El recocido es un proceso de tratamiento térmico que puede alterar las propiedades físicas de un material, y a veces sus propiedades químicas, generalmente aumentando la ductilidad y reduciendo la dureza, lo que facilita su mecanizado o trabajo.
Descripción general del recocido
El recocido es un proceso de tratamiento térmico que consiste en calentar un metal a una temperatura adecuada, mantenerla durante un tiempo determinado y luego enfriarlo lentamente (normalmente mediante enfriamiento en horno) hasta temperatura ambiente. La esencia del recocido consiste en calentar el acero para lograr su austenitización completa, seguido de un enfriamiento lento que facilita la transformación perlítica, dando como resultado una microestructura cercana al equilibrio.
Función del recocido
El recocido se realiza para lograr varios objetivos críticos:
- Refinamiento de grano y homogeneización de microestructura: Refina la estructura del grano, homogeneiza la microestructura interna y reduce la segregación química, preparando estructuralmente el material para posteriores procesos de tratamiento térmico.
- Alivio de tensiones: Elimina tensiones internas residuales dentro de la pieza de trabajo, evitando posibles agrietamientos o deformaciones excesivas que dichas tensiones podrían causar.
- Reducción de dureza y mejora de plasticidad: Reduce la dureza del material y mejora su plasticidad, lo que es crucial para mejorar las operaciones posteriores de trabajo en frío, conformación en frío y mecanizado.
El proceso de recocido generalmente se divide en 3 etapas principales:
- Etapa de recuperación: En la etapa de recuperación, se utiliza un horno u otro tipo de dispositivo de calentamiento para elevar la temperatura del material hasta un punto en el que se liberan sus tensiones internas.
- Etapa de recristalización: En esta etapa, el material se calienta por encima de su temperatura de recristalización, pero se mantiene por debajo de su temperatura de fusión. Esto provoca la formación de nuevos granos libres de tensiones.
- Etapa de crecimiento del grano: A medida que se forman los nuevos granos, estos continúan su pleno desarrollo. Este crecimiento se controla permitiendo que el material se enfríe a una velocidad específica.
La finalización de tres etapas da como resultado una mayor ductilidad y una menor dureza del material. En ocasiones, tras el recocido pueden realizarse procesos posteriores para modificar aún más las propiedades mecánicas del material.
Tipos de recocido
Los métodos de recocido se clasifican ampliamente en función de la temperatura de calentamiento en relación con las temperaturas críticas (Ac1 o Ac3):
El recocido de recristalización por transformación de fase (por encima de Ac1 o Ac3) incluye recocido completo, recocido por difusión, recocido incompleto y recocido esferoidizante.
El recocido por debajo de la temperatura crítica (por debajo de Ac1 o Ac3) incluye el recocido de recristalización y el recocido de alivio de tensiones.
Recocido completo
El proceso implica calentar el acero a 20–30 °C por encima de la línea Ac3, dejarlo en remojo durante un tiempo y luego enfriarlo lentamente (enfriamiento en horno) para obtener una microestructura cercana al equilibrio (logrando una austenización completa).
- Aplicación: Se utiliza principalmente para aceros hipoeutectoides (contenido de carbono de 0.3 % a 0.6 %), generalmente aceros con contenido de carbono medio y aceros de aleación con bajo contenido de carbono, piezas forjadas, perfiles laminados en caliente y, a veces, soldaduras.
- Objetivo: Refinar la estructura del grano, homogeneizar la microestructura, eliminar tensiones internas, reducir la dureza y mejorar la maquinabilidad del acero. La estructura resultante en el acero hipoeutectoide es ferrita + perlita (F+P).
- Nota: En producción, para aumentar la productividad, las piezas a menudo se retiran del horno y se enfrían con aire una vez que alcanzan alrededor de 500 °C.
Recocido isotérmico
El recocido completo puede requerir mucho tiempo, especialmente para aceros aleados con austenita superenfriada relativamente estable. El recocido isotérmico acorta significativamente el tiempo enfriando rápidamente el acero austenizado a una temperatura ligeramente inferior a Ar1, manteniéndolo isotérmicamente para transformar la austenita (A) en perlita (P) y, posteriormente, enfriándolo al aire a temperatura ambiente.
Es adecuado para aceros con microestructuras estables, como aceros con alto contenido de carbono (C > 0.6 %), aceros aleados para herramientas y aceros de alta aleación (contenido total de aleación > 10 %). Ayuda a lograr una microestructura uniforme y propiedades consistentes. No es ideal para piezas de acero de gran sección transversal ni para cargas de horno elevadas, ya que lograr una temperatura isotérmica uniforme en toda la carga puede ser complicado.
