TRATAMIENTO TÉRMICO
El tratamiento térmico es un proceso térmico controlado que permite modificar la microestructura metalúrgica del acero para obtener las propiedades mecánicas requeridas. Dependiendo del proceso utilizado, el tratamiento térmico puede mejorar la resistencia, la dureza, la tenacidad, la resistencia al desgaste y el comportamiento de un elemento de fijación a temperaturas elevadas.
PROCESOS DE TRATAMIENTO TÉRMICO DE UN VISTAZO
El proceso de tratamiento térmico adecuado depende de la composición del acero, las dimensiones del elemento de fijación, la clase de resistencia requerida y la aplicación prevista.
| Proceso | Temperatura o método aproximado | Objetivo | Aplicaciones habituales en elementos de fijación |
|---|---|---|---|
| Recocido | Justo por debajo de 721°C | Ablanda y esferoidiza el acero para facilitar su conformado | Alambrón y piezas en bruto antes de la conformación en frío |
| Normalizado | 800–920°C, seguido de enfriamiento al aire | Refina una estructura de grano grueso tras el trabajo en caliente | Piezas en bruto laminadas o forjadas en caliente |
| Alivio de tensiones | 550–650°C | Reduce las tensiones residuales generadas durante la conformación en frío | Elementos de fijación conformados en frío de clases de resistencia inferiores, cuando se especifique |
| Temple | Generalmente por encima de 800°C, seguido de enfriamiento rápido | Forma una microestructura martensítica dura | Primera fase del temple y revenido |
| Revenido | Aproximadamente 200–650°C | Reduce la fragilidad y ajusta la dureza y la tenacidad | Se realiza después del temple |
| Temple y revenido | Calentamiento y temple, seguidos de revenido a aproximadamente 340–650°C | Combina una alta resistencia con suficiente tenacidad y ductilidad | Clases de resistencia 8.8, 10.9 y 12.9 |
| Cementación | Atmósfera rica en carbono, seguida de endurecimiento | Crea una superficie dura y resistente al desgaste con un núcleo más tenaz | Tornillos autorroscantes, formadores y cortadores de rosca, tornillos para aglomerado y determinados tornillos autoperforantes |
| Temple por inducción | Calentamiento localizado por inducción de alta frecuencia, seguido de enfriamiento rápido | Proporciona dureza y resistencia al desgaste localizadas | Varillas roscadas y componentes especiales |
Nota: Las temperaturas son orientativas. El ciclo exacto depende de la composición del acero, las dimensiones del elemento de fijación, el equipo utilizado, las propiedades requeridas y la norma de producto aplicable.
RECOCIDO
El acero se mantiene durante varias horas a una temperatura justo por debajo de 721°C y después se deja enfriar lentamente. Durante este proceso, la estructura cambia de perlita laminar dura a perlita globular o esferoidizada más blanda. Esto produce un estado del material especialmente adecuado para la estampación en frío y otras operaciones de conformado.
NORMALIZADO (RECRISTALIZACIÓN)
El acero se calienta a una temperatura comprendida aproximadamente entre 800°C y 920°C durante un periodo controlado y después se enfría al aire. Este tratamiento refina la estructura de grano grueso que puede producirse como resultado de procesos como el laminado o la forja en caliente. La reducción del tamaño de grano puede mejorar el límite elástico y la resistencia al impacto sin reducir significativamente la resistencia a la tracción.
ALIVIO DE TENSIONES
La conformación en frío introduce tensiones residuales y endurecimiento por deformación en el material. El calentamiento de los elementos de fijación de acero a una temperatura aproximada de entre 550°C y 650°C durante un periodo controlado permite reducir gran parte de estas tensiones residuales. A continuación, los elementos se enfrían lenta y uniformemente para evitar la creación de nuevas tensiones térmicas. Dependiendo del material y del proceso de fabricación, este tratamiento puede aplicarse a determinados elementos de fijación conformados en frío de clases de resistencia inferiores.
TEMPLE
Cuando un acero con suficiente contenido de carbono se calienta por encima de su temperatura crítica de transformación —con frecuencia por encima de 800°C en los aceros utilizados para elementos de fijación— y después se enfría rápidamente en aceite, agua u otro medio adecuado, puede formarse una microestructura martensítica dura pero frágil.
