5140 ACERO DE ALEACIÓN | 1.7035 | 41CR4 | SCR440

3. Procesos clave de tratamiento térmico para el acero de aleación 5140

Varios establecidos tratamiento térmico Se pueden aplicar procesos al acero de aleación 5140 para modificar su microestructura y, en consecuencia, sus propiedades físicas y mecánicas. Estos tratamientos incluyen el recocido, el normalizado, el temple y revenido, el austemperado y el temple por inducción.

3.1 Recocido de acero de aleación 5140

Recocido Se emplea principalmente para ablandar el acero de aleación 5140, mejorando su maquinabilidad y formabilidad.

• Proceso: Esto implica calentar el acero a un rango de temperatura de 815 °C a 870 °C (1500 °F a 1600 °F), manteniéndolo a esta temperatura durante un tiempo adecuado, seguido de un proceso de enfriamiento lento, normalmente enfriamiento en horno.
• Resultado: Este tratamiento tiene como objetivo producir una microestructura de carburos predominantemente perlíticos o esferoidizados dentro de una matriz ferrítica. La dureza máxima alcanzable tras el recocido del acero 5140 en este rango es de aproximadamente 187 HB. Este estado ablandado, caracterizado por su microestructura específica, es ideal para operaciones de fabricación posteriores gracias a su mejor maquinabilidad y conformabilidad.

3.2 Normalización del acero de aleación 5140

La normalización es un proceso de tratamiento térmico que se utiliza para refinar la estructura del grano del acero de aleación 5140, creando una microestructura más uniforme y homogénea.

• Proceso: Se trata de calentar el acero a una temperatura superior a su punto de transformación crítico superior (Ac3) y luego enfriarlo en aire quieto.
• Resultado: Este tratamiento produce un tamaño de grano más fino y uniforme, lo que puede mejorar la resistencia y tenacidad del acero. La normalización se realiza a menudo como paso preparatorio antes de tratamientos térmicos posteriores, como el temple y el revenido, lo que garantiza una respuesta consistente y óptima al procesamiento térmico posterior.

3.3 Endurecimiento y revenido del acero de aleación 5140

Temple y revenido (a menudo denominado temple y templado) es un tratamiento térmico crítico para el acero de aleación 5140 para desarrollar su equilibrio óptimo de resistencia, dureza y tenacidad.

• Proceso de endurecimiento: Esto implica la austenitización del acero, generalmente mediante calentamiento a unos 840 °C (o según las necesidades específicas de la aplicación), seguido de un enfriamiento rápido (temple) en un medio adecuado (p. ej., aceite o agua). El objetivo es transformar la austenita en una estructura martensítica o bainítica dura, que proporciona la alta dureza inicial.

• Templabilidad: El acero aleado 5140 presenta una buena templabilidad, superior a la de aceros al carbono simples como el 1040, especialmente al alcanzar dureza transversal en secciones de hasta aproximadamente 40 mm de diámetro tras el temple en agua. Por ejemplo, una muestra de 5140 de 15 mm de diámetro muestra una dureza constante en toda su sección transversal debido a la formación de martensita, una característica que se mantiene incluso en muestras de 40 mm de diámetro en condiciones de temple similares. Sin embargo, su templabilidad es generalmente inferior a la de grados de mayor aleación, como 4140 o 4340Esto debe tenerse en cuenta al tratar secciones muy grandes donde lograr una dureza uniforme es fundamental, ya que las alternativas de mayor aleación pueden ofrecer un endurecimiento más profundo.

• Proceso de templado: Tras el temple, el acero es extremadamente duro, pero a menudo demasiado frágil para la mayoría de las aplicaciones. El revenido consiste en recalentar el acero templado a una temperatura específica inferior a su temperatura crítica inferior (Ac1), normalmente entre 175 °C y 705 °C (350 °F y 1300 °F). La temperatura de revenido elegida determina el equilibrio final de las propiedades.
• Resultado: El revenido reduce la dureza y la resistencia en cierta medida, pero aumenta significativamente la ductilidad y la tenacidad, aliviando las tensiones internas inducidas durante el temple. Este proceso permite un control preciso de las propiedades mecánicas finales de los componentes de acero de aleación 5140, adaptándolos a las exigencias específicas del servicio.

3.4 Acero de aleación 5140 austemperado

El acero de baja aleación 5140 se considera adecuado para el austemperado, un proceso de transformación isotérmica que produce una microestructura bainítica.

• Proceso: El austenizado consiste en templar el acero desde su temperatura de austenización directamente a una temperatura superior a la temperatura de inicio de la martensita (Ms), pero inferior al rango de formación de perlita (normalmente dentro de la zona de transformación de la bainita). El acero se mantiene a esta temperatura hasta que la austenita se transforma completamente en bainita. En el acero 5140, esta transformación a bainita se completa generalmente en un plazo de 1 a 10 minutos a temperaturas de entre 315 °C y 400 °C (600 °F y 750 °F).
• Resultado: Este proceso da como resultado una microestructura bainítica, conocida por su excelente combinación de resistencia, tenacidad y ductilidad, a menudo con una distorsión reducida en comparación con el temple y revenido convencionales. La composición del acero de aleación 5140 permite el austemperizado en tamaños de sección más grandes en comparación con los aceros al carbono simples como el 1080, debido al mayor tiempo disponible para evitar la formación de perlita durante el enfriamiento.

3.5 Endurecimiento por inducción del acero de aleación 5140

Para aplicaciones que exigen alta dureza superficial y resistencia al desgaste, junto con un núcleo tenaz, el acero de aleación 5140 puede templarse eficazmente por inducción. Este proceso se realiza generalmente después de un tratamiento inicial de temple y revenido para obtener las propiedades deseadas del núcleo.

• Proceso: El endurecimiento por inducción es una técnica de endurecimiento superficial que utiliza inducción electromagnética para calentar rápidamente la capa superficial del acero por encima de su temperatura de transformación, seguido de un enfriamiento inmediato.
• Resultado: Esto crea una capa superficial dura, manteniendo al mismo tiempo las propiedades beneficiosas predefinidas (como la tenacidad o la alta resistencia) del núcleo. Para el acero de aleación 5140 (a menudo agrupado con el 4140 por esta característica), el temple por inducción puede alcanzar profundidades de capa de 1,0 mm a 2,0 mm, con resistencias del núcleo que suelen oscilar entre 100 y 140 kgf/mm², dependiendo del diámetro del componente y los parámetros específicos del proceso. Esta característica de doble propiedad resulta muy ventajosa para componentes sometidos a desgaste superficial y tensiones en el núcleo.

3.6 Resumen de las opciones de tratamiento térmico para el acero de aleación 5140

Para brindarle una descripción general clara, la siguiente tabla resume los procesos clave de tratamiento térmico para el acero de aleación 5140: