Austenita retenida y tratamiento criogénico: cuándo compensa el tratamiento subcero

Qué es la austenita retenida

El temple transforma la austenita en martensita entre las temperaturas de inicio de martensita (Ms) y de fin de martensita (Mf). En los aceros simples de bajo carbono, Mf se sitúa por encima de la temperatura ambiente y la transformación se completa. En los aceros de alto carbono y altamente aleados — aceros para herramientas, grados de cementación, aceros para rodamientos — el contenido de carbono y de aleación deprime Ms y Mf, y una fracción de la austenita simplemente nunca se transforma: austenita retenida, una fase blanda mezclada en la estructura templada.

Las cantidades varían ampliamente con el grado y la práctica de austenización; en aceros para herramientas de alta aleación templados desde la parte alta de su intervalo de temperatura se informan cifras desde unos pocos por ciento hasta aproximadamente 20–30%.

Por qué importa

• Dureza y desgaste: la austenita retenida es más blanda que la martensita, por lo que cantidades excesivas cuestan dureza y comportamiento frente a la fatiga de contacto (los aceros para rodamientos se especifican estrictamente por esta razón).
• Estabilidad dimensional: la austenita retenida es metaestable. Puede transformarse más tarde — bajo tensión, calor de rectificado o cambio de temperatura — y la transformación expande la pieza. Los calibres, las matrices de precisión y los componentes de rodamientos que se salen de tolerancia en servicio son el síntoma clásico.
• No todo es malo: una cantidad pequeña y controlada puede beneficiar la tenacidad y el comportamiento en contacto rodante, y el revenido por sí solo convierte gran parte de ella (véase más abajo).

Los remedios, en orden

1. Revenido. Un revenido correctamente elegido (y para aceros para herramientas un segundo revenido) descompone la austenita retenida y reviene la martensita fresca resultante. Para muchas herramientas esto es suficiente y no se necesita tratamiento en frío.
2. Tratamiento subcero — enfriar la pieza recién templada hasta aproximadamente −70 a −85 °C (intervalo de hielo seco o refrigeración mecánica) y mantener brevemente, llevando la transformación más cerca de Mf. Ampliamente utilizado para componentes de rodamientos y cementados.
3. Tratamiento criogénico profundo — enfriar hasta temperaturas de nitrógeno líquido, alrededor de −196 °C, con enfriamiento y calentamiento lentos y controlados, mantenido normalmente durante muchas horas y siempre seguido de revenido. Más allá de terminar la transformación de la austenita, se atribuye al tratamiento criogénico profundo la promoción de una precipitación de carburos muy fina en los aceros para herramientas; el beneficio de estabilidad dimensional está bien establecido, mientras que la magnitud del beneficio en vida frente al desgaste varía según el grado y el estudio.

Reglas de secuencia que deciden el éxito

• Tratar con prontitud tras el temple: las piezas retrasadas pueden estabilizar la austenita, y las piezas tensadas pueden agrietarse si se dejan tal como se templaron.
• Enfriar y calentar gradualmente; las secciones delgadas y las matrices complejas son sensibles al choque térmico en ambas direcciones.
• Revenir siempre después. La martensita fresca formada en el frío está sin revenir y es frágil; un ciclo criogénico que termina a temperatura ambiente sin un revenido ha empeorado la pieza.

Cuándo compensa

El tratamiento subcero o criogénico gana su coste en: calibres y patrones de precisión, herramientas de corte y conformado de gama alta, componentes de rodamientos con límites estrictos de austenita retenida, y matrices cuyas tolerancias no pueden absorber el crecimiento en servicio. Para piezas generales de maquinaria en aceros de medio carbono — que para empezar retienen poca austenita — añade coste sin un mecanismo que lo compense.