Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Temple

Coque siendo empujado hacia un vagón de enfriamiento, hornos Hanna de la Great Lakes Steel Corporation, Detroit, Michigan , noviembre de 1942. En ciencia de los materiales , el ...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita
Coque siendo empujado hacia un vagón de enfriamiento, hornos Hanna de la Great Lakes Steel Corporation, Detroit, Michigan , noviembre de 1942.

En ciencia de los materiales , el temple consiste en el enfriamiento rápido de una pieza en agua, gas, aceite, polímero, aire u otros fluidos para obtener ciertas propiedades del material . Como tipo de tratamiento térmico , el temple evita que se produzcan procesos indeseados a baja temperatura, como las transformaciones de fase . Esto se logra reduciendo el intervalo de tiempo durante el cual estas reacciones indeseadas son termodinámicamente favorables y cinéticamente accesibles; por ejemplo, el temple puede reducir el tamaño del grano cristalino tanto de materiales metálicos como plásticos, aumentando así su dureza .

En metalurgia , el temple se utiliza comúnmente para endurecer el acero mediante la inducción de una transformación martensítica , donde el acero debe enfriarse rápidamente a través de su punto eutectoide , la temperatura a la que la austenita se vuelve inestable. El enfriamiento rápido evita la formación de la estructura cementita , disolviendo en su lugar los átomos de carbono en la red de ferrita. [ 1 ] [ 2 ] En aceros aleados con metales como níquel y manganeso , la temperatura eutectoide se vuelve mucho más baja, pero las barreras cinéticas para la transformación de fase permanecen iguales. Esto permite que el temple comience a una temperatura más baja, lo que facilita mucho el proceso. El acero de alta velocidad también tiene tungsteno añadido , que sirve para elevar las barreras cinéticas, lo que, entre otros efectos, proporciona propiedades al material (dureza y resistencia a la abrasión) como si la pieza de trabajo se hubiera enfriado más rápidamente de lo que realmente lo ha hecho. Incluso enfriar estas aleaciones lentamente al aire tiene la mayoría de los efectos deseados del temple; el acero de alta velocidad se debilita mucho menos por los ciclos térmicos debido al corte a alta velocidad. [ 3 ]

Un enfriamiento extremadamente rápido puede impedir la formación de todas las estructuras cristalinas, dando como resultado un metal amorfo o "vidrio metálico".

Endurecimiento por temple

El temple es un proceso mecánico mediante el cual se fortalecen y endurecen las aleaciones de acero y hierro fundido. Estos metales están compuestos por metales ferrosos y aleaciones. El proceso se realiza calentando el material a una temperatura determinada, que varía según el material. Esto produce un material más duro, ya sea por endurecimiento superficial o por endurecimiento interno, dependiendo de la velocidad de enfriamiento. Posteriormente, el material suele someterse a un revenido para reducir la fragilidad que puede aumentar durante el proceso de temple. Entre los elementos que pueden someterse a temple se incluyen engranajes, ejes y bloques de desgaste.

Objetivo

Antes del endurecimiento, los aceros y hierros fundidos presentan una estructura de grano perlítico uniforme y laminar (o estratificada) . Esta es una mezcla de ferrita y cementita que se forma durante la fabricación y el enfriamiento lento del acero o hierro fundido. La perlita no es un material ideal para muchas aplicaciones comunes de las aleaciones de acero, ya que es bastante blanda. Al calentar la perlita por encima de su temperatura de transición eutectoide de 727  °C y luego enfriarla rápidamente, parte de la estructura cristalina del material se transforma en una estructura mucho más dura conocida como martensita. Los aceros con esta estructura martensítica se utilizan a menudo en aplicaciones donde la pieza debe ser altamente resistente a la deformación, como el filo de las cuchillas. Esto resulta muy eficiente.

Proceso

El proceso de temple es progresivo y comienza con el calentamiento de la muestra. La mayoría de los materiales se calientan a temperaturas entre 815 y 900 °C (1499 y 1652 °F) , prestando especial atención a mantener una temperatura uniforme en toda la pieza. Minimizar el calentamiento desigual y el sobrecalentamiento es fundamental para obtener las propiedades deseadas del material.  

El segundo paso del proceso de temple es el remojo. Las piezas pueden remojarse al aire (horno de aire), en un baño líquido o al vacío. El tiempo recomendado en baños de sal o plomo es de hasta 6 minutos. En vacío, el tiempo de remojo puede ser ligeramente mayor. Al igual que en la etapa de calentamiento, es importante que la temperatura en toda la muestra se mantenga lo más uniforme posible durante el remojo.

