thumb|Acero revenido a distintas temperaturas. Los distintos colores indican la temperatura que ha alcanzado el acero. Los tonos pálidos indican 204 °C y las tonalidades azules 337 °C.Light, its interaction with art and antiquities By Thomas B. Brill - Plenum Publishing 1980 Page 55Andrews, Jack (1994). New Edge of the Anvil: a resource book for the blacksmith. pp. 98–99 En la ciencia de los materiales, el templado es un tratamiento térmico consistente en el enfriamiento rápido de una pieza de trabajo en agua, aceite, polímero, aire u otros fluidos para obtener determinadas propiedades del material. Es un tipo de tratamiento térmico que impide que se produzcan procesos no deseados a baja temperatura, como las transformaciones de fase. Esto se consigue reduciendo el intervalo de tiempo durante el cual estas reacciones no deseadas son termodinámicamente favorables y cinéticamente accesibles; por ejemplo, el enfriamiento puede reducir el tamaño del grano de cristal de los materiales metálicos y plásticos, aumentando su dureza.
El templado se emplea para incrementar la dureza de las aleaciones de hierro. Es también una técnica para aumentar la dureza del vidrio.
El temple es un paso en el tratamiento térmico de los metales. La pieza de trabajo metálica se calienta y luego se enfría repentinamente. Según el metal y la aleación, el efecto del enfriamiento varía.
Acero: Al templar el acero, se puede formar una cierta estructura cristalina (martensita), que hace que el acero sea duro pero también quebradizo. Los parámetros del proceso, como la temperatura, el medio de enfriamiento y la duración del tratamiento, difieren según la composición del acero.
Metales no ferrosos: Las aleaciones no ferrosas (particularmente las aleaciones de aluminio tratables térmicamente), por otro lado, se vuelven más blandas y más maleables a través del recocido por enfriamiento rápido (más precisamente: recocido de homogeneización). Incluso el cobre, cuando se ha vuelto duro y quebradizo debido al trabajo en frío, puede endurecerse y volverse libre de incrustaciones mediante un recocido de recuperación (recocido de recristalización) seguido de un enfriamiento rápido.
Para los metales, el templado se realiza generalmente después de endurecer para aumentar la dureza, y se realiza calentando el metal a una temperatura mucho más baja que la utilizada para el endurecimiento. La temperatura exacta determina que dureza se alcanza, y depende tanto de la composición específica de la aleación como de las propiedades deseadas en el producto terminado. Por ejemplo, las herramientas muy duras a menudo se templan a bajas temperaturas, mientras que los resortes se templan a temperaturas mucho más altas. Para aumentar la dureza del vidrio, el templado se realiza calentando y luego enfriando rápidamente la superficie del vidrio.
Historia Existen pruebas del uso de procesos de templado por parte de los herreros que se remontan a mediados de la Edad del Hierro, pero existe poca información detallada relacionada con el desarrollo de estas técnicas y los procedimientos empleados por los primeros herreros. Aunque los primeros herreros debieron darse cuenta rápidamente de que los procesos de enfriamiento podían afectar a la resistencia y fragilidad del hierro, y puede afirmarse que el tratamiento térmico del acero era conocido en el Viejo Mundo desde finales del segundo milenio a. C., es difícil identificar usos deliberados del templado arqueológicamente. Además, parece que, al menos en Europa, "el templado y el revenido por separado no parecen haberse hecho comunes hasta el siglo XV"; por lo tanto, es útil distinguir entre el "templado completo" del acero, en el que el templado es tan rápido que sólo se forma martensita, y el "templado flojo", en el que el templado es más lento o interrumpido, lo que también permite la formación de perlita y da lugar a un producto menos quebradizo.
Los primeros ejemplos de acero templado pueden proceder de la antigua Mesopotamia, con un ejemplo relativamente seguro de un cincel templado del procedente de Al Mina, en Turquía. El libro 9, líneas 389-94 de la Odisea de Homero es ampliamente citado como una temprana, posiblemente la primera, referencia escrita al enfriamiento: como cuando un hombre que trabaja como herrero sumerge la hoja de una gran hacha o azuela gritando en agua fría, tratándola para templarla, ya que así es como se hace fuerte el acero, así también el ojo de Cíclope chisporroteó sobre el haz de la aceituna.. Sin embargo, no está fuera de duda que el pasaje describe un temple deliberado, en lugar de un simple enfriamiento.P. R. S. Moorey, Ancient Mesopotamian Materials and Industries: The Archaeological Evidence (Winona Lake, Indiana: Eisenbrauns, 1999), p. 284. Asimismo, existe la posibilidad de que el Mahabharata''' se refiera al templado en aceite de puntas de flecha de hierro, pero las pruebas son problemáticas.R. K. Dube, 'Ferrous Arrowheads and Their Oil Quench Hardening: Some Early Indian Evidence', JOM: The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society, 60.5 (mayo de 2008), 25-31.
Plinio el Viejo abordó el tema de los agentes de enfriamiento, distinguiendo el agua de diferentes ríos.John D. Verhoeven, Steel Metallurgy for the Non-Metallurgist (Materials Park, Ohio: ASM International, 2007), p. 117. En los capítulos 18-21 del De diversis artis del de Theophilus Presbyter se menciona el templado, recomendando entre otras cosas que las herramientas también se templen más duramente en la orina de un niño pequeño y pelirrojo que en agua ordinaria. Uno de los primeros tratados más completos sobre el templado es el primer libro occidental impreso sobre metalurgia, Von Stahel und Eysen, publicado en 1532, que es característico de los tratados técnicos de finales de la Edad Media.
