Tratamiento térmico de los aceros inoxidables
- Administrador del sitio
- 4 sept
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Los aceros inoxidables son el caballito de batalla de industrias tan diversas como la alimenticia, la médica, la química, la energética y la automotriz, entre muchas otras, por tres razones: resistencia a la corrosión, durabilidad en entornos agresivos y capacidad de mantener su rendimiento mecánico a largo plazo.
¿Qué es un acero inoxidable?
Empecemos por el principio: un acero inoxidable es una aleación de hierro y carbono, como todos los aceros, que además contiene cromo y, en muchos casos, níquel. Estos dos últimos elementos son la clave de su excelente desempeño.
El níquel aporta estabilidad química y favorece la estructura del acero, pero el verdadero protagonista es el cromo, pues ante el contacto con el oxígeno del ambiente, reacciona formando una capa de óxido de cromo (Cr₂O₃), un tipo de óxido ‘bueno’ que sella la superficie del metal y actúa como barrera protectora frente a agentes agresivos, evitando que siga reaccionando con el aire, el agua o la sal.
Para que se forme la película de óxido de cromo, el acero debe contener al menos 12% en peso de cromo.
Tipos de aceros inoxidables
Dependiendo de la concentración de sus elementos de aleación, los aceros inoxidables se clasifican en:
Martensíticos
Alta resistencia mecánica y dureza, con baja tenacidad y ductilidad. Gracias a su contenido de carbono, son los únicos inoxidables templables por martensita. Se recomiendan para la fabricación de herramientas de corte, válvulas, turbinas y ejes.
Ferríticos:
Bajo contenido de carbono, sin níquel. No son templables y se utilizan en estado recocido o trabajado en frío. Presentan resistencia media, pero buen comportamiento en ambientes moderadamente corrosivos, por lo que se usan en línea blanca, intercambiadores de calor y sistemas de escape.
Austeníticos
Alto contenido de cromo y níquel, bajo carbono (especialmente en los grados “L”). No se endurecen por temple, pero sí por trabajo en frío. Gracias a su alto cromo, ofrecen excelente resistencia a la corrosión y, por su bajo carbono, son muy dúctiles y tenaces. Ideales para industria alimentaria, equipos médicos y ambientes marinos.
Dúplex
Alta proporción de cromo, con níquel, molibdeno y nitrógeno. No son templables, pero su composición los hace muy resistentes frente a la corrosión localizada (picaduras y grietas). Por eso se utilizan en la industria química, tuberías submarinas y plantas de desalinización.
Endurecibles por precipitación (PH)
Contienen cromo y níquel, y suelen alearse con cobre, aluminio o niobio. Se suministran en estado recocido y se endurecen por envejecimiento térmico, lo que los hace adecuados para aplicaciones aeroespaciales, moldes de inyección y componentes estructurales de precisión.
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Comparación de propiedades mecánicas
Como puede observar en el siguiente gráfico, la dureza, la ductilidad, el control dimensional y la resistencia a la corrosión varían según el tipo de acero inoxidable.
Tratamientos térmicos de los aceros inoxidables
Cada tipo de acero inoxidable responde de manera distinta al tratamiento térmico de los aceros inoxidable, el cual se aplica para modificar sus propiedades mecánicas.
TRATAMIENTO | OBJETIVO | APLICACIÓN |
|---|---|---|
Temple y revenido | Endurecer y ajustar la tenacidad | Exclusivo para inoxidables martensíticos |
Envejecimiento térmico (precipitación) | Generar fases duras estables | Inoxidables PH |
Recocido | Ablandar el material y aliviar tensiones internas | Ferríticos, austeníticos y dúplex |
Trabajo en frío | Mejorar resistencia mecánica mediante deformación plástica | Especialmente en austeníticos |
Problemas de los aceros inoxidables ante la alta temperatura
El gran dolor de cabeza de los tratamentistas térmicos es que la alta temperatura puede estropear un inoxidable. Los problemas más comunes son:
Descarburación: el carbono superficial se combina con oxígeno, en lugar de quedar disponible para formar martensita. Resultado: pérdida de dureza.
Crecimiento de grano y distorsión: se reduce la tenacidad y aparecen tensiones internas que deforman la pieza.
Precipitación de carburos de cromo (sensibilización): el cromo se combina con el carbono en los bordes del grano, reduciendo la formación de óxido pasivo y, por tanto, la resistencia a la corrosión.
