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![Atmósferas de tratamiento térmico del acero y protección de superficies](/images/uploads/405f246a-bda5-4aba-968d-bde00110e220/wiki-hero-a-controlled-atmosphere-heat-treatment-furnace-opening-with-a-steel-load-inside-1920x823.jpg)

Tratamiento térmico

# Atmósferas de tratamiento térmico del acero y protección de superficies

Aprende a adaptar las atmósferas de tratamiento térmico a los tipos de acero y a controlar la oxidación, la cascarilla, la descarburación y el potencial de carbono.

![Retrato de Anders Bergström, reportero del sector del acero](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg)

 **[Anders Bergström](/es/noticias/autor/anders-bergstrom "Anders Bergström")** Tratamiento térmico 60+ min de lectura Actualizado 14 ago 2026 Revisado con evidencia

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- [Qué controla realmente una atmósfera de tratamiento térmico](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/atm%C3%B3sferas-de-tratamiento-t%C3%A9rmico-del-acero-y-protecci%C3%B3n-de-superficies#qué-controla-realmente-una-atmósfera-de-tratamiento-térmico "Qué controla realmente una atmósfera de tratamiento térmico")
- [Oxidación, cascarilla y superficie del acero](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/atm%C3%B3sferas-de-tratamiento-t%C3%A9rmico-del-acero-y-protecci%C3%B3n-de-superficies#oxidación-cascarilla-y-superficie-del-acero "Oxidación, cascarilla y superficie del acero")
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- [Tratamiento térmico asociado con la soldadura y la fabricación](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/atm%C3%B3sferas-de-tratamiento-t%C3%A9rmico-del-acero-y-protecci%C3%B3n-de-superficies#tratamiento-térmico-asociado-con-la-soldadura-y-la-fabricación "Tratamiento térmico asociado con la soldadura y la fabricación")
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- [Verificación, aceptación y documentación](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/atm%C3%B3sferas-de-tratamiento-t%C3%A9rmico-del-acero-y-protecci%C3%B3n-de-superficies#verificación-aceptación-y-documentación "Verificación, aceptación y documentación")
- [Un Marco Práctico para la Protección Superficial del Acero](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/atm%C3%B3sferas-de-tratamiento-t%C3%A9rmico-del-acero-y-protecci%C3%B3n-de-superficies#un-marco-práctico-para-la-protección-superficial-del-acero "Un Marco Práctico para la Protección Superficial del Acero")

## Qué controla realmente una atmósfera de tratamiento térmico

![Esquema de especies gaseosas que intercambian oxígeno y carbono en una superficie de acero.](/images/uploads/0aca0db9-f427-4385-95e8-281e5aafcfa2/wiki-inline-a-steel-surface-beneath-a-furnace-atmosphere-showing-oxygen-bearing-species-wate-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/0aca0db9-f427-4385-95e8-281e5aafcfa2/wiki-inline-a-steel-surface-beneath-a-furnace-atmosphere-showing-oxygen-bearing-species-wate-1920x1094.avif "Ampliar imagen — Esquema de especies gaseosas que intercambian oxígeno y carbono en una superficie de acero.")The atmosphere sets the chemical boundary condition at the steel surface.

### La atmósfera como condición límite química

Una atmósfera de tratamiento térmico no es simplemente el gas que ocupa el horno. Es el entorno reactivo en la superficie del acero mientras la carga se calienta, se mantiene a temperatura y se enfría. Su composición establece la condición límite química frente a la cual se desarrollan la oxidación, la reducción, la carburización, la descarburización y otras reacciones superficiales. El acero responde a ese entorno local, no únicamente a la lectura de temperatura del controlador del horno.

#### Constituyentes reactivos de la atmósfera

Especies que contienen oxígeno

Pueden formar óxidos de hierro y producir cascarilla.

Vapor de agua

Puede acelerar la oxidación y contribuir a la pérdida de carbono.

Monóxido de carbono

Participa en los equilibrios de transferencia de carbono.

Dióxido de carbono

Puede alterar el potencial de carbono y promover la descarburación en condiciones adecuadas.

Hidrógeno

Influye en el comportamiento de reducción y en el potencial de oxígeno.

Metano

Puede aportar carbono en condiciones carburantes.

A temperaturas elevadas, los gases intercambian átomos con la superficie. Las especies que contienen oxígeno pueden formar óxidos de hierro y producir cascarilla. El vapor de agua puede acelerar la oxidación y contribuir a la pérdida de carbono. Las especies que contienen carbono pueden reponer carbono en la superficie o eliminarlo, dependiendo del equilibrio entre las reacciones gaseosas y la actividad del carbono en el acero. Por lo tanto, el dióxido de carbono, el monóxido de carbono, el hidrógeno, el metano, el oxígeno y el vapor de agua son importantes como especies reactivas, no simplemente como etiquetas para un gas «protector».

La oxidación produce cascarilla, mientras que la pérdida de carbono de las capas superficiales produce descarburación. Strong evidence

El manual *Heat Treatment and Properties of Iron and Steel* (1966), del U.S. Department of Commerce, National Bureau of Standards, identifica directamente los dos riesgos superficiales principales: la oxidación produce cascarilla, mientras que la pérdida de carbono de las capas superficiales produce descarburización. También describe el vapor de agua presente en los productos de combustión como perjudicial. Estos efectos están relacionados, pero no son idénticos. Una superficie puede mostrar poca cascarilla visible y aun así presentar un perfil de carbono alterado. A la inversa, una pieza puede conservar gran parte de su carbono y, al mismo tiempo, llevar una película de óxido que interfiera con el control dimensional, la inspección, la soldadura o el acabado posterior.

Potencial de carbono **Potencial de carbono** La actividad de carbono impuesta por una atmósfera a una temperatura especificada, que indica si el carbono tiende a entrar en la superficie del acero o a salir de ella.

El potencial de carbono es la expresión práctica de la tendencia de la atmósfera a añadir o eliminar carbono del acero austenítico a una temperatura determinada. Si el gas tiene una actividad efectiva del carbono inferior a la de la superficie del acero, el carbono se difunde hacia el exterior y se desarrolla descarburización. Si el gas tiene una actividad efectiva del carbono superior, el carbono entra en la superficie y puede producirse carburización. Cuando ambas actividades están equilibradas, la atmósfera es aproximadamente neutra con respecto a la transferencia de carbono, aunque el resultado sigue dependiendo del tiempo, la temperatura, la composición de la aleación, el flujo de gas y el estado de la superficie.

El material de ASM International, *Furnace Atmospheres for Heat Treating*, considera las reacciones gaseosas, los principales gases y vapores, y la descarburización del acero relacionada con la atmósfera como temas centrales del tratamiento térmico. El ASM Handbook Volume 4B también describe el control del potencial de carbono mediante mediciones o relaciones que involucran el vapor de agua, el dióxido de carbono y la presión parcial de oxígeno. Por eso, un valor de consigna del potencial de carbono no sustituye a la medición de la atmósfera. El estado químico relevante puede inferirse a partir de varias variables monitorizadas, pero dichas variables deben describir el gas que realmente llega a la carga.

#### Límite del proceso

El control de la atmósfera se aplica al calentamiento, mantenimiento, transferencia, temple y enfriamiento siempre que el acero permanezca suficientemente caliente como para que las reacciones de oxidación o de transferencia de carbono sean relevantes.

La respuesta de la superficie puede continuar durante el enfriamiento. La austenización en una atmósfera adecuada no garantiza una superficie limpia si la carga atraviesa una condición oxidante o descarburizante antes de descender por debajo de la temperatura a la que esas reacciones son relevantes. El temple también puede exponer el acero caliente al vapor de agua, al oxígeno o a gases mal controlados. Por lo tanto, el control de la atmósfera corresponde a todo el ciclo térmico, no solo al segmento de mantenimiento a temperatura.

### Por qué la temperatura global no es suficiente

La temperatura es solo uno de varios factores que gobiernan la superficie del acero; los valores iguales indican que el artículo identifica cada factor como necesario, no que proporcione una medición jerarquizada.

