miniatura|Diagrama ferro carboni a la zona dels acers L'acció de donar tremp a lacer és un tractament tèrmic al qual se sotmet l'acer (també aplicable a altres metalls), concretament a peces o masses metàl·liques ja conformades en el mecanitzat, per augmentar-ne la duresa, la resistència a esforços i la tenacitat. Per contra, també augmenta la fragilitat de la peça.Ira A. Fulton College of Engineering and Technology
En aquest tractament cal distingir dues fases. En la primera, s'escalfa l'acer a una temperatura aproximada de 915 °C, en què la perlita es converteix en austenita. En la segona, es refreda ràpidament (excepte alguns casos on el refredament és "lent", acers d'autotremp) la peça "al roig" en aigua, en oli, aire positiu o en altres fluids o sals. Després del tremp se sol fer un reveniment.
És un dels principals tractaments tèrmics que es realitzen. El que fa és disminuir i afinar la mida del gra de l'alineació de l'acer tractat. Es pretén l'obtenció d'una estructura totalment martensítica. Es basa a escalfar la peça a una temperatura compresa entre 700 °C i 1000 °C, per després refredar-la ràpidament controlant el temps d'escalfament i de refredament.
Cas de l'acer miniatura|upright|Transformacions al·lotròpiques del ferro pur. miniatura|upright|Tremp d'un acer C45 (acer no aliat amb 0,45% de carboni): paral·lelisme del diagrama ferro-carboni (esquerra) i els diagrames de transformació (lineal).
A baixa temperatura, l'acer és bifàsic en estat estable: està compost per vidres de ferro amb carboni en solució sòlida (estructura ferrítica o α) i vidres de carbur de ferro Fe3C. L'acer presenta una transformació al·lotròpica: és cúbic centrat a baixa temperatura (ferrita α) i cúbic centrat a les cares a alta temperatura (estructura austenítica o γ). Aquesta temperatura de transformació depèn del contingut de carboni; això està representat per la línia A3 del diagrama binari ferrocarboni. El temperat dels acers implica, per tant, un escalfament per sobre de la temperatura d'austenitització, mantenint aquesta temperatura durant el temps necessari per a la transformació de tota la massa, seguit d'un refredament fins a una temperatura determinada per evitar el retorn a una estructura equilibri.
En el domini austenític, el ferro té una estructura cúbica centrada a les cares (ferro γ) que té llocs intersticials més grans que a l'estructura cúbica centrada a les cares (ferro α), cosa que permet que el carboni es dissolgui molt millor en ferro γ que al ferro α. D'aquesta manera es dissolen els carburs de Fe3C (cementita i perlita) que es formen durant el refredament. Si ara el sotmetem a un refredament lent i en equilibri, es produirà precipitació de carburs i tornarem a l'estat inicial anterior a l'austenitització, cosa que no ens interessa perquè no haurem obtingut l'enduriment desitjat. En canvi, si el refredament es produeix a una velocitat força ràpida (regida per diferents variables que comentarem més endavant), els àtoms de carboni no tenen temps de difondre's, s'evita la precipitació; en conseqüència, quan els àtoms de ferro tornen a la configuració α, la matriu de ferro queda constreta pels àtoms de carboni. D'aquesta manera s'aconsegueix l'enduriment.
Aquest tractament de refredament transforma l'austenita en martensita, que té una duresa proporcional al contingut de carboni. Així mateix, depenent del contingut de carboni del material i de la velocitat de refredament, poden aparèixer altres fases com la bainita.
Els paràmetres principals d'un refredament són la taxa de components estranys dissolts al vidre, la velocitat de creuar la zona de canvi de varietat al·lotròpica, així com les proporcions de certs additius. Aquesta velocitat determinarà quina proporció del component intrús tindrà temps de migrar fora del vidre sota l'efecte de les tensions.
