Medición y prevención de la descarburación en el acero

Reforzar las piezas de acero mediante un tratamiento térmico conlleva sus riesgos.
Uno de estos riesgos es la descarburación, que puede debilitar las piezas de acero y hacer que corran un mayor riesgo de fallo durante su servicio. Hay incluso una norma industrial...ASTM E1077- dedicado a la medición de la profundidad de descarbonización.
La prevención de la descarburación en el acero requiere que los metalúrgicos y sus clientes presten atención a los detalles.

¿Qué ocurre durante la descarbonización?

La descarburación se produce durante la interacción entre los átomos de carbono del acero y la atmósfera de un horno de atmósfera endotérmica. Es esencialmente lo contrario de la carburación: el carbono se extrae del material ferroso en lugar de introducirse en él.
Ocurre cuando el contenido de carbono dentro del horno no se controla adecuadamente. Cuando las condiciones no son las adecuadas, los átomos de carbono de una pieza de acero se difunden hacia el exterior a través de su superficie. La descarburación puede producirse durante la fabricación antes del tratamiento térmico y también como resultado de los procesos de tratamiento térmico.
Entre las piezas en las que suele observarse la descarburación antes del tratamiento térmico se encuentran las piezas de fundición a la cera perdida, las piezas forjadas y fundidas y los aceros de medio carbono procedentes de barras laminadas en caliente.

Las piezas de fundición a la cera perdida pueden presentar una descarburación importante derivada de las condiciones deficientes de los equipos de fundición, pero esto puede invertirse durante el tratamiento térmico con una restauración de carbono.
En el caso de las piezas forjadas, fundidas y en barra, la descarburación puede eliminarse mediante el mecanizado o la restauración del carbono.

¿Qué puede salir mal?

Así como añadir carbono al acero lo hace más fuerte, quitarlo lo hace más débil.
La superficie de una pieza es la más afectada durante la descarburación. Como el carbono se extrae a través de la superficie, el resultado es una pieza con menos contenido de carbono cerca de la superficie en comparación con el núcleo.
Con menos carbono en la superficie, una pieza se vuelve menos resistente a la tensión. Las piezas que se enfrentan a fuerzas extremas de rotación o alternancia -pernos estructurales, por ejemplo- son propensas a fallar si se produce la descarburación. La descarburación también supone un enfriamiento añadido riesgos de fracturación para piezas de aleaciones más endurecidas.
Normalmente, la descarburación durante el tratamiento térmico se produce cuando el carbono no se controla adecuadamente en el horno. El control del carbono no es fácil, por lo que es fundamental que los hornos se supervisen siempre y se calibren con regularidad para garantizar el máximo rendimiento.

Métodos de ensayo de descarburación

Dado que la descarburación le quita una parte de su resistencia, los metalúrgicos pueden medir esa pérdida utilizando algunos de los mismos métodos de ensayo de dureza utilizado para medir la dureza de la superficie de la pieza.
Por ejemplo, la profundidad y el alcance de la descarburación pueden determinarse mediante un ensayo de microdureza Knoop. La dureza se mide a profundidades cada vez mayores perpendiculares a la superficie de la pieza hasta que se observa una dureza constante.
La medición de la profundidad de descarburación también puede realizarse con metalógrafos. Los metalógrafos utilizan estos potentes microscopios para observar y medir a qué profundidad de la superficie se ha producido la pérdida de carbono.

Prevención de la descarbonización

En algunos casos, el daño causado por la descarburación puede deshacerse mediante una restauración del carbono. Esto implica volver a introducir una pieza en el horno con la atmósfera calibrada para reemplazar el carbono que se extrajo anteriormente.
Pero es más fácil y menos costoso prevenir la descarburación, y tanto los tratadores térmicos como sus clientes pueden trabajar juntos para lograrlo.

Para los fabricantes, es importante conocer las piezas con alto riesgo de descarburación. Las piezas de fundición a la cera perdida y, en menor medida, las piezas de barra laminadas en caliente suelen presentar descarburación antes del tratamiento térmico. Las virutas presentes en estas piezas antes del tratamiento térmico deben mecanizarse para evitar la descarburación.
A continuación, la carga se traslada a los tratadores térmicos. Garantizar la calibración y el control correctos de los equipos de tratamiento térmico es fundamental.
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