La temperatura determina las velocidades de reacción y las transformaciones de fase, pero no especifica la química superficial. Dos cargas de horno pueden indicar ambas 850 °C y salir del horno con resultados metalúrgicos diferentes si sus condiciones gaseosas difieren. Una puede tener un potencial de carbono controlado y una baja tendencia a oxidarse; la otra puede contener suficientes especies portadoras de oxígeno o humedad para crear cascarilla y eliminar carbono. La lectura del termopar no puede distinguir entre esos resultados.

La distinción se vuelve crítica cuando el resultado requerido incluye un gradiente definido de carbono superficial. Considérese un acero ferrítico hipoeutectoide calentado para su endurecimiento. Una capa descarburizada de poco espesor puede transformarse de manera diferente al núcleo no afectado durante el temple, produciendo una superficie más blanda aunque el núcleo alcance la temperatura de austenización prevista. El componente puede superar una inspección visual porque la cascarilla es limitada y, sin embargo, fallar en un perfil de dureza, un examen metalográfico o un requisito de desgaste o de fatiga. En un acero destinado a la carburización, una transferencia excesiva de carbono puede ser igualmente inaceptable: la capa carburizada puede hacerse más profunda o más rica de lo permitido por la especificación del proceso, con consecuencias para la austenita retenida, la formación de carburos, la distorsión y la estabilidad dimensional.

La uniformidad de la temperatura genera otra falsa sensación de seguridad. Un horno puede presentar una pequeña diferencia entre las zonas medidas, mientras que la superficie de la pieza experimenta condiciones gaseosas diferentes debido a la disposición de la carga, la circulación, las fugas de la puerta, los productos de los quemadores o la evacuación de la atmósfera. Un termopar protegido puede indicar la temperatura prevista mientras una pieza situada cerca de una abertura recibe una corriente oxidante. En ese caso, el controlador tiene razón respecto a la temperatura y se equivoca respecto al resultado del proceso. \[1\] \[1\] **Atmosphere Control for the Protection of Metals During Production Processes**. Cambridge University Press. Cambridge University Press chapter, 2012. Cambridge University Press publication

El capítulo «Atmosphere Control for the Protection of Metals During Production Processes» (2012), de Cambridge University Press, distingue entre el recalentamiento para operaciones de conformado y el tratamiento térmico final. Esta distinción es importante porque la cascarilla tolerada antes de la forja puede eliminarse durante operaciones posteriores, mientras que la cascarilla o la descarburización después del endurecimiento final pueden alterar directamente el componente entregado. Una atmósfera oxidante no controlada puede causar formación de cascarilla y, en el acero, descarburización en ambos casos; lo que cambia es la consecuencia aceptable.

Las reacciones superficiales también dependen del tiempo. Una breve exposición durante la carga o la transferencia puede ser insignificante para una geometría y perjudicial para otra. Los bordes delgados, las roscas, las esquinas agudas y las superficies con una relación área/volumen elevada pueden reaccionar más rápidamente que una sección gruesa. Los elementos de aleación pueden modificar el comportamiento frente a la oxidación, pero no eliminan la necesidad de controlar la condición límite. Por lo tanto, «el horno alcanzó la temperatura» es un registro incompleto del proceso.

### La diferencia entre protección y control del proceso

La protección y el control del proceso abordan niveles diferentes del desempeño superficial.
| Protección | Control del proceso |
|---|---|
| Objetivo principal | Limitar la oxidación visible y la cascarilla |
| Requisito químico | Controlar el intercambio de oxígeno, carbono, nitrógeno o hidrógeno |
| Verificación | El aspecto visual puede ser suficiente para la evaluación preliminar |
| Base de aceptación | Resultados de la química superficial y de los ensayos metalúrgicos |

La protección consiste en limitar la oxidación visible, la cascarilla y los daños superficiales relacionados. El control del proceso va más allá: exige que la atmósfera produzca repetidamente la química superficial especificada. Esta distinción separa una pieza de aspecto limpio de una pieza metalúrgicamente válida.

Un entorno rico en nitrógeno o, de otro modo, con baja oxidación puede suprimir la cascarilla evidente y, aun así, permitir la descarburización si su potencial de carbono es incorrecto. Por lo tanto, un gas seleccionado únicamente porque evita la decoloración puede no ser adecuado para el endurecimiento, el recocido, la normalización o la carburización. La pregunta pertinente no es «¿La superficie se mantuvo brillante?», sino «¿La superficie intercambió oxígeno, carbono, nitrógeno o hidrógeno con el gas en la dirección y en la cantidad permitidas?».

El tratamiento de 2017 de ASM International sobre los controles de las atmósferas de horno identifica dos grupos principales de control: **control de la atmósfera del horno** y **control de la atmósfera de suministro**. El control de la atmósfera de suministro se refiere al gas o a la mezcla de gases suministrada al horno: su generación, mezcla, pureza, presión y composición relevante. El control de la atmósfera del horno se refiere a las condiciones existentes dentro de la cámara de calentamiento y en la superficie de trabajo después de que las fugas, la combustión, la disociación, la reacción con los accesorios y la reacción con la carga hayan alterado el gas suministrado. Un suministro preparado correctamente puede producir una atmósfera de horno incorrecta. También puede ocurrir lo contrario: la lectura en la cámara puede parecer aceptable mientras el sistema de suministro es inestable y la siguiente carga queda expuesta a una condición diferente.

La medición y la verificación deben corresponderse con el resultado previsto. Las lecturas relacionadas con el potencial de oxígeno o el punto de rocío pueden revelar la tendencia oxidante, mientras que las relaciones que involucran el vapor de agua, el dióxido de carbono y la presión parcial de oxígeno pueden contribuir al control del potencial de carbono. La ubicación de la medición es importante, al igual que el tiempo de respuesta. Un sensor situado cerca de la entrada de gas puede no representar la atmósfera alrededor de piezas densamente empaquetadas.

Por este motivo, el control de la atmósfera tampoco debe confundirse con una especificación de recubrimiento o de tratamiento posterior. ISO 17834:2003 se refiere a los recubrimientos metálicos aplicados por proyección térmica para la protección contra la corrosión y la oxidación a alta temperatura hasta 1000 °C (1273 K). ISO 12944-4:2017 aborda los grados de preparación superficial para estructuras de acero al carbono y de baja aleación, incluidas las superficies sin recubrimiento, con proyección térmica, galvanizadas, electrodepositadas, sherardizadas y pintadas. Estas normas abordan las superficies protectoras o su preparación; no sustituyen el control del potencial de carbono durante la austenización.

Para el tratamiento térmico relacionado con la soldadura y procesos afines, ISO 17663:2023 especifica los requisitos de calidad para el tratamiento térmico en aire o en atmósferas controladas, principalmente para aceros ferríticos y para trabajos realizados en talleres o en obra. Su alcance refuerza el punto central: la atmósfera forma parte de la operación sometida a control de calidad. Un registro de la temperatura del horno por sí solo no puede establecer que la oxidación se haya limitado, que la descarburización se haya mantenido dentro de la especificación o que el perfil de carbono superficial previsto haya sobrevivido al ciclo.

## Oxidación, cascarilla y superficie del acero

![Cascarilla estratificada de óxidos de hierro sobre una superficie de acero afectada por el carbono.](/images/uploads/1942f708-42b2-4310-bb59-302dda9723f1/wiki-inline-a-macro-cross-section-of-oxidized-steel-showing-layered-w-stite-magnetite-and-he-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/1942f708-42b2-4310-bb59-302dda9723f1/wiki-inline-a-macro-cross-section-of-oxidized-steel-showing-layered-w-stite-magnetite-and-he-2027x2560.avif "Ampliar imagen — Cascarilla estratificada de óxidos de hierro sobre una superficie de acero afectada por el carbono.")Oxide scale and carbon loss can develop together but remain different surface reactions.