La dureza obtenida depende del contenido de carbono, la composición de la aleación, la sección del material y la velocidad de enfriamiento. Los elementos de fijación delgados fabricados con un acero al carbono adecuado pueden endurecerse hasta el núcleo. En diámetros mayores, el calor no puede extraerse del núcleo con la misma rapidez. Por ello, pueden añadirse elementos de aleación como boro, manganeso, cromo, níquel y molibdeno para aumentar la templabilidad.
El aceite se utiliza habitualmente para templar elementos de fijación porque proporciona una velocidad de enfriamiento más controlada que el agua. El agua enfría de forma más agresiva, pero puede aumentar el riesgo de deformaciones y grietas de temple.
REVENIDO
A medida que aumenta la dureza, también aumentan las tensiones de temple y la fragilidad. Por ello, después del temple debe realizarse lo antes posible un segundo tratamiento térmico, conocido como revenido. A temperaturas de hasta aproximadamente 200°C, la fragilidad solo disminuye ligeramente y la dureza se conserva en gran medida. A temperaturas de revenido más elevadas, se reducen las tensiones internas y la dureza, mientras que mejoran la tenacidad y la ductilidad.
TEMPLE Y REVENIDO
El temple y revenido es un proceso combinado en el que al calentamiento y enfriamiento rápido les sigue un revenido a alta temperatura, normalmente dentro de un intervalo aproximado de 340°C a 650°C. Es uno de los tratamientos térmicos más importantes para los elementos de fijación de alta resistencia. El proceso proporciona un equilibrio entre una elevada resistencia a la tracción y un alto límite elástico, junto con la tenacidad necesaria para soportar cargas externas y dinámicas. Las clases de resistencia 8.8, 10.9 y 12.9 se fabrican mediante un proceso controlado de temple y revenido conforme a los requisitos aplicables.
CLASES DE RESISTENCIA DE LOS ELEMENTOS DE FIJACIÓN Y TRATAMIENTO TÉRMICO
Las clases de resistencia definen unos requisitos mecánicos mínimos, pero no establecen una única calidad comercial de acero obligatoria. El material y el proceso de fabricación se seleccionan para alcanzar las propiedades mecánicas y físicas requeridas.
| Clase de resistencia | Proceso o tratamiento térmico habitual | Resistencia mínima a la tracción Rm (MPa) | Familia de materiales habitual |
|---|---|---|---|
| 4.6 | Normalmente no se templa ni se reviene; el proceso se selecciona para cumplir las propiedades especificadas | 400 | Acero de bajo contenido en carbono |
| 4.8 | Normalmente no se templa ni se reviene; puede utilizarse conformación en frío o alivio de tensiones | 420 | Acero de bajo contenido en carbono |
| 5.6 | Normalmente no se templa ni se reviene; el proceso se selecciona para cumplir las propiedades especificadas | 500 | Acero al carbono |
| 5.8 | Normalmente no se templa ni se reviene; puede utilizarse conformación en frío o alivio de tensiones | 520 | Acero de bajo contenido en carbono o acero al carbono |
| 6.8 | Normalmente no se templa ni se reviene; el proceso se selecciona para cumplir las propiedades especificadas | 600 | Acero al carbono |
| 8.8, d ≤ 16 mm | Templado y revenido | 800 | Acero al carbono o acero aleado con boro |
| 8.8, d > 16 mm | Templado y revenido | 830 | Acero aleado con boro u otro acero aleado |
| 10.9 | Templado y revenido | 1.040 | Acero de contenido medio en carbono, acero aleado con boro o acero aleado |
| 12.9 | Templado y revenido | 1.220 | Acero aleado |
Nota: Los valores mínimos de resistencia a la tracción se basan en la norma ISO 898-1 para los tornillos, pernos y espárragos aplicables de acero al carbono y acero aleado ensayados a temperatura ambiente. Las calidades de los materiales, la composición química y los procesos de fabricación pueden variar según el fabricante, las dimensiones del elemento de fijación y la especificación del producto.
