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TEMPLE

DEFINICIONES: Según el diccionario de la real academia española, la palabra temple no posee

un significado, pero es un término ampliamente divulgado para definir: Según la ASM (American Society for Microbiology) Asociacion americana de microbiologia, temple es el enfriamiento rápido del acero desde una temperatura elevada.

OBJETIVOS: Producir un considerable aumento de la dureza, superficialmente o hasta el

núcleo de la pieza, lo que se debe en general a la formación de martensita. Básicamente los aceros se templan para conseguir mayor resistencia y dureza. De esta manera en el

temple se enfría el material (acero), lo suficientemente rápido para formar microestructuras como bainita o más frecuentemente martensita.

Es una operación que se realiza calentando a una temperatura por encima del punto de transformación Ac3 o Ac1, enfriando con tal velocidad que se produzca un considerable aumento de la dureza, superficialmente o hasta el núcleo de la pieza, lo que se debe en general a la formación de martensita.

En la Fig. 1 se muestra la franja de temperatura utilizada para la austenización en el diagrama Fe-C.

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La imagen 1.1 muestra como se produce el enfriamiento para obtener una estructura martensitica característica del temple, el objetivo en el mismo evita el

contacto con la curva de la S, logrando con ello la formación de estructuras como la perlita y la bainita.

Podemos considerar en la imagen que la curva de la imagen es la curva promedio de enfriamiento, ya que podemos diferencia entre la curva de enfriamiento de la superficie y el núcleo de la pieza.

Dicho esto aclaramos que la curva de enfriamiento del núcleo de la pieza estará desplaza hacia la derecha, pudiendo esta tener contacto con la curva de la S.

Imagen 1.1 forma básica de enfriamiento en temple

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MEDIOS DE ENFRIAMIENTO: En la selección del fluido enfriador se deben tener en cuenta el tipo de acero, la

forma, las dimensiones y la futura aplicación de la pieza. Es evidente que un conocimiento correcto del medio de enfriamiento es vital para poder evaluar factores como: flexibilidad del medio, facilidad de mantenimiento, estabilidad, seguridad, corrosividad, respuesta a la agitación, facilidad de limpieza, disponibilidad y costo.

Entre los medios de enfriamiento se encuentra el agua, la salmuera, soluciones cáusticas, los aceites, soluciones poliméricas y gases.

Como el medio ideal de enfriamiento no existe, se han empleado tradicionalmente numerosos productos enfriantes en cuyo poder templante influyen entre otros los siguientes factores:

� La temperatura inicial del baño, porque si su valor es alto se prolonga mucho la primera etapa del enfriamiento.

� La temperatura de ebullición. Porque si la magnitud es baja, el enfriamiento será más lento pues se desprenderá mucho vapor.

� El calor específico. Este debe ser elevado para que sea alta la velocidad de enfriamiento al elevarse poco la temperatura del baño. Los medios templantes han evolucionado mucho en la medida en que se

desarrolla la ciencia y la técnica. Los tradicionales son el agua, el aceite, las sales y el aire. Sus capacidades de enfriamiento se muestran en la tabla 1 en la que se toma como unidad de referencia la del agua a 20ºC.

La efectividad de un medio se puede comprobar, por ejemplo, al templar una pieza cilíndrica de acero y analizar su influencia en la estructura de la superficie y el centro.

ACEITES: Se emplean casi exclusivamente los aceites minerales; el calor específico,

punto de ebullición, calor de evaporación, conductividad térmica y viscosidad, juegan un papel importante. Un aumento en la viscosidad suele ir acompañado de una elevación del punto de ebullición y disminuye el tiempo de la fase vapor, pero suaviza las condiciones de la fase de convección. Si la viscosidad es excesiva, disminuirá la turbulencia que contribuye a la extracción de calor en la fase de ebullición y empeorarán las condiciones de temple.

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Los aceites de temple son líquidos traslúcidos cuyo color puede cambiar mucho con el uso, oscureciéndose y haciéndose más espeso. Estas alteraciones se deben principalmente a fenómenos de oxidación por el aire que son acelerados por el calentamiento que producen las piezas incandescentes de acero, que se introducen para templar. También se forma lodo procedente de la cascarilla del acero templado, que puede eliminarse por filtrado y sedimentación. El grafito coloidal proveniente de hornos de atmósfera controlada, se elimina por centrifugación.

Es frecuente la impurificación con trazas de agua por condensación y fugas del sistema de refrigeración. Cuando el contenido de agua supera el 0,5%, se aminora el efecto refrigerante del aceite porque se prolonga la fase vapor y, si se llega a más del 2%, puede producir fisuras. Además, puede producir espumas e inflamar el aceite durante el temple. El agua puede eliminarse calentando el aceite a 100º C o con ultracentrífuga.

AGUAS Y SOLUCIONES ACUOSAS:

Cuando se templa en agua pura, entrando agua nueva por el fondo del depósito y saliendo la calentada por un desagüe de la parte superior, son frecuentes los defectos de aparición de puntos blandos, especialmente en aceros sensibles a ello.