En el cas de l'acer, cal creuar contínuament la zona de temperatura de 900 a 723 °C, altrament es podria formar una forma determinada del metall. Si el pas de la zona de recristal·lització és massa lent, segueixen a l'interior de cada gra línies de potencials energètics corresponents a plans la geometria dels quals està lligada als plans de màxima compacitat del vidre, creant particularitats no anisòtropes i tornant fràgil la peça (estructura de Widmanstätten).
En el cas de determinats acers que contenen elements gammagènics (níquel, manganès, nitrogen), si la velocitat de refredament és molt alta (hiperrefredament), aconseguim conservar l'estructura austenítica a temperatura ambient (austenita metaestable). Aquest és particularment el cas dels acers inoxidables del tipus X2CrNi18-10 (304L), X5CrNi18-10 (304), X2CrNiMo17-12-2 (316L) i X5CrNiMo17-12-2 (316).
Aquest procés implica també la dissolució de precipitats d'elements d'aliatge que generalment tenen dimensions massa grans per obtenir finalment un enduriment òptim. Aquí és on el procés d'austenitització hi juga el paper principal. Aquesta temperatura s'ha de triar de manera que garanteixi una bona distribució dels elements d'aliatge, cosa que garanteix un enduriment uniforme. Per això és important, a l'hora de dissenyar peces destinades a ser temperades, assegurar-se que la peça tingui una forma uniforme, per evitar concentracions de material a determinades peces, que poden provocar problemes durant el tractament tèrmic.
Alhora, aquest enduriment provoca també efectes indesitjables, per exemple un augment de la fragilitat del material (menor resiliència). Per aquest motiu, després del temperat martensític sempre es realitza un revingut (almenys un revingut per alleujar tensions a uns 200 °C). Després del refredament bainític (o refredament isotèrmic), el temperat no és necessari.
Hi influeixen moltes variables en la qualitat i les propietats mecàniques de l'acer endurit i és important controlar-les totes:
la temperatura de refredament; temps de refredament; la velocitat de refredament; La composició química de l'acer.
A més, durant el refredament apareixen certs problemes que cal evitar o controlar en funció de la qualitat del producte final a obtenir. Durant l'escalfament, la temperatura a la peça no és uniforme (més càlida a la superfície i més freda a l'interior). Aquest gradient de temperatura provoca tensions internes que poden provocar deformacions elàstiques o fins i tot plàstiques.
Durant el refredament també es produeix un gradient de temperatura però en direcció oposada. La transformació al·lotròpica que analitzem anteriorment (ferro γ → ferro α) també implica deformació. En aquest moment assistim a una contracció important del volum. Cal parar molta atenció a aquest punt perquè en ser la deformació important pot provocar esquerdes a la superfície de la peça. La resistència a la compressió no és el mateix que la resistència a la tracció i, per tant, el risc d'esquerdament és diferent. Per això el risc és especialment present durant l'escalfament (genera forces de tracció a la superfície), però també hem de controlar el refredament (genera contraccions a la superfície). És el líquid de refredament (entre altres coses) el que determina la velocitat de refredament.
Un altre tipus de possible problema en fer un refredament són les reaccions amb l'atmosfera. Si l'acer entra en contacte amb l'aire, es pot produir descarburació i formació d'incrustacions de tipus calamina. L'acer pot estar exposat a aquestes condicions no només durant l'escalfament sinó també durant el refredament (l'aire lliure també és un mitjà de refredament). En conèixer els avantatges i els desavantatges del refredament amb aire, es pot decidir si és millor triar un líquid de refredament que no tingui aquests efectes i assumeixi els costos. Aquests són alguns arguments que justifiquen la importància que tenen els líquids de refredament en els processos de refredament. Per evitar problemes de descarburació, és possible tractar determinats acers aliats en forns de buit.
Vegeu també Tremp per refredament Procés de fabricació Tractament tèrmic Efecte Leidenfrost Austempering Vidre trempat
Referències
Fonts
Enllaços externs www.vtn.es/tratamientos-termicos/
Categoria:Processos industrials Categoria:Fabricació Categoria:Acer Categoria:Metal·lúrgia