Se conoce como tratamiento térmico el proceso que comprende el calentamiento de los metales o las aleaciones en estado sólido a temperaturas definidas, manteniéndolas a esa temperatura por suficiente tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus propiedades físicas y mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los sólidos cerámicos. Las características mecánicas de un material dependen tanto de su composición química como de la estructura cristalina que tenga. Los tratamientos térmicos modifican esa estructura cristalina sin alterar la composición química, dando a los materiales unas características mecánicas concretas, mediante un proceso de calentamientos y enfriamientos sucesivos hasta conseguir la estructura cristalina deseada. Entre estas características están: Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material. Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras (resistencia al impacto). Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta. Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) o unidades ROCKWEL C (HRC), mediante el test del mismo nombre. Las propiedades mecánicas de las aleaciones de un mismo metal, y en particular de los aceros, residen en la composición química de la aleación que la forma y el tipo de tratamiento térmico a los que se les somete. Los tratamientos térmicos modifican la estructura cristalina que forman los aceros sin variar la composición química de los mismos. Esta propiedad de tener diferentes estructuras de grano con la misma composición química se llama polimorfismo y es la que justifica los térmicos. Técnicamente el polimorfismo es la capacidad de algunos materiales de presentar distintas estructuras cristalinas, con una única composición química, el diamante y el grafito son polimorfismos del carbono. La α-ferrita, la austenita y la δ-ferrita son polimorfismos del hierro. Esta propiedad en un elemento químico puro se denomina alotropía. Por lo tanto las diferentes estructuras de grano pueden ser modificadas, obteniendo así aceros con nuevas propiedades mecánicas, pero siempre manteniendo la composición química. Estas propiedades varían de acuerdo al tratamiento que se le dé al acero dependiendo de la temperatura hasta la cual se lo caliente y de cómo se enfría el mismo. La forma que tendrá el grano y los micro constituyentes que compondrán al acero, sabiendo la composición química del mismo (esto es porcentaje de Carbono y Hierro (Fe3)) y la temperatura a la que se encuentra, se puede ver en el Diagrama Hierro Carbono. Hornos utilizados en tratamientos térmicos Un horno es un dispositivo que genera calor y que lo mantiene dentro de un compartimiento cerrado.
En la industria metalúrgica, se lo utiliza para realizar tratamientos térmicos sobre los materiales, de modo de obtener propiedades mecánicas y microestructuras deseadas para algún uso particular (mediante el agregado de aleantes yo el método de enfriado). Según su principio de funcionamiento, se los puede agrupar en 3 tipos: – Calentamiento por efecto Joule, entre los cuales se encuentran los hornos de inducción eléctrica y arco eléctrico. – Calentamiento por elevación de la temperatura del medio circundante, como los hornos de calentamiento por resistencia eléctrica y los de calentamiento por combustión. -Calentamiento por interacción de radiación con la muestra, entre ellos, los que emplean radiación láser y los de haces de electrones. Calentamiento por efecto joule Inducción eléctrica. Este tipo de hornos establecen corrientes parásitas en la muestra a través de un campo magnético variable generalmente inducido por una Bobina exterior en medios cerrados o abiertos. Las corrientes al circular por el material, el cual posee una resistencia dada, producen calentamiento en forma volumétrica por el denominado efecto Joule. Con estos hornos se puede focalizar el lugar donde se produce el calentamiento, teniendo la ventaja de producir materiales de alta pureza o crecimiento de grano controlado. Calentamiento por arco eléctrico En este tipo de hornos se introduce una corriente eléctrica en la muestra a través de su superficie, provista por un electrodo no consumible adecuadamente elegido. El crisol debe ser seleccionado de tal forma que sea conductor eléctrico, resista las condiciones de trabajo y no reaccione químicamente con el material a fundir. Calentamiento del medio circundante: Calentamiento por resistencia eléctrica Esta clase de hornos produce la elevación de temperatura de un ambiente en donde se introduce el material a fundir. Tal elevación de temperatura es realizada por el paso de altas densidades de corriente eléctrica a través de una resistencia elegida para tal fin. El calor llega desde la resistencia al material a través de radiación y convección.
Se debe aislar adecuadamente el ambiente de calentamiento para no perder eficiencia calorífica. La mayoría de estos hornos suelen llegar hasta los 1100. En un horno de este tipo fue donde se realizó el calentamiento de las probetas para realizar con ellas, las comparación de los distintos métodos de endurecimiento. Calentamiento por combustión Estos hornos generan calor a través de la combustión de ciertas sustancias con poderes caloríficos altos, este calor se transmite al material a través del medio circundante o por contacto directo. Existen hornos por combustión que producen una llama, a la cual se expone al material y otros donde el material convulsionante no genera llama. Por interacción de radiación: Calentamiento láser Los hornos láser, como su nombre lo indica, hacen incidir uno o varios haces láser en la superficie del material a fundir, con lo que se eleva la temperatura del mismo hasta la condición deseada. Las configuraciones son diversas, pero en general se trabaja con atmósfera controlada de gases inertes o vacíos. Tiene la gran ventaja de ser altamente preciso en la focalización del calentamiento producido y las altas temperaturas logradas. Calentamiento por haz de electrones Este horno trabaja con condiciones similares al horno láser, con la diferencia que en este caso se hacen incidir electrones sobre la superficie dela muestra, lo cual permite mayor penetración y permite derretir mayor volumen de material. Este tipo de hornos funden en atmósfera de vacío dado El bajo camino libre medio de los electrones en pequeñas presiones Absolutas de gas.