Este contratiempo debe atribuirse, en primer lugar, a los gases disueltos en el agua nueva, como el anhídrido carbónico, el oxígeno y el hidrógeno, y en segundo lugar, al anhídrido carbónico procedente de la disociación de los bicarbonatos. Aún en el agua nueva en reposo, se forman burbujas sobre los productos que se templan.

El agua corriente de cañerías y de los pozos está muy enriquecida en gases que favorecen la formación de películas de vapor. Tan pronto como el agua de temple alcanza temperaturas superiores a 50° C aproximadamente, se registran oscilaciones en las durezas obtenidas. La situación es mejor cuando se emplea para el temple agua dura vieja de la que los constituyentes gaseosos han sido ya expulsados en su mayor parte, o han precipitado las sales que endurecen el agua. Para eliminar estos inconvenientes se emplean soluciones salinas en lugar de agua.

Se utilizan soluciones de sal común, NaCl al 10%, o con cloruro potásico en lugar de sódico. También se emplean como medios de temple, soluciones con 5 al 10% de soda cáustica, que ofrecen además la ventaja de que separan con mucha facilidad la cascarilla.

Para templar los aceros muy sensibles a la aparición de zonas blandas, ha dado buenos resultados una solución a temperaturas de 30 a 40° C y densidad 1,1. Contiene 14 % de sal y 86 % de agua. La densidad de las soluciones mantiene mediante adiciones de agua o de sal. Las piezas toman en el temple un aspecto entre gris y negro azulado.

SALES Y METALES FUNDIDOS:

Además del agua, el aceite y las soluciones acuosas, se emplean como medios de temple las sales y los metales fundidos. Las temperaturas de los baños dependen del empleo y se encuentran generalmente entre los 200 y 600° C. Para temperaturas hasta 500 a 550º C, se emplean mezclas de nitratos y nitritos alcalinos. Para más de 550° C, se utilizan mezclas de sales exentas de nitratos.

El temple en baño caliente, en lugar de aceite, tiene la ventaja de que no se forman burbujas de vapor y, por tanto, no se producen endurecimientos heterogéneos.

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El enfriamiento desde la temperatura de temple hasta la del baño se produce por convección pura. En baños de este tipo se pueden templar todos los aceros aleados para temple en aceite, cuya temperatura de austenización no exceda los 950º C. También pueden templarse piezas de aceros no aleados, de hasta 10 mm de diámetro, directamente desde la temperatura de cementación. No es admisible introducir en baños de nitratos, o de análoga naturaleza, productos que puedan aglomerarse muy densamente, como por ejemplo piezas pequeñas en cestas de temple, alambre en rollo, etc., porque se pueden producir sobrecalentamientos locales de las sales que den lugar a corrosión o quemado del acero, y en casos desafortunados, incluso, a explosiones del baño.

Los baños de plomo o de otros metales fundidos se emplean a veces con la misma finalidad que los baños de sales. Pueden contener azufre cuando están sucios y, por esta razón, es necesario fundirlos completamente 1 ó 2 h antes de introducir las piezas. Por otro lado, el plomo es bastante volátil entre 350 y 750° C, que son las temperaturas de los tratamientos para los que se emplea: los vapores son venenosos y se necesita muy buena aspiración. También puede evitarse una evaporación excesiva mediante una capa superficial de carbón vegetal. Para medir las temperaturas son adecuados los termopares o los pirómetros fotoeléctricos. La ventaja del plomo es que enfría mucho más rápidamente que los baños de sales.

Como el acero tiene menor densidad que el plomo, es necesario sujetar las piezas dentro del baño. Otra desventaja del plomo es que puede adherirse tenazmente a piezas que contengan dientes o ranuras pequeñas e impide que esas zonas se endurezcan en el temple. Por esta causa, es preciso desengrasar previamente las piezas con mucho cuidado. El tratamiento en baño de plomo no da lugar a la formación de cascarilla. Como consecuencia de la toxicidad de sus vapores, el empleo del plomo es cada vez más restringido frente a los baños de sales.

GASES:

Los aceros para herramientas de alta aleación y los rápidos, que tienen velocidad crítica de enfriamiento pequeña, templan incluso con un chorro de aire a presión. Se emplea aire a baja presión, unos 100 mm de columna de agua o aire comprimido hasta 6 Kg/cm2. El aire comprimido actúa con mucha intensidad pero contiene mayor proporción de agua condensada, y las gotitas de este líquido que inciden sobre las piezas, pueden producir agrietamiento. Para muchos aceros, basta enfriar con aire tranquilo para que se forme martensita. Aunque este tipo de enfriamiento presenta menos peligro de distorsiones, como contrapartida, produce cierta oxidación superficial. En lugar de aire pueden emplearse gases protectores o inertes, por ejemplo, amoníaco o gas de ciudad quemado (gas natural). Utilizando estos gases en los hornos y como medio de temple, se obtienen piezas templadas brillantes.