### Cómo se forma la cascarilla durante el calentamiento

La cascarilla es el óxido que se forma cuando una superficie de acero calentada reacciona con materiales que contienen oxígeno en el ambiente del horno. La reacción no requiere únicamente oxígeno gaseoso libre. El vapor de agua, el dióxido de carbono y el oxígeno que entran con los productos de combustión o a través de fugas de aire pueden participar, y la velocidad de reacción está determinada por la temperatura, el tiempo de exposición, la composición del gas, la composición del acero y el estado de la superficie antes del calentamiento.

A temperaturas elevadas, el hierro de la superficie transfiere electrones a especies que contienen oxígeno. El resultado puede incluir óxidos de hierro como la wüstita (FeO), la magnetita (Fe₃O₄) y la hematita (Fe₂O₃). Estas fases no necesariamente aparecen en las mismas proporciones, y no puede atribuirse una composición concreta a una película oscura visible basándose únicamente en su color. El óxido más externo puede diferir de la capa adyacente al metal, mientras que los elementos de aleación pueden modificar la estructura de la cascarilla o producir óxidos independientes. Una película delgada y adherente y una cascarilla gruesa, agrietada y débilmente adherida son ambas «óxido», pero no tienen la misma importancia metalúrgica.

El U.S. Department of Commerce, National Bureau of Standards, en *Heat Treatment and Properties of Iron and Steel* (1966), identifica la oxidación como la fuente de la cascarilla y la pérdida de carbono de la superficie como descarburación. También describe el vapor de agua presente en los productos de combustión como perjudicial. Esta distinción es importante porque la oxidación y la descarburación pueden producirse simultáneamente sin constituir la misma reacción. La oxidación consume o transforma el metal superficial; la descarburación reduce la concentración de carbono en el acero situado inmediatamente debajo de la superficie. Por tanto, una condición del horno puede producir una capa visible de cascarilla, una zona empobrecida en carbono o ambas.

#### Consecuencias del desprendimiento de cascarilla

- **Exposición superficial** El desprendimiento puede exponer acero fresco y permitir otro ciclo de oxidación.
- **Contaminación del horno** El material desprendido puede obstruir las soleras del horno.
- **Daño en las herramientas** La cascarilla puede marcar los rodillos y contaminar las matrices.
- **Variación dimensional** La cascarilla residual puede afectar operaciones posteriores de forja, laminación o mecanizado.

La formación de cascarilla también cambia a medida que avanza el ciclo de calentamiento. La oxidación inicial puede crear una película relativamente continua. El crecimiento posterior puede hacer que la cascarilla sea más gruesa y menos adherente, especialmente cuando la expansión térmica, la manipulación en el horno o las tensiones de transformación la alteran. Los calentamientos y enfriamientos repetidos pueden causar grietas y desprendimientos. La cascarilla puede entonces separarse de la pieza y dejar expuesto acero nuevo, lo que permite otro ciclo de oxidación. El material desprendido no es un residuo inocuo: puede marcar los rodillos, obstruir los soleros de los hornos, contaminar las matrices y provocar variaciones dimensionales cuando el material se forja, lamina o mecaniza posteriormente.

El capítulo «Atmosphere Control for the Protection of Metals During Production Processes» (2012), de Cambridge University Press, distingue entre el recalentamiento para operaciones de transformación y el tratamiento térmico final. Esta separación es esencial. Durante el recalentamiento para forja o laminación, parte de la cascarilla puede eliminarse mediante descascarillado, deformación, decapado, granallado o mecanizado posterior. El proceso puede tolerar una alteración superficial que sería inaceptable en un componente terminado, siempre que la cascarilla y cualquier metal afectado se eliminen sin comprometer la sección requerida.

El tratamiento térmico final es menos tolerante. La austenización, el temple, el revenido, el recocido y el alivio de tensiones pueden especificarse para producir una condición superficial determinada, además de una microestructura volumétrica concreta. La cascarilla puede alterar las dimensiones, interferir con el contacto durante el temple, ocultar marcas de rectificado o grietas y afectar las sobremedidas de mecanizado posteriores. También puede modificar el resultado de los métodos de inspección visual, por partículas magnéticas u otros métodos. Una pieza que alcance la dureza requerida en su núcleo aún puede incumplir un requisito superficial porque no se controlaron adecuadamente su estado de oxidación y su condición de carbono.

### Especies oxidantes y fugas del horno

Una atmósfera solo es protectora con respecto a las reacciones que suprime. Por tanto, el control de la atmósfera del horno implica tanto el gas suministrado al horno como la capacidad del horno para impedir la entrada de gases no deseados. El *ASM Handbook*, Volume 4B (2017), de ASM International, identifica el «control de la atmósfera del horno y de suministro» como uno de los dos grupos principales de control. La calidad del gas no puede compensar una puerta abierta, un sello averiado, una mufla dañada, un quemador mal ajustado o una condición de presión que aspire aire hacia la zona caliente.

Las fugas de aire introducen oxígeno molecular, nitrógeno y humedad. El oxígeno favorece la oxidación directa, mientras que el vapor de agua puede reaccionar con el hierro y también participar en reacciones que modifican el potencial de carbono en la superficie del acero. El dióxido de carbono es otro componente reactivo. En atmósferas que contienen monóxido de carbono y dióxido de carbono, el equilibrio entre estos gases influye en si la superficie tiende a ganar carbono, perderlo o aproximarse al equilibrio con el acero. La condición relevante no es simplemente que un gas se denomine «protector»; es el potencial químico en la superficie de la pieza.

El material de ASM de 2017 sobre atmósferas de horno considera las reacciones gaseosas, los principales gases y vapores y la descarburación del acero relacionada con la atmósfera como partes centrales de la tecnología del tratamiento térmico. El *Steel Heat Treatment Handbook* (CRC Press, 2014) también analiza el dióxido de carbono, el amoníaco y otros gases reactivos en relación con la resistencia a la oxidación y el control del carbono superficial. El amoníaco, por ejemplo, puede suministrar nitrógeno en procesos adecuados, pero sus productos de descomposición y el equilibrio resultante entre hidrógeno y nitrógeno no lo convierten en un gas anticascarilla universal. Cada atmósfera debe ajustarse al grado de acero, la temperatura, el diseño del horno, el patrón de carga y la condición requerida del carbono superficial.

El vapor de agua merece especial atención porque puede estar presente incluso cuando el horno parece estanco. El calentamiento por combustión produce agua como producto normal de la reacción, y el material de carga húmedo, las fugas en los sistemas de refrigeración, el gas de suministro húmedo o un secado deficiente pueden añadir más. Por ello, el punto de rocío, la presión parcial de oxígeno, el dióxido de carbono y otras mediciones relacionadas pueden proporcionar información más útil sobre el proceso que la mera denominación del gas. El Volume 4B de ASM describe el control del potencial de carbono mediante mediciones o relaciones que implican el vapor de agua, el dióxido de carbono y la presión parcial de oxígeno. Estas variables ayudan a establecer si la superficie se oxidará, se descarburará, se carburizará o permanecerá próxima a la composición prevista del acero.

La atmósfera requerida también depende del objetivo de la operación. Un horno de recalentamiento para operaciones en caliente puede aceptar una oxidación controlada seguida de la eliminación mecánica de la cascarilla, mientras que un horno de temple final para un componente carburizado o de alto contenido de carbono generalmente requiere un control mucho más estricto tanto de la cascarilla como de la actividad del carbono. Tratar ambas operaciones como equivalentes puede llevar a aceptar una condición superficial que invalide posteriormente los requisitos de inspección o de servicio.

ISO 17663:2023 especifica los requisitos de calidad para el tratamiento térmico en aire o en atmósferas controladas, principalmente para aceros ferríticos, y abarca los trabajos realizados en talleres y en obra relacionados con la soldadura y procesos afines. No convierte el control atmosférico en una receta basada en un único gas. Refuerza la perspectiva de proceso: la atmósfera, el equipo, la monitorización, los registros y el resultado especificado deben ser coherentes.

