Endurecimiento de acero: ¿qué es y qué se logra con este tratamiento?

Endurecer el acero es un proceso que permite mejorar las propiedades de muchos de nuestros objetos cotidianos, herramientas, maquinaria y elementos estructurales. Un conjunto de brocas, por ejemplo, no tendrían la misma dureza, el mismo desempeño y la misma durabilidad si no se hubiera producido el endurecimiento del acero con el que están hechas.

El endurecimiento del acero es uno de los procesos que implican aplicar temperatura al metal, muy habitual en la industria metalúrgica. Del 90% de productos de acero que se someten a algún tipo de tratamiento térmico, la mitad pasa por un tratamiento de endurecimiento. Otros habituales son el revenido, el recocido y el endurecimiento superficial, que permite que las capas más internas del metal no se endurezcan.

Una de las particularidades del endurecimiento del acero es que, a diferencia de otros procesos térmicos, se aplica a las piezas terminadas después de ser mecanizadas, no antes. Esto es así porque endurecer bloques enteros de acero sería muy costoso económicamente, sobre todo teniendo en cuenta que el mecanizado posterior sería más costoso (las herramientas de corte tendrían más difícil penetrar en la pieza) y que parte del endurecimiento se eliminaría en ese proceso, haciendo necesario volver a endurecerla. En este post explicamos cómo se lleva a cabo.

¿Qué implica el endurecimiento del acero?

El endurecimiento del acero consiste en la aplicación de calor en el acero y luego un enfriamiento rápido en agua, aire, aceite o una cámara de frío para lograr la combinación requerida de dureza, tenacidad y resistencia, y puede hacerse mediante diferentes formas dependiendo del tipo de acero y las propiedades que se necesita que tenga: temple, revenido o endurecimiento superficial. Sin embargo, el acero endurecido suele referirse específicamente al temple.

El acero se endurece tras ese proceso porque cuando su estructura se vuelve granular fina, cristalina, llamada austenita, de manera que aumenta su resistencia a la tracción y disminuye su ductilidad. Al enfriarse bruscamente, se transforma en martensita (los átomos de carbono se quedan atrapados en esa estructura cristalina), de forma que el material se vuelve muy duro y frágil. Este enfriamiento debe ser rápido para evitar que con la pérdida de temperatura el acero pase por fases que lo hagan más blando y dúctil. En este post hablamos de los tipos de acero (austenítico, martensítico, ferrítico).

Otras formas de endurecimiento, como el revenido, pueden venir detrás del temple, para que la fase martensítica del acero sea más estable, es decir, que su estructura no cambie fácilmente en condiciones normales: este tratamiento permite que el acero sea todavía duro pero también más dúctil y resistente.

En definitiva, con el temple se logra un acero duro pero frágil y con el revenido poesterior se reduce está fragilidad al calentar el acero a una temperatura menor y permitir que se enfríe más lentamente, algo que mejora su tenacidad y resistencia a la fractura.

¿Qué propiedades aporta al acero su endurecimiento?

El acero endurecido es crucial en aplicaciones donde se requiere precisión, durabilidad y capacidad de soportar cargas pesadas o uso continuo, como las herramientas de corte, herramientas manuales, componentes de maquinaria y vehículos, moldes y herramientas para fabricar otras herramientas, componentes para construcción, etc. Las propiedades que confiere el endurecimiento son:

Resistencia al desgaste

Esta es una de las propiedades estrella que se persiguen con el endurecimiento del acero. Se trata de la capacidad de resistir a ser deteriorado por fricción, contacto o impacto con otros materiales, algo crucial para herramientas de corte, engranajes, rodamientos y otras aplicaciones donde los componentes deben soportar esta fricción, contacto o impacto proveniente de otros materiales. Sin esta resistencia, estas herramientas y componentes disminuirían su eficiencia en poco tiempo, provocando un aumento de los costes de mantenimiento y de reemplazos, y un riesgo para la seguridad y la fiabilidad de las aplicaciones para las que se usan.

Resistencia a la corrosión

Aunque no es una propiedad que resulta de forma directa del endurecimiento del acero, al acero endurecido se le suele aplicar un revestimiento o pasivación para resistir a la degradación por acción de las condiciones ambientales, que puede cambiar dependiendo de su composición química. Los aceros inoxidables endurecidos, por ejemplo, combinan la dureza propia del temple con una excelente resistencia a la corrosión, lo que los hace ideales para entornos corrosivos.

Resistencia a la abrasión

A diferencia del desgaste, que es la degradación de un material como consecuencia de la interacción del entorno con él, la abrasión es una forma específica de desgaste que se produce por el contacto físico y el rozamiento con superficies ásperas o partículas abrasivas, como la que ocurre con una señal de tráfico desgastada por el paso de los años con partículas de arena, dañando su superficie y afectando a su legibilidad, o simplemente cuando nos limamos las uñas. El acero endurecido resiste a la abrasión al crear una superficie más dura, algo muy importante en la industria minera, así como en las herramientas de corte que entran en contacto con materiales duros, en las que las herramientas deben ser las que aplican abrasión al material a trabajar y no al revés.

Durabilidad

La durabilidad es otra de las propiedades más valoradas del endurecimiento del acero, ya que no tendría mucho sentido que fuera capaz de resistir la fatiga (que el material se debilite o falle a causa de la aplicación de cargas o esfuerzos de distinto tipo por debajo de su límite elástico), el desgaste, la abrasión y la corrosión por poco tiempo. El acero endurecido tiene una vida útil más larga, manteniendo su integridad estructural y su funcionalidad, por lo que es imprescindible en piezas y herramientas que se someten a condiciones extremas y a un uso repetido sin fallos, desde la industria pesada y la construcción hasta la fabricación de herramientas de precisión y dispositivos médicos.

Contrapartidas del endurecimiento del acero

No todo en el endurecimiento del acero son ventajas, también existen contrapartidas que obligan a los ingenieros y diseñadores de las piezas y la maquinaria a establecer un equilibrio entre las propiedades que se necesitan y las limitaciones que los procesos que las hacen posible ofrecen. Algunas de estas limitaciones son la mayor fragilidad y riesgo de fractura, la posible distorsión de las piezas durante el tratamiento térmico, el incremento de precios asociados a los procesos de endurecimiento y acabado, y la reducción de la ductilidad y soldabilidad del material tratado. Por eso no tiene sentido, por ejemplo, endurecer el acero de los utensilios de cocina, de los muebles o de ciertas partes del motor de un coche (aunque ciertas partes del motor o el tren de transmisión pueden requerir acero endurecido).

Tubos de acero endurecido

En Ferros Planes mecanizamos tubos que después se someten a procesos de endurecimiento, como por ejemplo, tubos destinados a la industria automotriz, aeroespacial, petróleo y gas, y a la fabricación de maquinaria. Fabricamos tubos de los requisitos deseados, los mecanizamos para alcanzar las dimensiones y tolerancias deseadas y después pasan por tratamientos térmicos y acabados para su uso, como el rectificado o el pulido.