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OTROS MEDIOS DE ENFRIAMIENTO:

Además de los medios convencionales, en la actualidad se emplean diversos medios y procedimientos que se encaminan a lograr mejores propiedades mecánicas y disminuir las tensiones causantes de deformaciones en las piezas templadas. Algunos de esos medios se señalan a continuación:

� Enfriamiento en aceite burbujeante al cual se le adiciona hielo seco en cantidades que fluctúan de 30

a 100 g/m3. � Enfriamiento mediante ducha de agua que concluye con aire a presión. � Medio de temple que contiene CaCl2 , polvo de arcilla, sosa cáustica y agua.

Su empleo evita la formación de fisuras en aceros al carbono y aleados debido a que reduce la velocidad de enfriamiento en el intervalo de la transformación martensítica.

� Soluciones acuosas con polímeros de oxazolina. Con el desarrollo de las investigaciones en esta temática, se han incrementado

los registros de patentes en diferentes países. Una búsqueda minuciosa ha permitido encontrar lo siguiente:

En España, los registros de patentes están encaminados principalmente al empleo de soluciones acuosas de diferentes compuestos orgánicos y de enfriamiento en metales fundidos. Las soluciones acuosas registradas son las siguientes:

� Con éter de polioxialcohilenglicol y aditivo anticorrosivo con alcanolaminas y agua.

� Con polialgohilenglicol con inhibidor que contiene ácido carboxílico, alcanolamina y triazol aromático.

� Con polivinilpirrolidona. � Con éter de polioxialquilenglicol y bórax. � Con polímero orgánico hidrosoluble, aditivo de sal mineral y de un ácido

mineral y orgánico.

Todas estas soluciones acuosas se recomiendan para el temple de aceros al carbono y de baja aleación.

La solución acuosa de polivinilpirrolidona se recomienda para el enfriamiento de aleaciones de aluminio.

Los Países Europeos han encaminado su búsqueda de medios de enfriamiento al uso de las siguientes:

� Solución de aceite con monoalkylnaptaleno � Solución de aceite mineral y polímero. � Solución de agua con polyoxazolina y polímero de N vinyl heterocíclico. � Solución de agua con polyakylenoglycol, inhibidor de ácido carboxílico y

alkanolamina � Solución de agua con trialkylphosphates. � Solución de agua con CO2. � Solución de agua con ácido carboxílico. También se ha desarrollado: � Concentrado Aquaplast soluble en agua. Permite obtener diferentes

velocidades de enfriamiento. � Empleo de cama fluida (de fluidización) que consiste en la agitación intensa

de partículas sólidas (corindón, arena mineral, polvo metálico) por un flujo de gas ascendente. En este caso, se forma una capa o cama que asemeja un líquido viscoso donde la velocidad de enfriamiento puede regularse

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CONCLUSIONES: Para obtener los resultados esperados después del temple, es imprescindible

que se emplee un medio de enfriamiento adecuado. Además del agua, aceites, sales y metales fundidos, la tendencia mundial

actual es la de emplear soluciones acuosas con diferentes compuestos orgánicos, soluciones de aceites con diferentes aditivos y también emplear procedimientos de temple más eficaces mediante modificaciones a los métodos comúnmente empleados.

ESTRUCTURA METALOGRAFICA:

La transformación martensítica no sólo ocurre en el acero, sino que otros

sistemas de aleación se caracterizan por experimentar transformaciones sin difusión. Ya que la transformación martensítica no implica difusión, ocurre casi

instantáneamente; los granos martensíticos se nuclean y crecen a velocidad muy alta: A la velocidad del sonido dentro de la matriz austenítica. De este modo, a

efectos prácticos, la velocidad de transformación de la austenita es independiente del tiempo.

La estructura de la martensita tiene la apariencia de láminas o de agujas (variantes). La fase blanca es austenita que no se transforma durante el temple rápido.

La martensita también puede coexistir con otros constituyentes, como la perlita. El enfriamiento rápido (o temple) del acero austenizado, hasta temperatura

próxima a la ambiental, origina otro microconstituyente denominado martensita, que resulta como una estructura de no equilibrio de la transformación sin difusión de la austenita. Se puede considerar un producto de transformación competitivo con la perlita o la bainita. La transformación martensítica tiene lugar a velocidades de temple muy rápidas que dificultan la difusión del carbono. Si hubiera difusión se formarían las fases ferrita y cementita.

La proporción de carbono de la martensita no es constante si no que varia hasta un máximo de 0,89%, aumentando su dureza, resistencia mecánica y fragilidad con el contenido de carbono. Su dureza varía desde 50 a 68 HRC.

Es una fase metaestable de estructura tetragonal, obtenida por un enfriamiento brusco de una solución sólida intersticial y que se forma mediante un movimiento de cizalladura en la red. Osmod (1902) la describía así: "(al observar al microscopio)... pueden verse agujas o fibras rectilíneas aún más finas orientadas en direcciones paralelas y separadas o no por una matriz de apariencia granular o vermicular". Debe añadirse que dichas agujas aparecen sólo claramente cuando el porcentaje de carbono es alto siendo en otro caso la apariencia más parecida a hebras de paja amontonada. Su dureza depende del porcentaje de carbono que tenga en solución y está comprendida entre 25 y 67 HRC, aproximadamente.