### Eliminación de la cascarilla y sus consecuencias metalúrgicas

Los métodos de eliminación de cascarilla pueden modificar el sustrato y no restauran el carbono perdido.
| Método de eliminación | Consecuencia potencial |
|---|---|
| Descascarillado mecánico | Puede dejar óxido en las picaduras o producir ranurado |
| Granallado o chorreado abrasivo | Puede alterar la rugosidad y redondear los bordes |
| Decapado | Puede aumentar la rugosidad o generar problemas relacionados con el hidrógeno |
| Rectificado | Elimina el metal afectado cercano, cambia las dimensiones y puede generar calentamiento local |

Eliminar la cascarilla no equivale a restaurar la superficie original del acero. El descascarillado mecánico puede dejar expuesto metal sano, pero también puede dejar óxido en las picaduras, producir surcos o generar marcas direccionales. El granallado con perdigones y el granallado abrasivo modifican la rugosidad y pueden redondear los bordes. El decapado disuelve los óxidos mediante un ataque químico; sin embargo, un decapado excesivo o mal controlado puede aumentar la rugosidad o introducir problemas relacionados con el hidrógeno en [aceros de alta resistencia](/es/categorías/aceros-de-alta-resistencia "aceros de alta resistencia") susceptibles. El rectificado elimina la cascarilla y el metal afectado próximo, pero modifica las dimensiones y puede generar calentamiento local.

#### No equipare la limpieza con la reparación

Si la oxidación estuvo acompañada de descarburación, la capa empobrecida en carbono puede extenderse por debajo de la cascarilla. La eliminación de la cascarilla no restaura el carbono; la capa afectada puede requerir mecanizado, reprocesamiento o ensayo conforme a la especificación.

El error más grave consiste en eliminar el óxido visible y suponer que ha desaparecido el efecto metalúrgico. Si la oxidación estuvo acompañada de descarburación, la capa empobrecida en carbono puede extenderse por debajo de la cascarilla. El descascarillado no restaurará su contenido de carbono. Dependiendo del acero y del tratamiento, puede ser necesario mecanizar la capa afectada, reprocesarla o aceptarla únicamente después de que los ensayos demuestren que permanece dentro de especificación. La dureza superficial, la profundidad de capa, el comportamiento a fatiga y la sensibilidad a las grietas pueden depender de lo que permanezca debajo de la superficie limpiada.

La eliminación de la cascarilla también puede afectar los resultados de la inspección. Una capa gruesa de óxido puede ocultar discontinuidades, mientras que una limpieza agresiva puede abrir defectos estrechos y hacerlos más fáciles de detectar. La rugosidad superficial puede aumentar las indicaciones en los ensayos por partículas magnéticas o mediante líquidos penetrantes, y los restos de abrasivo o la contaminación química pueden interferir con el recubrimiento o el plaqueado. Por tanto, el método de inspección, los criterios de aceptación y el procedimiento de limpieza deben considerarse conjuntamente, en lugar de tratarlos como etapas independientes del taller.

No toda superficie oscura requiere eliminación por el mismo motivo. Una película de óxido delgada y adherente, una cascarilla de alta temperatura estratificada, el color de revenido y los residuos de una atmósfera de tratamiento pueden diferir en composición, espesor, adherencia y efecto sobre el rendimiento. Su apariencia por sí sola no constituye evidencia suficiente. Cuando la condición superficial es crítica, pueden ser necesarios el examen de la superficie, mediciones de dureza, comprobaciones metalográficas o verificaciones químicas y dimensionales.

Existen normas específicas para la protección posterior, no para la atmósfera del horno propiamente dicha. ISO 17834:2003 aborda los recubrimientos metálicos aplicados por proyección térmica para la protección contra la corrosión y la oxidación a alta temperatura, hasta temperaturas de 1000 °C (1273 K). ISO 12944-4:2017 define los grados de preparación de estructuras de acero al carbono y de baja aleación, y distingue entre superficies sin recubrimiento, proyectadas térmicamente, galvanizadas, electrodepositadas, sherardizadas y pintadas. Estas clasificaciones no justifican un control deficiente del horno. Un recubrimiento puede proteger una superficie preparada, pero no puede corregir de forma fiable una capa descarburada no medida, una pérdida dimensional o el óxido atrapado en un defecto. La protección superficial comienza por controlar la reacción entre el acero y la atmósfera durante el calentamiento.

## Descarburización y control del carbono superficial

La descarburización es la pérdida de carbono de la superficie del acero durante el calentamiento. No es lo mismo que la oxidación. La oxidación reacciona con el hierro y los elementos de aleación para formar cascarilla, mientras que la descarburización modifica la composición química del acero situado debajo de la cascarilla o, en ocasiones, al mismo tiempo que esta. Por lo tanto, un horno puede producir una superficie de aspecto brillante con una pérdida de carbono inaceptable, o una superficie cubierta de cascarilla cuyo contenido de carbono subyacente permanezca próximo a la especificación.

El manual del U.S. National Bureau of Standards *Heat Treatment and Properties of Iron and Steel* (1966) identifica directamente ambos riesgos: las atmósferas protectoras se utilizan para evitar la oxidación superficial, o formación de cascarilla, y la pérdida de carbono de las capas superficiales, o descarburización. También describe el vapor de agua presente en los productos de combustión como perjudicial. La distinción es importante porque eliminar la cascarilla después del tratamiento no restituye el carbono que se ha difundido fuera del acero.

![Diagrama comparativo de la descarburización total, parcial y localizada en el acero.](/images/uploads/fa6549c0-9175-4bd1-859f-fa1d093f4b97/wiki-inline-a-steel-cross-section-comparing-total-partial-and-localized-decarburization-bene-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/fa6549c0-9175-4bd1-859f-fa1d093f4b97/wiki-inline-a-steel-cross-section-comparing-total-partial-and-localized-decarburization-bene-2027x2560.avif "Ampliar imagen — Diagrama comparativo de la descarburización total, parcial y localizada en el acero.")Decarburization may form a complete surface zone, a gradient, or a local defect.

### Descarburización total, parcial y localizada

#### Formas de descarburación

Descarburación total

La estructura original que contiene carbono ha sido eliminada o transformada eficazmente a través de la capa afectada.

Descarburación parcial

El carbono disminuye desde el núcleo hacia la superficie a través de una región de transición.

Descarburación localizada

La pérdida de carbono queda confinada a zonas determinadas, como bordes, separaciones o áreas afectadas por fugas.

La descarburización total describe una zona superficial en la que la estructura original que contenía carbono ha sido eliminada o transformada de manera efectiva en todo el espesor afectado. En un acero hipoeutectoide, el calentamiento puede dejar una capa superficial ferrítica donde deberían haber estado presentes perlita u otros constituyentes que contienen carbono. Después del temple, esa capa no puede formar la misma martensita rica en carbono que el material no afectado. «Total» se refiere a la condición dentro de la zona descarburizada, no a toda la sección transversal del componente.

La descarburización parcial es un gradiente. El contenido de carbono disminuye desde el núcleo hacia la superficie, y la microestructura resultante cambia de forma continua a través de una región de transición. El temple puede producir martensita de menor contenido de carbono cerca del exterior, seguida de martensita con mayor contenido de carbono, bainita o la estructura prevista del núcleo más hacia el interior. La superficie puede superar una inspección visual y, aun así, tener un contenido de carbono insuficiente para alcanzar la dureza o la resistencia al desgaste especificadas.

La descarburización localizada está confinada a determinadas zonas, en lugar de distribuirse uniformemente alrededor del componente. Entre sus causas se encuentran una fuga del horno, una puerta mal sellada, el impacto directo de la llama del quemador, los espacios entre piezas, los dispositivos de sujeción contaminados, un borde expuesto o una diferencia local en la circulación del gas. Las secciones delgadas y los bordes afilados pueden responder de manera diferente a las caras amplias porque sus relaciones superficie-volumen y sus condiciones de transferencia de calor son distintas. Un único barrido de dureza a través de una pieza grande puede no detectar este tipo de defecto.

Concentración relativa de carbono

La descarburación se describe como un gradiente desde una menor concentración de carbono superficial hacia el núcleo no afectado.

