Ejercicios: Tratamientos de mejora

Explica qué es un tratamiento térmico y cita tres ejemplos con su objetivo general: cuál endurece, cuál ablanda para facilitar el mecanizado y cuál reduce la fragilidad después de endurecer.

Describe el proceso de temple de un acero (temperatura aproximada, medio de enfriamiento y microestructura resultante) y explica qué propiedades gana y qué inconveniente introduce.

La figura muestra las curvas de enfriamiento de dos piezas de acero idénticas: una se sumerge en agua y otra se deja enfriar dentro del horno apagado. Indica qué curva corresponde al temple y razona qué diferencia de dureza esperas entre ambas piezas.

Describe el recocido: a qué temperatura se calienta el acero, cómo se enfría y qué efecto tiene sobre su dureza y su estructura interna. ¿En qué situación de taller se aplica antes de seguir trabajando una pieza?

El normalizado enfría al aire tranquilo en lugar de dentro del horno. Compara recocido y normalizado: cuál es más rápido y barato, cuál deja el acero algo más duro y para qué se usa el normalizado tras la forja.

Ordena estos medios de enfriamiento de mayor a menor severidad (velocidad de enfriamiento): aceite, aire, agua con sal. Explica qué relación hay entre la severidad del medio, la dureza alcanzable y el riesgo de grietas o deformaciones.

Explica la idea básica de la cementación: qué elemento se difunde en la superficie del acero, a qué temperatura aproximada se hace y por qué después de cementar hay que templar y revenir la pieza.

Distingue entre tratamiento térmico total (afecta a toda la pieza) y tratamiento superficial (solo a la capa exterior). Pon dos ejemplos de cada uno y razona por qué un diente de engranaje suele necesitar solo tratamiento superficial.

Después del temple, los aceros suelen recibir un revenido. Explica en qué consiste el revenido, qué problema del temple corrige y por qué una herramienta templada sin revenir sería peligrosa en servicio.

Compara estos tres tratamientos de superficie: cementación, nitruración y recubrimiento con cromado duro. Para cada uno indica qué se añade o se modifica en la superficie, una aplicación típica y por qué conviene endurecer solo la capa exterior en lugar de toda la pieza.

Una cuchilla de desbrozadora se desafila con rapidez y además sufre golpes contra piedras. Propón una combinación de tratamientos térmicos para el acero de la cuchilla y justifícala: qué dureza necesita el filo, qué tenacidad necesita el conjunto y cómo se consiguen ambas.

Las curvas TTT (tiempo-temperatura-transformación) muestran cuándo empieza y acaba la transformación de la austenita al enfriar. Explica cualitativamente por qué un enfriamiento muy rápido «salta» las curvas y produce martensita, mientras que uno lento las atraviesa y produce perlita, más blanda.

Define la templabilidad de un acero y explica por qué un acero al carbono solo se templa en capas finas mientras que uno aleado (con cromo o molibdeno) se templa «en masa». ¿Qué consecuencia práctica tiene esto al elegir el acero de un eje grueso?

Tras el temple, una pieza larga ha quedado combada y otra presenta microgrietas. Explica qué son las tensiones residuales del temple (diferencia de enfriamiento entre superficie y núcleo), cómo producen distorsión y qué medidas de proceso las reducen (calentamiento uniforme, medios menos severos, diseño de la pieza).

Un muelle de suspensión necesita dureza pero, sobre todo, elasticidad y resistencia a la fatiga. Propón su secuencia de tratamiento (temple y revenido a temperatura media) y razona por qué un revenido a baja temperatura (máxima dureza) sería contraproducente en un muelle.

Compara un tratamiento termoquímico (cementación: modifica la composición de la superficie) con un recubrimiento duro tipo PVD (capa depositada de nitruro de titanio): espesor típico, adhesión, temperatura del proceso y una aplicación donde cada uno es preferible (engranajes frente a brocas).

Un eje de transmisión de un pequeño vehículo eléctrico debe soportar fatiga por torsión y desgaste en sus apoyos. Diseña su ciclo completo de tratamientos (mecanizado previo, temple, revenido y, si lo consideras, tratamiento superficial en los apoyos), justificando cada paso con la propiedad que aporta.

Los hornos de tratamiento térmico son grandes consumidores de energía. Evalúa la sostenibilidad de estos procesos: compara el calentamiento en horno de toda la pieza frente al temple por inducción localizada, cita dos medidas para reducir el impacto (recuperación de calor, aislamiento, atmósferas controladas) y explica por qué alargar la vida útil de una pieza también es una medida ambiental.

Un taller temple un lote de cinceles y, al usarlos, varios se agrietaron por el filo. Analiza al menos tres causas posibles del fallo (temperatura de temple excesiva, medio de enfriamiento demasiado brusco para ese acero, ausencia de revenido, defectos previos del material) y propón para cada una una medida correctora en el proceso.

Un engranaje de caja de cambios debe tener superficie muy dura (desgaste y picado) y núcleo tenaz (choques de dentado). Diseña su ruta completa: elección del acero (bajo carbono, cementable), cementación, temple, revenido suave y control final. Justifica cada paso y explica por qué un acero de alto carbono templado en masa no sería buena solución.

Una chapa de acero se embute en frío para formar una carcasa y, a mitad de proceso, empieza a agrietarse. Explica el fenómeno de acritud o endurecimiento por deformación (las dislocaciones se acumulan), por qué un recocido intermedio permite continuar la embutición y evalúa el coste energético de añadir ese horno frente al ahorro de piezas rechazadas.

Soldar es, en la práctica, aplicar un tratamiento térmico no deseado: la zona afectada térmicamente sufre ciclos de calentamiento y enfriamiento rápidos. Analiza qué transformaciones pueden ocurrir allí en un acero al carbono, qué defectos (tensiones, dureza localizada, grietas en frío) pueden aparecer y qué precauciones (precalentamiento, aporte controlado, tratamiento post-soldeo) los mitigan.

Un horno de tratamiento sin atmósfera controlada deja las piezas descarburadas (pérdida de carbono superficial) y oxidadas. Explica qué ha ocurrido químicamente en la superficie, qué consecuencia tiene sobre la dureza tras el temple y compara dos soluciones: atmósfera controlada (endogás) frente a hornos de vacío, con su coste y aplicación típica.

Diseña un experimento para decidir si el revenido de unas brocas puede hacerse en un horno doméstico en vez de en uno industrial: qué magnitudes medirías (temperatura real del horno con termopar, dureza resultante en varias probetas), qué variables controlarías (tiempo, posición en el horno) y qué criterio de aceptación fijarías antes de tratar el lote completo.