CEMENTACIÓN
La cementación es un proceso de enriquecimiento superficial con carbono que se lleva a cabo en una atmósfera rica en este elemento. El carbono se difunde en la superficie exterior del componente calentado y forma una capa fina que puede endurecerse para proporcionar una elevada resistencia al desgaste, mientras que el núcleo permanece más tenaz y dúctil. La cementación se utiliza habitualmente en tornillos autorroscantes, formadores y cortadores de rosca, tornillos para aglomerado y determinados tornillos autoperforantes. Entre los tratamientos relacionados se incluyen la carbonitruración, la nitruración en baño de sales y la nitruración gaseosa.
TEMPLE POR INDUCCIÓN
Para aplicaciones especiales, puede generarse una capa resistente al desgaste calentando rápidamente una zona seleccionada mediante una bobina de inducción de alta frecuencia, sin contacto directo con la pieza. A continuación, la zona calentada se enfría rápidamente en aceite, agua u otro medio controlado.
El temple por inducción se utiliza cuando únicamente una parte de un componente necesita una mayor dureza y resistencia al desgaste. También puede resultar adecuado para componentes largos, como las varillas roscadas. El gráfico siguiente muestra la relación entre el contenido de carbono del acero, las temperaturas de tratamiento térmico, las categorías de acero y las propiedades mecánicas resultantes.
PREGUNTAS FRECUENTES SOBRE EL TRATAMIENTO TÉRMICO
¿Por qué los tornillos de alta resistencia de las clases 8.8, 10.9 y 12.9 deben templarse y revenirse?
El temple forma la estructura martensítica dura necesaria para obtener una elevada resistencia, pero el elemento de fijación resulta demasiado frágil en su estado inmediatamente posterior al temple. Por ello, se realiza a continuación el revenido para reducir las tensiones internas y recuperar la tenacidad, conservando la mayor parte de la resistencia. La combinación de ambos procesos proporciona el equilibrio requerido entre resistencia a la tracción, límite elástico y ductilidad para las uniones atornilladas de alta resistencia.
¿Cuál es la diferencia entre la cementación y el endurecimiento en toda la sección?
El endurecimiento en toda la sección modifica la microestructura en todo el diámetro del elemento de fijación, normalmente mediante temple y revenido. La cementación únicamente crea una capa exterior fina, dura y resistente al desgaste, mientras que el núcleo permanece más tenaz y dúctil. Este tratamiento se utiliza habitualmente en tornillos autorroscantes, formadores y cortadores de rosca, tornillos para aglomerado y determinados tornillos autoperforantes.
¿Puede revertirse un tratamiento térmico?
Un tratamiento térmico no puede revertirse de forma sencilla garantizando la recuperación de las propiedades originales. El recocido puede ablandar un acero endurecido, tras lo cual puede aplicarse un nuevo ciclo de tratamiento térmico controlado. Sin embargo, el crecimiento del grano, la descarburación, la deformación y los procesos anteriores pueden afectar al resultado final. La soldadura o el calentamiento no controlado pueden reducir la resistencia de un elemento de fijación tratado térmicamente y solo deben realizarse cuando estén expresamente permitidos mediante un procedimiento aprobado.
¿Cómo puedo saber si mis elementos de fijación se han tratado térmicamente de forma correcta?
Las marcas de la cabeza indican la clase de resistencia declarada y el fabricante, pero no demuestran por sí solas que un lote de producción concreto haya recibido el tratamiento térmico correcto. La verificación puede incluir ensayos de dureza, ensayos de tracción, análisis químicos y exámenes metalográficos. El laboratorio acreditado de Fabory puede evaluar las propiedades mecánicas y la microestructura.
¿Afecta el tratamiento térmico al recubrimiento superficial de los elementos de fijación?
El tratamiento térmico se completa normalmente antes de aplicar el recubrimiento superficial. El cincado electrolítico puede introducir hidrógeno en aceros de alta resistencia o endurecidos superficialmente. Por ello, el proceso de recubrimiento debe cumplir los requisitos de la norma ISO 4042 e incluir medidas adecuadas para reducir el riesgo. Un tratamiento de deshidrogenado posterior al recubrimiento puede reducir el riesgo de fragilización por hidrógeno, pero no puede eliminarlo por completo. La galvanización en caliente de elementos de fijación se rige por la norma ISO 10684. La compatibilidad depende de la clase de resistencia, el material, el proceso de decapado, la temperatura de galvanización y la temperatura de revenido original. La compatibilidad del recubrimiento debe evaluarse siempre en los elementos de fijación de alta resistencia.
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Última actualización: julio de 2026