimientos nanocomposite de extremada dureza para fresado en el año 2006, así como el recubrimiento X-ILURA para estampación de aceros. En la imagen siguiente se muestra un cronograma de los principales productos desarrollados y comercializados a lo largo de unos 20 años”.

En 2016, Metal Estalki fue elegida frente a competidores internacionales de primer nivel por parte de la Agencia Espacial Europea, Airbus y Sener para aplicar el recubrimiento Astro Black de Metal Estalki con el objetivo de proteger componentes críticos de la sonda Solar Orbiter, que ya está orbitando en el espacio. Dicho recubrimiento se ha aplicado en componentes para otras misiones espaciales. Y en el año 2019, se patentó un recubrimiento bactericida para implantes transcutáneos.

Novedades de las empresas

En Aceros y Servicios, utilizan los tratamientos térmicos para que el mecanizado de una pieza sea más rápido y con menor coste, así como para obtener un rendimiento óptimo de las piezas y herramientas fabricadas. “Elimina la dureza ocasionada por el oxicorte en la superficie de las piezas cortadas, mejorando la maquinabilidad y también eliminando las tensiones que puedan haber sido originadas por el corte en caliente para facilitar mecanizados posteriores”, afirman desde la empresa. Utilizan los tratamientos térmicos principalmente para:

• Distensionado y alivio de tensiones producidas por soldadura y mecanizados severos.
• Normalizado hasta un máximo de 850ºC.
• Tratamientos específicos por requerimientos del cliente.

En cuanto al distensionado, en Aceros y Servicios, disponen de dos hornos para calentar las piezas después de oxicortadas o de aquellas piezas facilitadas por sus clientes después de haber estado sometidas a procesos de construcción que puedan influir en su comportamiento normal (soldaduras, plegados, etc.), alcanzando temperaturas comprendidas generalmente entre 530 - 620 °C (inferiores al punto de transformación según diagrama Hierro – Carbono) temperatura que no modifica las características mecánicas del acero. “Con este tratamiento conseguimos eliminar la dureza ocasionada por el oxicortado en la superficie de las piezas cortadas, mejorando su maquinabilidad y asimismo eliminamos las tensiones que puedan haber sido originadas por recargo de soldadura, transformaciones mecánicas. etc”, puntualiza Vela.

En el año 2022, tras una colaboración de Metal Estalki con Eurecat en un proyecto de 3 años, se finalizó el desarrollo del recubrimiento X-Ilura Plus de alto espesor. Dicho recubrimiento está dotado de unas propiedades antiadhesivas únicas que evitan el gripaje cuando hay falta de lubricación en procesos de estampación de aceros. El diseño del recubrimiento permite además su uso tanto en frío como en caliente. Como ejemplo de esto último, se ha demostrado que el X-Ilura Plus, aplicado junto a un proceso de nitruración Dúplex que se realiza in situ durante el proceso de recubrimiento, ha demostrado reducir hasta un 66% el desgaste de las herramientas en series de decenas de miles de operaciones de conformado en caliente de aceros al boro. “Entre las aplicaciones de fabricación por medio de herramientas de corte, cabe destacar el nuevo desarrollo del recubrimiento Trinaco Red-F. Dicho recubrimiento se aprovecha de las excelentes propiedades del Trinaco Red con una mejora en la estabilidad de los filos de las herramientas, lo cual se traduce en un aumento de vida en fresas de metal duro para el tallado de engranajes, haciendo que el desgaste sea mucho más homogéneo y evitando la aparición de desgaste macroscópico descontrolado”, subraya Azkona. “El recubrimiento Trinaco Red-F ha permitido, por ejemplo, el incrementar la vida y fiabilidad de herramientas de metal duro para fresado de titanio aeronáutico, haciendo posible el uso de velocidades de corte de hasta 150 m/min, como se ha demostrado durante una colaboración en un proyecto llevado a cabo junto a Tekniker en los últimos 3 años”.

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Este artículo aparece publicado en el nº 5 de Metales&Máquinas págs. 34 a 37.