La profundidad y la gravedad de la descarburización dependen de la temperatura, el tiempo, la composición del acero, el estado de la superficie, la química de la atmósfera y el flujo de gas. Deben establecerse para el proceso real, en lugar de asignarles un límite universal. El examen metalográfico, los barridos de microdureza, el análisis de carbono y la comparación con una región conocida no afectada pueden distinguir un gradiente superficial de composición de una modificación estructural más profunda. Un valor de dureza medido únicamente en el centro no demuestra que la superficie haya estado protegida.

Cambridge University Press, en *Atmosphere Control for the Protection of Metals During Production Processes* (2012), distingue entre el recalentamiento para el conformado y el tratamiento térmico final. Las condiciones oxidantes no controladas pueden tolerarse de manera diferente durante una operación posterior de forja que durante un ciclo final de endurecimiento, en el que la química superficial afecta directamente a la propiedad final. Por lo tanto, el objetivo del proceso debe definir el cambio de carbono aceptable.

### Potencial de carbono y reacciones de equilibrio

El potencial de carbono es la actividad del carbono impuesta por una atmósfera a una temperatura determinada. En términos prácticos, es el contenido de carbono al que tendería la superficie de un hierro o acero de referencia si alcanzara el equilibrio con ese gas. No es simplemente el porcentaje de monóxido de carbono presente en el horno. La misma composición nominal del gas puede producir condiciones superficiales diferentes cuando cambian la temperatura, la presión, el vapor de agua, el dióxido de carbono o la mezcla de gases.

El potencial de carbono determina la dirección de la transferencia de carbono en la superficie austenítica.
| Condición del tratamiento | Dirección de la transferencia de carbono | Objetivo habitual |
|---|---|---|
| Carburante | El carbono entra en la austenita | Aumentar intencionadamente el carbono superficial |
| Neutra | No hay ganancia ni pérdida significativa | Conservar el carbono superficial |
| Descarburante | El carbono se difunde hacia el exterior | Generalmente una condición no deseada durante el endurecimiento |

En la cementación, la atmósfera tiene un potencial de carbono superior a la actividad del carbono de la superficie del acero. Entonces, el carbono entra en la austenita y se difunde hacia el interior, siempre que la temperatura y el tiempo de exposición lo permitan. En un tratamiento neutro, la atmósfera se ajusta de modo que la superficie ni gane ni pierda una cantidad significativa de carbono. En una condición descarburizante, el gas tiene un potencial de carbono inferior al de la superficie del acero, por lo que el carbono se difunde hacia el exterior y reacciona con especies oxidantes.

El artículo presenta tres reacciones reversibles de gases que influyen en la actividad del carbono.

Varias reacciones reversibles describen este control. El monóxido de carbono puede participar en la reacción superficial

\\\[ 2CO \\rightleftharpoons CO\_2 + C \\\]

donde el carbono depositado puede entrar en la austenita. La reacción del gas de agua,

\\\[ CO + H\_2O \\rightleftharpoons CO\_2 + H\_2, \\\]

modifica las cantidades relativas de monóxido y dióxido de carbono y, por lo tanto, cambia la actividad del carbono de la atmósfera. El dióxido de carbono también reacciona con el carbono en la superficie del acero:

\\\[ CO\_2 + C \\rightleftharpoons 2CO. \\\]

Estas reacciones no actúan de forma aislada. El acero, la cascarilla, el hollín, los refractarios del horno y la geometría de la pieza pueden desplazar el equilibrio local y modificar las velocidades de reacción.

*ASM Handbook, Volume 4B: Heat Treating of Ferrous Alloys*, de ASM International, identifica el control de la atmósfera del horno y el control de la atmósfera de suministro como los dos grupos principales de control. El primero se refiere a las condiciones dentro del horno; el segundo, a la generación, purificación, mezcla, secado y suministro de los gases antes de que entren en la zona caliente. Un punto de consigna del horno correctamente especificado no puede compensar un gas húmedo, un generador inestable, una fuga de aire o un sensor defectuoso. \[2\] \[2\] **ASM Handbook, Volume 4B: Heat Treating of Ferrous Alloys**. ASM International. ASM Handbook, 2017. ASM International, ASM Handbook Volume 4B

ASM también describe el control del potencial de carbono mediante relaciones en las que intervienen el vapor de agua, el dióxido de carbono y la presión parcial de oxígeno. Las mediciones del vapor de agua y del dióxido de carbono permiten inferir el estado de equilibrio a partir de las proporciones de los gases. Las sondas de oxígeno miden la presión parcial de oxígeno y, junto con un sistema de referencia y la compensación de temperatura, permiten calcular el potencial de carbono. La medición solo es significativa cuando la sonda, la disposición de muestreo, la circulación del gas y la calibración siguen siendo adecuados para las condiciones del horno. Una lectura obtenida en un único punto puede no representar una zona de trabajo con circulación deficiente.

Presión parcial de oxígeno **Presión parcial de oxígeno** Medida de la contribución termodinámica del componente de oxígeno a la atmósfera, utilizada para evaluar su tendencia a oxidar el acero.

La presión parcial de oxígeno es especialmente importante porque incluso un pequeño potencial oxidante puede consumir carbono en la superficie. Reacciones simplificadas como

C+H2⁢O→CO+H2

y

C+CO2→2⁢CO

muestran por qué el vapor de agua y el dióxido de carbono pueden provocar pérdida de carbono. La oxidación del hierro puede producirse al mismo tiempo, generando cascarilla y modificando la interfaz a través de la cual debe difundirse el carbono. En consecuencia, un gas que parece «protector» porque contiene poco oxígeno libre aún puede descarburizar el acero debido a su contenido de vapor de agua o dióxido de carbono.

### Por qué la dureza superficial puede diferir de la dureza del núcleo

La dureza depende del contenido de carbono, la transformación de fase, la velocidad de enfriamiento y el historial de revenido. La superficie y el núcleo experimentan actividades de carbono y condiciones térmicas diferentes, por lo que no tienen por qué producir el mismo resultado. En un ciclo de endurecimiento integral, una superficie descarburizada puede transformarse en martensita de bajo contenido de carbono o en una combinación de ferrita y martensita, mientras que el núcleo forma la martensita de mayor contenido de carbono prevista. La dureza en el centro puede cumplir lo indicado en el plano, mientras que la superficie de trabajo falla.

La consecuencia es grave en los aceros endurecidos: un menor contenido de carbono superficial reduce la dureza martensítica alcanzable y puede disminuir la resistencia al desgaste, a la indentación y al daño por contacto de rodadura. Los aceros para herramientas son especialmente sensibles porque los filos de corte y las caras de contacto dependen de un control preciso del carbono y de la formación de carburos de aleación. Un filo descarburizado puede perder dureza aunque el vástago de la herramienta dé un resultado correcto en el ensayo.

Los [aceros para rodamientos](/es/categorías/aceros-para-rodamientos "aceros para rodamientos"), como SAE 52100, requieren un control preciso del carbono superficial porque las tensiones de contacto de rodadura actúan cerca de las superficies de las pistas de rodadura y de los elementos rodantes. Una capa blanda o con un gradiente de composición puede modificar las tensiones residuales, la austenita retenida, la disolución de carburos y la sensibilidad a la formación de grietas. La dureza del núcleo por sí sola no puede validar un tratamiento térmico de rodamientos.

Los aceros de baja aleación pueden mostrar la misma divergencia, aunque su templabilidad permita obtener un núcleo endurecido considerable bajo una zona exterior empobrecida en carbono. Por lo tanto, los perfiles de microdureza superficial, las secciones transversales atacadas metalográficamente y las mediciones del gradiente de carbono son más informativos que una única lectura de dureza global.

