Elegir el acero adecuado para la manufactura de partes de máquinas que estarán sometidas a esfuerzos mecánicos de tensión pura y cizalladura, se deben tener en cuenta las condiciones de carga y la fatiga del material durante los ciclos de trabajo. Conozca los aceros de temple directo para aumentar la vida útil de sus piezas.
Las cargas de tensión pura y cizalladura provocan esfuerzos máximos, tanto en superficie como en el núcleo de los elementos de máquinas. Por ello, los aceros que se deben elegir para soportar dicho tipo de esfuerzos deben tener resistencia mecánica desde la superficie hasta el núcleo, la cual está dada por una microestructura de al menos 90 % de martensita.
Los aceros que pueden desplegar esta condición son los aceros previamente denominados como aceros de temple, es decir, los de medio y alto contenido de carbono.
Es necesario decir ahora que los aceros que responden adecuadamente a estos esfuerzos son los de medio carbono empleados como aceros de temple directo, pues los de alto carbono se reservan para trabajar en elementos que requieren alta elasticidad, como resortes o para aplicaciones especiales, tales como herramientas de corte.
Principio general para selección de aceros de temple directo
Temple directo es un tratamiento térmico que no cambia la composición química de la superficie. Y se emplea para adecuar las propiedades mecánicas de los aceros que se seleccionan para contrarrestar las cargas de tensión pura y cizalladura.
Inicialmente, el objetivo del método es encontrar el porcentaje de carbono del acero que pueda cumplir con las condiciones que exige el diseño de un elemento de máquina. Si el acero con ese porcentaje de carbono se queda corto, se debe acudir a seleccionar aceros que contienen elementos de aleación que mejoren su capacidad de endurecimiento hasta el núcleo de la pieza. En otras palabras, seleccionar un acero de mayor templabilidad que el acero al carbono.
Relación entre contenido de carbono y dureza
En el tema de los aceros de construcción para elementos de máquinas, los requerimientos mínimos en ingeniería necesitan un conocimiento de la interrelación entre resistencia, dureza, contenido de carbono y microestructura. La dureza y la microestructura en un acero tratado térmicamente dependen de la composición química y de la severidad del temple (velocidad del enfriamiento en el temple).
En la práctica del día a día del tratamiento térmico, se debe saber que el comportamiento de un elemento de máquina, es óptimo en la combinación de resistencia y tenacidad cuando la microestructura tiene al menos un 95% de martensita revenida.
Esta premisa debe ser una condición del diseño de elementos de máquinas y se debe cumplir al menos en los sectores críticos de ellos.
Determinación del contenido mínimo de carbono y la dureza necesaria cuando se conoce el límite elástico o la resistencia a la tensión de un acero.
Descargar Tabla de Contenido mínimo de carbono en PDF:
En esta figura se relaciona el límite elástico con la dureza obtenida en un temple en el que se obtiene 95 % de martensita a través de toda la sección de la pieza. Esta figura es útil para determinar el contenido de carbono mínimo y la dureza necesaria cuando se conoce el límite elástico de un elemento de máquina.
El límite elástico es una condición que se obtiene del diseño de la pieza, de acuerdo con los esfuerzos a los que esté sometida. En este diseño se conoce que el límite elástico necesario es de 200.000 psi (Punto 1). Con este valor se va hacia la derecha hasta intersectar la curva y se desciende hasta el punto 2, donde intersecta la abscisa de la dureza en 47 HRc. Esta es la dureza de la pieza ya templada y revenida.
Al hacer uso de esta figura, se recomienda que la dureza de temple sea al menos 5 puntos HRc mayor que la dureza de temple y revenido. Para el ejemplo: 52 HRc, punto 3. Y desde este punto se sube hasta la escala de “% mínimo de carbono”, que para el caso es de 0.4%, en el punto 4.
Una vez conocidos los requerimientos de dureza y microestructura y seleccionado el porcentaje de carbono, el ingeniero de materiales puede determinar cuál es la mejor forma de obtener estas cualidades.
El medio de enfriamiento usado en el tratamiento térmico determina la aleación necesaria para obtener la templabilidad requerida.
Adaptado por: Ing. Jose Domingo Guerra, para TRATAR SAS