El estudio científico moderno del enfriamiento comenzó a cobrar verdadero impulso a partir del , siendo un paso importante la discusión guiada por la observación de Giambattista della Porta en su Magia Naturalis'' de 1558.J. Vanpaemel. HISTORIA DEL ENDURECIMIENTO DEL ACERO: CIENCIA Y TECNOLOGÍA. Journal de Physique Colloques, 1982, 43 (C4), pp. C4-847-C4-854. DOI:10.1051/jphyscol:19824139; https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00222126.
Endurecimiento por templado
miniatura|Coque empujado hacia un carro de enfriamiento, en los altos hornos Hanna de Great Lakes Steel Corporation, Detroit, Míchigan, noviembre de 1942.
El endurecimiento por enfriamiento rápido es un proceso mecánico en el que el acero y las aleaciones de hierro fundido se refuerzan y endurecen. Esto se hace calentando el material a una cierta temperatura, dependiendo del material. Esto produce un material más duro ya sea mediante el endurecimiento de la superficie o el endurecimiento total, variando la velocidad a la que se enfría el material. A continuación, el material se templa a menudo para reducir la fragilidad que puede aumentar debido al proceso de templado. Los elementos que pueden templarse incluyen engranajes, ejes y bloques de desgaste.
Propósito Antes del endurecimiento, los aceros fundidos y el hierro tienen una estructura de grano perlítico uniforme y laminar (o en capas) . Se trata de una mezcla de ferrita y cementita que se forma cuando el acero o el hierro fundido se fabrican y enfrían a un ritmo lento. La perlita no es un material ideal para muchas aplicaciones comunes de aleaciones de acero, ya que es bastante blanda. Al calentar la perlita más allá de su temperatura de transición eutectoide de 727 °C y luego enfriar rápidamente, parte de la estructura cristalina del material se puede transformar en una estructura mucho más dura conocida como martensita. Los aceros con esta estructura martensítica se utilizan a menudo en aplicaciones en las que la pieza de trabajo debe ser muy resistente a la deformación, como el filo de las hojas. Esto es muy eficaz.
Proceso El proceso de enfriamiento es una progresión que comienza con el calentamiento de la muestra. La mayoría de los materiales se calientan entre 815 y 900 °C , prestando especial atención a mantener uniformes las temperaturas en toda la pieza de trabajo. Minimizar el calentamiento desigual y el sobrecalentamiento es clave para impartir las propiedades deseadas del material.
El segundo paso en el proceso de enfriamiento es el remojo. Las piezas de trabajo se pueden remojar en aire (horno de aire), en un baño de líquido o en una aspiradora. La asignación de tiempo recomendada en baños de sal o plomo es de hasta 6 minutos. Los tiempos de remojo pueden variar un poco más en vacío. Al igual que en la etapa de calentamiento, es importante que la temperatura en toda la muestra permanezca lo más uniforme posible durante el remojo.
Una vez que la pieza de trabajo ha terminado de empaparse, pasa al paso de enfriamiento. Durante este paso, la pieza se sumerge en algún tipo de fluido de enfriamiento; diferentes fluidos de temple pueden tener un efecto significativo en las características finales de una pieza templada. El agua es uno de los medios de enfriamiento más eficientes donde se desea la máxima dureza, pero existe una pequeña posibilidad de que pueda causar distorsión y pequeñas grietas. Cuando se puede sacrificar la dureza, a menudo se utilizan aceites minerales. Estos fluidos a base de aceite a menudo se oxidan y forman un lodo durante el enfriamiento, lo que en consecuencia reduce la eficiencia del proceso. La velocidad de enfriamiento del aceite es mucho menor que la del agua. Se pueden obtener velocidades intermedias entre el agua y el aceite con un inactivador formulado con un propósito, una sustancia con una solubilidad inversa que, por lo tanto, se deposita sobre el objeto para reducir la velocidad de enfriamiento.
El enfriamiento también se puede lograr usando gases inertes, como nitrógeno y gases nobles. El nitrógeno se usa comúnmente a una presión superior a la atmosférica que varía hasta 20 bar absolutos. También se utiliza helio porque su capacidad térmica es mayor que la del nitrógeno. Alternativamente, se puede usar argón; sin embargo, su densidad requiere mucha más energía para moverse y su capacidad térmica es menor que las alternativas. Para minimizar la distorsión en la pieza de trabajo, las piezas de trabajo cilíndricas largas se templan verticalmente; las piezas de trabajo planas se templan en el borde; y las secciones gruesas deben ingresar primero al baño. Para evitar burbujas de vapor.
A menudo, después del enfriamiento, una aleación de hierro o acero será excesivamente dura y quebradiza debido a una sobreabundancia de martensita. En estos casos, se realiza otra técnica de tratamiento térmico conocida como revenido en el material templado para aumentar la tenacidad de las aleaciones a base de hierro . El revenido generalmente se realiza después del endurecimiento , para reducir parte del exceso de dureza , y se realiza calentando el metal a una temperatura por debajo del punto crítico durante un cierto período de tiempo, luego dejándolo enfriar en aire en calma.
Mecanismo de eliminación de calor durante el enfriamiento
El calor se elimina en tres etapas particulares:
Etapa A: Se forman burbujas de vapor sobre el metal y comienza a enfriarse. Durante esta etapa, debido al efecto Leidenfrost, el objeto queda completamente rodeado de vapor que lo aísla del resto del líquido.
Etapa B: enfriamiento por transporte de vapor Una vez que la temperatura haya bajado lo suficiente, la capa de vapor se desestabilizará y el líquido podrá entrar en contacto completamente con el objeto y el calor se eliminará mucho más rápidamente.
Etapa C: refrigeración líquida Esta etapa ocurre cuando la temperatura del objeto está por debajo del punto de ebullición del líquido.
Templado con transformación alotrópica