ISO 17663:2023 especifica los requisitos de calidad para el tratamiento térmico en aire o en atmósferas controladas, principalmente para aceros ferríticos en soldadura y procesos afines, incluido el trabajo realizado en talleres y en obra. Proporciona un marco de calidad, no una receta universal de potencial de carbono. Del mismo modo, ISO 17834:2003 aborda los recubrimientos metálicos proyectados térmicamente para la protección contra la corrosión y la oxidación a alta temperatura hasta 1000 °C (1273 K), mientras que ISO 12944-4:2017 clasifica las condiciones de preparación superficial para estructuras de acero al carbono y de baja aleación. Ninguna de estas prácticas de recubrimiento sustituye el control de la actividad del carbono durante la austenización, la cementación, el endurecimiento neutro o el revenido. La protección superficial y el control del carbono superficial deben especificarse como requisitos de proceso independientes y verificables.

## Principales familias de atmósferas de horno

La atmósfera del horno forma parte del sistema de tratamiento térmico, no es simplemente un gas que rodea la carga. Su composición determina el potencial químico en la superficie del acero, mientras que la temperatura determina las velocidades de reacción, la difusión, la formación de cascarilla y la transferencia de carbono. Por lo tanto, el mismo gas nominal puede producir resultados diferentes en un horno frío y con poca carga que en un horno caliente que contenga aceite, cascarilla, aglutinantes o una gran masa de acero. El *ASM Handbook* de ASM International, Volumen 4B, divide el control de la atmósfera en dos grupos principales: el control de la atmósfera del horno y el control de la atmósfera de suministro. El primero se refiere al horno, los sellos, los quemadores, la circulación, los sensores y la carga; el segundo, al sistema de generación, purificación, mezcla, suministro y monitorización del gas.

### Atmósferas de aire y derivadas de la combustión

El aire es la atmósfera de horno más sencilla y, por lo general, la menos controlada. El oxígeno, el nitrógeno, el vapor de agua y los contaminantes procedentes del horno, los accesorios, los lubricantes y las superficies de las piezas participan en reacciones con el acero caliente. En condiciones oxidantes, se forman óxidos de hierro que crecen hasta convertirse en cascarilla. A temperaturas y con composiciones gaseosas adecuadas, el carbono también abandona la superficie del acero en forma de monóxido de carbono o dióxido de carbono, produciendo una capa descarburada. El manual estadounidense de 1966 de la National Bureau of Standards, *Heat Treatment and Properties of Iron and Steel*, identifica tanto la formación de cascarilla como la descarburación como riesgos superficiales principales y describe específicamente el vapor de agua presente en los productos de combustión como perjudicial.

No obstante, el aire puede seleccionarse deliberadamente cuando la oxidación superficial es aceptable o cuando la operación va seguida de mecanizado, limpieza abrasiva o eliminación de una capa superficial de sacrificio. Cambridge University Press, en su capítulo de 2012 “Atmosphere Control for the Protection of Metals During Production Processes”, distingue entre el recalentamiento para el conformado en caliente y el tratamiento térmico final. La cascarilla durante el recalentamiento puede tolerarse como consecuencia del proceso de fabricación; sin embargo, la cascarilla y la pérdida de carbono durante el temple, el revenido o el recocido pueden invalidar el estado superficial requerido. Esta distinción es importante para aceros al carbono como el C45, designado como [1.0503](/es/materiales/número-de-material/1.0503 " — composición, equivalencias y normas") en la norma EN 10083-2, y para calidades aleadas como el 42CrMo4, designado como [1.7225](/es/materiales/número-de-material/1.7225 " — composición, equivalencias y normas"). Una especificación de tratamiento térmico debe indicar si la composición química superficial forma parte de los criterios de aceptación.

Las atmósferas derivadas de la combustión abarcan desde productos fuertemente oxidantes hasta mezclas ajustadas deliberadamente mediante el control del combustible, el aire, el exceso de oxígeno y la humedad. Su comportamiento no puede deducirse únicamente de la expresión “燃焼ガス” o “combustion atmosphere”. La composición del combustible, el ajuste del quemador, la entrada de aire al horno por fugas, el punto de rocío, la temperatura del horno y la relación entre el caudal de gas y la carga del horno modifican los potenciales de oxígeno y de carbono en la superficie del acero. En un horno mal sellado, un producto de combustión nominalmente reductor puede volverse localmente oxidante cerca de las puertas, las grietas o las vías de escape.

### Entornos endotérmicos, exotérmicos, basados en nitrógeno y de vacío

Los nombres de las atmósferas describen familias o rutas de producción, no resultados superficiales garantizados.
| Familia de atmósferas | Función descrita en el artículo | Cualificación importante |
|---|---|---|
| Derivada del aire y de la combustión | Puede seleccionarse cuando la oxidación es aceptable o el material se eliminará | El combustible, el aire, la humedad, las fugas y la temperatura modifican el comportamiento |
| Endotérmica | Habitualmente se ajusta para carburización, endurecimiento neutro o restauración del carbono | Se requieren estabilidad del generador y del potencial de carbono |
| Exotérmica | Puede proporcionar un entorno relativamente seco y con poco oxígeno | La ruta de producción no garantiza resultados metalúrgicos |
| Basada en nitrógeno | Reduce la concentración de especies oxidantes | El oxígeno residual y la humedad todavía pueden reaccionar |
| Vacío | Elimina la mayor parte de la fase gaseosa | La tasa de fugas, la humedad, la limpieza y el historial de presión siguen siendo importantes |

Las atmósferas protectoras generadas suelen clasificarse en tipos endotérmicos y exotérmicos. El gas endotérmico se produce haciendo reaccionar un combustible hidrocarbonado con aire sobre un catalizador y normalmente se ajusta para la carburización, el temple neutro o la restauración del carbono. El gas exotérmico se genera con un equilibrio aire-combustible diferente y puede utilizarse cuando se requiere un entorno relativamente seco y con bajo contenido de oxígeno. Estas denominaciones describen rutas de producción, no resultados metalúrgicos garantizados. Dos hornos abastecidos con “gas endotérmico” pueden producir reacciones superficiales diferentes si sus generadores, puntos de rocío, controles del potencial de carbono, patrones de circulación o condiciones de estanqueidad difieren.

En el caso del acero, el potencial de carbono es la cuestión decisiva cuando el tratamiento debe conservar o modificar el carbono superficial. El material de ASM de 2017 sobre atmósferas de horno identifica las relaciones que involucran el vapor de agua, el dióxido de carbono y la presión parcial de oxígeno como métodos para evaluar o controlar el potencial de carbono. Las mediciones y los cálculos de control deben estar vinculados a la temperatura del horno y a la composición química real del gas. Una atmósfera con bajo potencial de carbono puede descarburar un acero para herramientas de alto contenido de carbono, mientras que un potencial de carbono excesivamente alto puede carburizar una superficie de bajo contenido de carbono o crear una capa rica en carbono no deseada. Ninguno de estos resultados se evita por denominar al gas “protector”.

#### Compruebe la compatibilidad con el nitrógeno

El oxígeno residual y la humedad todavía pueden formar cascarilla de óxido. A altas temperaturas, el nitrógeno puede interactuar con los elementos de aleación, y un gas rico en nitrógeno puede diluir una atmósfera carburante o neutra lo suficiente como para modificar el potencial de carbono.

Los entornos basados en nitrógeno se suministran como nitrógeno industrial o como mezclas que contienen nitrógeno con hidrógeno, monóxido de carbono, metano u otras adiciones. El nitrógeno reduce la concentración de especies oxidantes, pero no es automáticamente inerte en todos los procesos de tratamiento del acero. El oxígeno residual y la humedad aún pueden formar cascarilla de óxido. A altas temperaturas, el nitrógeno puede interactuar con los elementos de aleación y con las reacciones superficiales, mientras que pequeñas cantidades de hidrógeno pueden modificar el comportamiento reductor y afectar a los controles de seguridad. Un gas rico en nitrógeno también puede diluir una atmósfera carburizante o neutra lo suficiente como para modificar el potencial de carbono, incluso cuando el analizador del horno indica una lectura estable de oxígeno.