Una vez finalizado el remojo de la pieza, se procede al enfriamiento. Durante este proceso, la pieza se sumerge en un fluido de temple; el tipo de fluido puede influir significativamente en las características finales de la pieza templada. El agua es uno de los medios de temple más eficaces cuando se busca la máxima dureza, aunque existe una pequeña posibilidad de que cause deformaciones y microfisuras. Cuando se puede sacrificar la dureza, se suelen utilizar aceites minerales. Estos fluidos a base de aceite tienden a oxidarse y formar lodos durante el temple, lo que reduce la eficiencia del proceso. La velocidad de enfriamiento del aceite es mucho menor que la del agua. Se pueden obtener velocidades intermedias entre el agua y el aceite con un agente de temple formulado específicamente, una sustancia con solubilidad inversa que se deposita sobre el objeto para ralentizar el enfriamiento.

El enfriamiento también puede realizarse con gases inertes, como nitrógeno y gases nobles. El nitrógeno se usa comúnmente a presiones superiores a la atmosférica, hasta 20 bar absolutos. El helio también se usa porque su capacidad calorífica es mayor que la del nitrógeno. Como alternativa, se puede usar argón; sin embargo, su densidad requiere mucha más energía para su desplazamiento y su capacidad calorífica es menor que la de las alternativas. Para minimizar la deformación de la pieza, las piezas cilíndricas largas se enfrían verticalmente; las piezas planas se enfrían por el borde; y las secciones gruesas deben entrar primero en el baño. Para evitar burbujas de vapor, el baño se agita.

A menudo, tras el temple, una aleación de hierro o acero se vuelve excesivamente dura y quebradiza debido a un exceso de martensita. En estos casos, se aplica un tratamiento térmico adicional, conocido como revenido, al material templado para aumentar la tenacidad de las aleaciones de hierro . El revenido se suele realizar después del endurecimiento para reducir la dureza excesiva y consiste en calentar el metal a una temperatura inferior al punto crítico durante un tiempo determinado, para luego dejarlo enfriar al aire libre.

Mecanismo de eliminación de calor durante el enfriamiento

El calor se elimina en tres etapas específicas:

Etapa A: Se forman burbujas de vapor sobre el metal y comienza a enfriarse.

Durante esta etapa, debido al efecto Leidenfrost , el objeto queda completamente rodeado de vapor, lo que lo aísla del resto del líquido.

Etapa B: Refrigeración por transporte de vapor

Una vez que la temperatura haya bajado lo suficiente, la capa de vapor se desestabilizará y el líquido podrá entrar en contacto total con el objeto, lo que permitirá eliminar el calor mucho más rápidamente.

Etapa C: Refrigeración líquida

Esta etapa se produce cuando la temperatura del objeto está por debajo del punto de ebullición del líquido.

Historia

Hay evidencia del uso de procesos de temple por parte de los herreros desde mediados de la Edad del Hierro , pero existe poca información detallada sobre el desarrollo de estas técnicas y los procedimientos empleados por los primeros herreros. [ 4 ] Aunque los primeros trabajadores del hierro debieron notar rápidamente que los procesos de enfriamiento podían afectar la resistencia y la fragilidad del hierro, y se puede afirmar que el tratamiento térmico del acero era conocido en el Viejo Mundo desde finales del segundo milenio a. C., [ 5 ] es difícil identificar arqueológicamente usos deliberados del temple. Además, parece que, al menos en Europa, "el temple y el revenido por separado no parecen haberse vuelto comunes hasta el siglo XV"; es útil distinguir entre el "temple completo" del acero, donde el temple es tan rápido que solo se forma martensita, y el "temple lento", donde el temple es más lento o interrumpido, lo que también permite la formación de perlita y da como resultado un producto menos quebradizo. [ 6 ]

Los primeros ejemplos de acero templado pueden provenir de la antigua Mesopotamia, con un ejemplo relativamente seguro de un cincel templado del siglo IV a. C. de Al Mina en Turquía. [ 7 ] El libro 9, líneas 389-94 de la Odisea de Homero se cita ampliamente como una referencia escrita temprana, posiblemente la primera, al templado: [ 4 ] [ 8 ]

como cuando un hombre que trabaja como herrero sumerge una enorme hoja de hacha o azuela chisporroteante en agua fría, tratándola para templarla, ya que así es como se fortalece el acero, así también el ojo de Cíclope chisporroteó alrededor del rayo de olivo.