¿Existe alguna alternativa?
Si el objetivo es aumentar la dureza, la alternativa clásica sería elegir un inoxidable martensítico y aplicarle temple y revenido. Pero este proceso implica temperaturas por encima de 950 °C y enfriamientos bruscos, con riesgo de sensibilización y deterioro de la película pasiva.
Por eso, cuando la meta es reforzar la superficie sin comprometer la ductilidad del núcleo ni las propiedades anticorrosivas del material, vale la pena considerar los tratamientos termoquímicos, en especial, la nitruración.
Nitruración de los aceros inoxidables
A diferencia de los tratamientos térmicos, que dependen de calentamiento y enfriamiento controlados, la nitruración es un proceso termoquímico que introduce átomos de nitrógeno en la superficie para aumentar la dureza y la resistencia al desgaste.
Los tres métodos principales son:
Baño de sales: genera dureza, pero rompe la pasivación y deja residuos peligrosos.
Atmósfera gaseosa: viable, aunque difícil de controlar; puede generar nitruros de cromo y requiere post-oxidación.
Plasma: limpio, controlado, en vacío. Es la opción más adecuada para inoxidables.
La nitruración por plasma mejora la dureza sin sacrificar la propiedad más valiosa de los aceros inoxidables: su resistencia a la corrosión.
¿Qué hace diferente la nitruración por plasma?
Control de la temperatura
La primera gran diferencia está en el control de la temperatura. La capa pasiva de óxido de cromo empieza a degradarse entre 450 y 470 °C (842–878 °F). De los tres métodos, solo la nitruración por plasma puede operar de manera estable en el rango ferrítico de baja temperatura, entre 350 y 450 °C (662–842 °F) en aceros inoxidables austeníticos. Esto evita transformaciones de fase no deseadas, mantiene el cromo en solución sólida y protege la geometría original de la pieza. El riesgo de distorsión se reduce y, con él, la necesidad de rectificados posteriores.
Sputtering con argón
Otro rasgo distintivo está en el fenómeno de sputtering. Los gases de proceso típicos son hidrógeno y nitrógeno. El nitrógeno, por su tamaño atómico, se difunde en la red cristalina y endurece la superficie. El hidrógeno actúa como gas reductor: no penetra, pero “rebota” limpiando la superficie de impurezas, grasas y residuos.
En el caso de los inoxidables, se añade argón. Sus átomos pesados remueven de forma temporal la capa pasiva de óxido de cromo, lo que podría parecer un problema, pero en realidad abre el camino para que el nitrógeno difunda con mayor efectividad. El resultado es una capa nitrurada enriquecida, formada por la microestructura original y átomos de nitrógeno incrustados en ella, pero sin formar nitruros de cromo. Así se logra aumentar la dureza y, al mismo tiempo, conservar la resistencia a la corrosión.
Y no hay que preocuparse por la capa pasiva: al finalizar el proceso, el cromo libre en la superficie reacciona con el oxígeno del aire y regenera espontáneamente una nueva película protectora.
Fase expandida
Técnicamente, esta capa se conoce como fase expandida o S-phase (cuando se forma sobre austenita). Es una solución sólida sobresaturada de nitrógeno en la red cristalina. A diferencia de los nitruros precipitados, la fase expandida endurece la superficie sin comprometer la resistencia a la corrosión ni alterar la estructura interna del acero.
Proceso 'oxígeno-free'
Otra ventaja clave es que la nitruración por plasma se realiza en un entorno de vacío libre de oxígeno, lo que evita la formación de óxidos indeseados, mantiene la estabilidad química durante el tratamiento y asegura resultados repetibles.
Capa doblemente funcional
Finalmente, la capa obtenida es doblemente funcional. El proceso comienza con una limpieza profunda que elimina óxidos naturales y abre la superficie al nitrógeno. Una vez dentro, la forma en que este actúa depende de la temperatura: a más altas, se forman nitruros metálicos duros, excelentes contra el desgaste; a más bajas —especialmente en austeníticos— el nitrógeno se disuelve en la red cristalina y genera la austenita expandida o fase S.
Esta fase es una joya metalúrgica: combina alta dureza con excelente resistencia a la corrosión. No destruye la película pasiva de óxido de cromo; al contrario, la preserva. Así, lo que parecía imposible se vuelve realidad: endurecer la superficie sin destruir la esencia anticorrosiva del acero inoxidable.
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