Los hornos de vacío eliminan la mayor parte de la fase gaseosa en lugar de sustituir el aire por una mezcla protectora fija. Esto reduce considerablemente la oxidación durante el calentamiento, pero el resultado depende de la presión final, la tasa de fugas, la conductancia de bombeo, la limpieza del horno, la desgasificación de aceites y aglutinantes y el área superficial expuesta de la carga. El vapor de agua liberado por los materiales refractarios o por piezas contaminadas puede volver a entrar en la cámara y reaccionar con el acero caliente. El vacío tampoco restaura el carbono que ya se haya perdido de una superficie. Para calidades como X153CrMoV12, designada como [1.2379](/es/materiales/número-de-material/1.2379 " — composición, equivalencias y normas") conforme a la norma EN ISO 4957, el temple en vacío puede proteger la superficie durante la austenización, pero el control del carbono sigue dependiendo del estado previo del material y de la secuencia completa del proceso.

### Adiciones reactivas que contienen dióxido de carbono o amoníaco

Algunas atmósferas contienen gases químicamente activos, en lugar de ser simplemente protectoras. El dióxido de carbono es un ejemplo clave. A las temperaturas de tratamiento térmico, el CO₂ participa en el equilibrio entre el monóxido de carbono, el carbono y las especies que contienen oxígeno. Su efecto depende de la temperatura, la concentración, el tiempo de permanencia del gas, el estado de la superficie del acero y los niveles asociados de CO, H₂, H₂O e hidrocarburos. Un exceso de CO₂ puede reducir el potencial de carbono y favorecer la descarburación; en otras condiciones, su función forma parte del sistema de reacción controlado utilizado para establecer un nivel objetivo de carbono superficial. Por tanto, una lectura del analizador de gas correspondiente al CO₂ no constituye por sí sola una medición del potencial de carbono.

El amoníaco introduce un conjunto diferente de reacciones. El amoníaco disociado suministra nitrógeno e hidrógeno, y las atmósferas que contienen amoníaco pueden favorecer la nitruración o la nitrocarburación cuando se controlan la temperatura, la disociación, el caudal y la composición química del acero. La actividad del nitrógeno en la superficie determina si se forman nitruros y hasta qué profundidad se difunde el nitrógeno. Los aceros que contienen cromo, molibdeno, aluminio y vanadio responden de forma diferente porque sus nitruros de aleación presentan distinta estabilidad y distintos efectos sobre la dureza y la tenacidad. El amoníaco también puede afectar a las reacciones de oxidación y reducción a través de sus productos de descomposición. El *Steel Heat Treatment Handbook* (CRC Press, 2014) considera el dióxido de carbono, el amoníaco y otros gases reactivos como componentes de la atmósfera que influyen tanto en la resistencia a la oxidación como en el control del carbono superficial.

Las adiciones reactivas pueden introducirse intencionadamente o entrar accidentalmente a través de los productos de combustión, las fugas, los residuos de limpieza o la descomposición de las cargas del horno. La carga del horno modifica el equilibrio: una gran cantidad de piezas aceitosas puede consumir especies reactivas y generar gases adicionales que contienen carbono, mientras que un horno vacío puede exponer el acero a una atmósfera químicamente diferente con los mismos ajustes del controlador. Por consiguiente, la norma ISO 17663:2023 considera el tratamiento térmico en aire o en atmósferas controladas como un requisito de calidad, principalmente para aceros ferríticos y para trabajos realizados en talleres o en obra, y no simplemente como una cuestión de selección del gas.

La protección superficial fuera del horno constituye un tema de control independiente. La norma ISO 17834:2003 aborda los recubrimientos metálicos proyectados térmicamente para la protección contra la corrosión y la oxidación a alta temperatura hasta 1000 °C (1273 K), mientras que la norma ISO 12944-4:2017 clasifica los grados de preparación superficial para estructuras de acero al carbono y de baja aleación, incluidas las superficies sin recubrimiento, con proyección térmica, galvanizadas, electrodepositadas, sherardizadas y pintadas. Estos sistemas no pueden sustituir el control de la atmósfera durante la austenización, el recocido, la carburización, la nitruración o el revenido. La atmósfera debe especificarse y verificarse como una condición del proceso: la identidad del gas, la temperatura, el caudal, la humedad, las fugas, la carga y el potencial de carbono forman parte del resultado metalúrgico.

## La química de las reacciones en la atmósfera del horno

La atmósfera del horno no es una envoltura pasiva alrededor del acero caliente. Es un sistema reactivo en el que tienen lugar simultáneamente reacciones gas–metal, reacciones gas–gas, transferencia de masa y difusión superficial. El resultado depende de la temperatura, la presión, la composición del gas, el flujo, las fugas del horno, la carga de piezas y el estado actual de la superficie del acero. Por lo tanto, un pequeño cambio en la humedad o en el dióxido de carbono puede modificar la formación de cascarilla o el contenido de carbono del metal más externo, incluso cuando la temperatura del horno se mantiene correcta.

El análisis de 2017 de ASM International sobre los controles de la atmósfera del horno divide el tema en dos grupos principales de control: el control de la atmósfera del horno y el control de la atmósfera de suministro. El primero se refiere a lo que existe dentro del horno; el segundo, a los gases que entran en él y a la uniformidad de su suministro. Ambos son importantes. Un gas especificado correctamente puede producir una atmósfera perjudicial si entra aire a través de la junta de una puerta, una zona de presión desequilibrada o un retorta agrietada.

### Vapor de agua, hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono

El vapor de agua es especialmente importante porque puede oxidar el hierro y modificar simultáneamente el carbono superficial. Una representación simplificada de la oxidación del hierro por vapor es:

**Representación simplificada de la reacción:** \\\[ \\mathrm{Fe + H\_2O(g) \\rightleftharpoons FeO + H\_2(g)} \\\]

Esta ecuación no constituye una descripción completa del comportamiento del horno. La oxidación real puede producir wüstite (FeO), magnetita (Fe₃O₄) y hematita (Fe₂O₃), dependiendo de la temperatura y del potencial de oxígeno. Los elementos de aleación pueden formar óxidos adicionales, y la cascarilla puede desarrollar varias capas. La ecuación sí muestra la competencia importante: el aumento de la proporción de vapor de agua con respecto al hidrógeno favorece la oxidación, mientras que las condiciones secas y ricas en hidrógeno reducen la tendencia oxidante cuando los demás gases están controlados.

Por lo tanto, el hidrógeno es más que un diluyente inerte. La relación hidrógeno–vapor de agua se utiliza habitualmente como indicador del potencial de oxígeno porque la reacción

**Representación simplificada de la reacción:** \\\[ \\mathrm{H\_2(g) + \\tfrac{1}{2}O\_2(g) \\rightleftharpoons H\_2O(g)} \\\]

relaciona el hidrógeno, el vapor de agua y el potencial químico del oxígeno. El hidrógeno también puede reducir algunos óxidos, pero no garantiza una superficie limpia. A la temperatura del acero, la cuestión pertinente es si la mezcla gaseosa total tiene un potencial de oxígeno suficientemente bajo para ese acero, esa temperatura y esa reacción superficial concretos. Los aceros inoxidables y los aceros aleados pueden comportarse de forma distinta de los aceros al carbono no aleados, ya que el cromo, el silicio, el manganeso y otros elementos forman óxidos con diferente estabilidad.

El vapor de agua también afecta a la descarburación. El carbono disuelto en la austenita puede reaccionar indirectamente con el vapor de agua, produciendo monóxido de carbono e hidrógeno:

**Representación simplificada de la reacción:** \\\[ \\mathrm{C\_{(dissolved)} + H\_2O(g) \\rightleftharpoons CO(g) + H\_2(g)} \\\]

El átomo de carbono procede de la superficie del acero, por lo que la reacción puede reducir el carbono superficial aunque el volumen conserve aproximadamente su composición original. El manual de 1966 del U.S. National Bureau of Standards identifica la oxidación y la pérdida de carbono como los principales riesgos superficiales del tratamiento térmico y describe específicamente el vapor de agua presente en los productos de combustión como perjudicial. El resultado visible puede ser la cascarilla; el resultado menos visible es una capa empobrecida en carbono, con una respuesta de dureza alterada después del temple.