Sin embargo, no cabe duda de que el pasaje describe un endurecimiento por temple deliberado, en lugar de un simple enfriamiento. [ 9 ] Asimismo, existe la posibilidad de que el Mahabharata se refiera al temple en aceite de puntas de flecha de hierro, pero la evidencia es problemática. [ 10 ]

Plinio el Viejo abordó el tema de los templetes, distinguiendo el agua de diferentes ríos. [ 11 ] Los capítulos 18-21 de De diversis artis del siglo XII de Teófilo Presbítero mencionan el temple, recomendando entre otras cosas que «las herramientas también se templan más en la orina de un niño pequeño pelirrojo que en agua común». [ 4 ] Una de las discusiones más completas de los inicios del temple es el primer libro impreso occidental sobre metalurgia, Von Stahel und Eysen , publicado en 1532, que es característico de los tratados técnicos de finales de la Edad Media.

El estudio científico moderno del temple comenzó a cobrar verdadero impulso a partir del siglo XVII, siendo un paso importante la discusión basada en la observación de Giambattista della Porta en su Magia Naturalis de 1558. [ 12 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Templado y revenido del acero" . tec-science . 8 de julio de 2018.
  2. ↑ Toji, Yuki; Matsuda, Hiroshi; Herbig, Michael; Choi, Pyuck-Pa; Raabe, Dierk (2014). "Análisis a escala atómica de la partición de carbono entre martensita y austenita mediante tomografía de sonda atómica y microscopía electrónica de transmisión correlativa". Acta Materialia . 65 : 215–228 . doi : 10.1016/j.actamat.2013.10.064 . ISSN 1359-6454 . 
  3. ↑ Legerská, M.; Chovanec, J.; Chaus, Alexander S. (2006). "Desarrollo de aceros de alta velocidad para herramientas de corte de metal fundido" . Solid State Phenomena . 113 : 559–564 . doi : 10.4028/www.scientific.net/SSP.113.559 . S2CID 137397169. Consultado el 5 de abril de 2019 . 
  4. 1 2 3 Mackenzie, DS (junio de 2008). "Historia del temple". International Heat Treatment and Surface Engineering . 2 (2): 68– 73. doi : 10.1179/174951508x358437 . ISSN 1749-5148 . 
  5. ↑ Craddock, Paul T. (2012). «Metalurgia en el Viejo Mundo». En Silberman, Neil Asher (ed.). The Oxford companion to archaeology . Vol. 1 de 3 (2.ª ed.). Nueva York: Oxford University Press (publicado el 12 de octubre de 2012). pp. 377–380 . ISBN    9780199739219OCLC 819762187​​ 
  6. ↑ Williams, Alan (3 de mayo de 2012). La espada y el crisol: una historia de la metalurgia de las espadas europeas hasta el siglo XVI . History of Warfare. Vol. 77. Leiden: Brill. p. 22. ISBN   9789004229334OCLC 794328540​​ 
  7. ↑ Moorey, PRS (Peter Roger Stuart) (1999). Materiales e industrias de la antigua Mesopotamia: la evidencia arqueológica . Winona Lake, Indiana: Eisenbrauns. págs. 283-285 . ISBN  978-1575060422OCLC 42907384​​ 
  8. ↑ Forbes, RJ (Robert James) (1972-01-01). Estudios sobre tecnología antigua . Metalurgia en la Antigüedad, parte 2. Cobre y bronce, estaño, arsénico, antimonio y hierro. Vol. 9 (2.ª ed. revisada ). Leiden: EJ Brill. p. 211. ISBN    978-9004034877OCLC 1022929 .​ 
  9. ↑ PRS Moorey, Materiales e industrias de la antigua Mesopotamia: la evidencia arqueológica (Winona Lake, Indiana: Eisenbrauns, 1999), pág. 284.
  10. ↑ RK Dube, 'Puntas de flecha ferrosas y su endurecimiento por temple en aceite: algunas evidencias tempranas de la India', JOM: The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society , 60.5 (mayo de 2008), 25–31.
  11. ↑ John D. Verhoeven, Metalurgia del acero para no metalúrgicos (Materials Park, Ohio: ASM International, 2007), pág. 117.
  12. ↑ J. Vanpaemel. HISTORIA DEL ENDURECIMIENTO DEL ACERO: CIENCIA Y TECNOLOGÍA. Journal de Physique Colloques, 1982, 43 (C4), pp. C4-847-C4-854. DOI:10.1051/jphyscol:19824139; https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00222126 .
  • Logotipo de Wikimedia CommonsContenido multimedia relacionado con la extinción en Wikimedia Commons