Recocido incompleto
El acero se calienta a una temperatura entre Ac1 y Ac3 (para acero hipoeutectoide) o entre Ac1 y Acm (para acero hipereutectoide), se sumerge y luego se enfría lentamente para obtener una microestructura cercana al equilibrio.
Se utiliza en aceros hipereutectoides para obtener una estructura de perlita esferoidal, lo que ayuda a eliminar tensiones internas, reducir la dureza y mejorar la maquinabilidad. El recocido esferoidizante es una forma de recocido incompleto.
Recocido esferoidal
Un proceso de tratamiento térmico específico diseñado para esferoidizar los carburos del acero, lo que da como resultado una estructura granular de perlita (carburo esferoidal). El material se calienta a 20-30 °C por encima de Ac₁, se deja en remojo durante un tiempo adecuado (normalmente de 2 a 4 horas) y, por lo general, se enfría lentamente en el horno o se mantiene isotérmicamente durante un largo período a unos 20 °C por debajo de Ar₁.
Se utiliza principalmente para aceros eutectoides e hipereutectoides, como aceros para herramientas al carbono, aceros para herramientas aleados y aceros para cojinetes.
La estructura posterior al forjado o al laminado del acero hipereutectoide (perlita laminar con redes de cementita) es dura, frágil y difícil de máquina CNC, y propenso a deformaciones/agrietamiento durante el acabado final. templeEl recocido esferoidizante produce perlita esferoidal, donde las partículas finas y globulares de cementita se dispersan en la matriz de ferrita. Esta estructura presenta menor dureza, mejor maquinabilidad y, fundamentalmente, previene el engrosamiento del grano de austenita durante el temple posterior, reduciendo así la tendencia a la deformación y al agrietamiento.
Si hay una red de cementita presente en el acero hipereutectoide, se debe eliminar mediante normalización antes de que el recocido esferoidizante pueda proceder de manera efectiva.
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Recocido por difusión
Implica calentar lingotes, piezas fundidas o forjados de gran tamaño a una temperatura alta, ligeramente por debajo de la línea de solidus, dejarlos en remojo durante un período prolongado y luego enfriarlos lentamente para eliminar la falta de uniformidad química (segregación dendrítica y regional).
La temperatura de calentamiento es muy alta, típicamente entre 100 y 200 °C por encima de Ac3 o Accm, dependiendo del grado de segregación y la calidad del acero. El tiempo de remojo suele ser de 10 a 15 horas.
Para eliminar la segregación generada durante la solidificación de los lingotes, homogeneizar la composición química y la microestructura.
El recocido por difusión suele ir seguido de un recocido completo o normalización para refinar la estructura del grano grueso.
Se aplica principalmente a aceros aleados de alto grado y piezas fundidas o lingotes de acero aleado con graves problemas de segregación.
Recocido para aliviar tensiones
El recocido de alivio de tensiones consiste en calentar la pieza de acero a una temperatura específica inferior a Ac1 (normalmente entre 500 y 650 °C), mantenerla a esa temperatura (remojo) y luego enfriarla lentamente (enfriamiento en horno). Dado que la temperatura utilizada para el recocido de alivio de tensiones está por debajo de la línea crítica A1, el proceso no induce cambios microestructurales. Su objetivo es eliminar las tensiones internas residuales del componente.
Recristalización Recocido
Calentar un metal trabajado en frío a una temperatura superior a su temperatura de recristalización durante un tiempo adecuado. Este proceso transforma los granos deformados en granos uniformes y equiaxiales, eliminando así el endurecimiento por acritud y las tensiones residuales.
La temperatura de calentamiento debe ser entre 100 y 200 °C superior a la temperatura mínima de recristalización (para el acero, alrededor de 450 °C). La temperatura mínima de recristalización suele ser Tc = 0.4*Tm (temperatura absoluta).
Consideraciones para elegir el recocido
La selección del método de recocido apropiado generalmente sigue estos principios:
- Para aceros con microestructuras hipoeutectoides, generalmente se opta por el recocido completo. Se puede optar por el recocido isotérmico para acortar el tiempo de recocido.
- El acero hipereutectoide generalmente se somete a un recocido esferoidizante. Si los requisitos no son elevados, se puede optar por un recocido incompleto. Los aceros para herramientas y para rodamientos suelen optar por el recocido esferoidizante. El recocido esferoidizante también se utiliza en ocasiones para piezas extruidas y estampadas en frío de acero de bajo o medio carbono.
- Se puede seleccionar el recocido de recristalización para eliminar el endurecimiento por trabajo.
- El recocido por alivio de tensiones puede seleccionarse para eliminar las tensiones internas causadas por diversos procesos de fabricación. El recocido por difusión se suele seleccionar para piezas fundidas de gran tamaño de aceros aleados de alta calidad para mejorar la falta de uniformidad de la microestructura y la composición química.