El monóxido de carbono y el dióxido de carbono participan directamente en la transferencia de carbono. Su equilibrio clave es:

**Representación simplificada de la reacción:** \\\[ \\mathrm{2CO(g) \\rightleftharpoons CO\_2(g) + C\_{(surface)}} \\\]

Cuando el gas favorece la deposición de carbono, este puede entrar en la austenita. Cuando el acero tiene una actividad del carbono superior a la que puede mantener la atmósfera circundante, el carbono abandona la superficie y forma monóxido de carbono o dióxido de carbono. La reacción está simplificada porque, en condiciones normales de cementación, el carbono depositado o absorbido no forma una película de grafito libre; se trata de un intercambio de potencial químico con el carbono disuelto en el acero.

Otra representación útil es la oxidación del carbono por dióxido de carbono:

**Representación simplificada de la reacción:** \\\[ \\mathrm{C\_{(steel)} + CO\_2(g) \\rightleftharpoons 2CO(g)} \\\]

Por consiguiente, un mayor contenido de dióxido de carbono puede favorecer la descarburación en condiciones adecuadas. El monóxido de carbono también puede reducir algunos óxidos de hierro, pero ese mismo gas puede cementar el acero si su relación de equilibrio con el dióxido de carbono y la superficie del acero favorece la transferencia de carbono. La dirección la determinan las proporciones de los gases y la temperatura, no el nombre «gas protector».

El amoníaco añade otra vía de reacción, ya que puede disociarse en nitrógeno e hidrógeno. El *Steel Heat Treatment Handbook*, publicado por CRC Press en 2014, analiza el dióxido de carbono, el amoníaco y otros gases reactivos en relación con la resistencia a la oxidación y el control del carbono superficial. Estas atmósferas deben tratarse como sistemas químicos, no como recetas fijas: la disociación, la humedad, el aire procedente de fugas y las reacciones con los materiales refractarios del horno pueden modificar la atmósfera efectiva antes de que llegue a la carga.

### Potencial de oxígeno y actividad del carbono

La presión parcial de oxígeno, pO2, describe la tendencia termodinámica de la atmósfera a oxidar una superficie. A una temperatura determinada, una presión parcial de oxígeno baja generalmente favorece el hierro metálico frente al óxido de hierro, mientras que un valor más alto favorece la formación de óxidos. El potencial de oxígeno es el concepto químico más amplio; la presión parcial de oxígeno es una forma medible o calculable de expresarlo.

El potencial de carbono es diferente. Describe la tendencia de una atmósfera a transferir carbono a una superficie de acero o a eliminarlo de ella en condiciones especificadas, normalmente con la austenita como fase receptora. Una atmósfera puede tener un potencial de oxígeno bajo y, aun así, no mantener el potencial de carbono requerido. A la inversa, una mezcla gaseosa puede proporcionar un potencial de carbono adecuado y seguir siendo suficientemente oxidante como para formar óxidos no deseados. Estas magnitudes están relacionadas mediante equilibrios gaseosos, pero no son intercambiables.

Para el monóxido de carbono y el dióxido de carbono, la tendencia a transferir carbono depende en gran medida de la relación CO/CO2 y de la temperatura. En las atmósferas que contienen hidrógeno, la relación H2⁢O/H2 ayuda a indicar el potencial de oxígeno y también puede señalar condiciones descarburantes. Las sondas de oxígeno miden una respuesta electroquímica asociada con la actividad del oxígeno, mientras que los instrumentos de punto de rocío evalúan indirectamente la humedad; ninguno de los dos instrumentos, por sí solo, establece todas las reacciones superficiales que tienen lugar en un horno cargado.

El grado de acero es importante. Un acero al carbono como el C45, especificado conforme a EN ISO 683-1, responde de forma distinta de un acero aleado como el 42CrMo4 conforme a EN ISO 683-2, porque los elementos de aleación afectan a la estabilidad de los óxidos, la actividad del carbono, la difusión y las transformaciones de fase. Por lo tanto, los valores de control deben estar vinculados a la temperatura, la composición del acero, el ciclo de tratamiento y el estado superficial requerido. Una composición nominal del gas sin esas variables no constituye una descripción válida del proceso.

### Cinética de las reacciones en la superficie del acero

#### Etapas que controlan la velocidad de reacción superficial

- **Transporte** El gas se desplaza a través de la capa límite del horno.
- **Llegada a la superficie** La molécula alcanza la cascarilla o el metal desnudo.
- **Adsorción y reacción** La especie se fija y reacciona en la superficie.
- **Eliminación de productos** Los productos de la reacción abandonan la interfase.
- **Difusión en estado sólido** El carbono y los elementos de aleación se desplazan hacia el interior o el exterior del acero.

El equilibrio termodinámico predice la dirección preferente de una reacción, pero no indica con qué rapidez cambiará la superficie. La cinética aporta esa parte que falta. Una molécula de gas debe desplazarse a través de la capa límite del horno, llegar a la cascarilla o al metal desnudo, adsorberse, reaccionar y permitir que los productos se retiren. A continuación, el carbono y los elementos de aleación se difunden hacia el interior o hacia el exterior del acero. Cualquiera de estas etapas puede limitar la velocidad global.

Al comienzo del calentamiento, una superficie recién expuesta puede reaccionar rápidamente porque no tiene una cascarilla establecida. A medida que el óxido se engrosa, la difusión a través de la cascarilla puede convertirse en la etapa controlante. La porosidad, el agrietamiento y el desprendimiento de la cascarilla pueden volver a exponer la superficie y producir una oxidación irregular. La circulación del horno afecta a la capa límite, mientras que la separación entre las piezas afecta a la rapidez con que se eliminan el vapor de agua, el dióxido de carbono y los productos de reacción.

La descarburación también se desarrolla como un perfil de concentración, no como una pérdida uniforme e instantánea. El carbono se difunde desde el interior hacia una superficie cuya actividad de equilibrio del carbono es menor. La profundidad de la capa afectada depende de la temperatura, el tiempo, la composición del acero, la microestructura previa y el potencial de carbono efectivo de la atmósfera. El temple puede conservar ese perfil, haciendo visible posteriormente como gradiente de dureza una reacción superficial breve.

La exposición de 2012 de Cambridge University Press sobre el control de atmósferas distingue entre el recalentamiento para operaciones de conformado y el tratamiento térmico final: unas condiciones oxidantes no controladas pueden tolerarse de manera diferente durante una operación de forja que durante un ciclo final de endurecimiento, en el que la cascarilla y la descarburación afectan directamente a la superficie especificada. Del mismo modo, ISO 17663:2023 incluye el tratamiento térmico en aire o en atmósferas controladas dentro de un marco de calidad, principalmente para aceros ferríticos y para trabajos realizados en talleres o in situ. En consecuencia, la química de la atmósfera forma parte de la validez del proceso. Una temperatura y un tiempo de mantenimiento correctos no pueden compensar un ciclo cuyo potencial de oxígeno, nivel de humedad o potencial de carbono haya permitido que la superficie cambie antes de que se produzca la transformación requerida.

## Control de la atmósfera: horno, suministro y medición

El control de la atmósfera no consiste en un único ajuste del flujo de gas. Es el control coordinado del recinto del horno y de la atmósfera que entra en dicho recinto, utilizando mediciones para determinar si la condición química prevista llega al acero. *Furnace Atmosphere Controls in Heat Treating* (2017), de ASM International, identifica estos dos grupos principales de control: **control de la atmósfera del horno** y **control de la atmósfera de suministro**. La distinción es importante porque un gas correctamente mezclado puede producir un resultado superficial incorrecto después de atravesar fugas, quemadores, retortas, trayectorias de circulación o una zona de trabajo muy cargada.

### Los dos grupos de control identificados por ASM

El control de la atmósfera del horno se refiere a los equipos que contienen y distribuyen la atmósfera. Las juntas de las puertas, los vestíbulos, las retortas, los sistemas de quemadores, las compuertas de escape, los ventiladores, las soleras y los deflectores internos afectan a la condición del gas que rodea la carga. La presión del horno forma parte de este grupo. Una ligera presión positiva puede limitar la entrada de aire a través de una holgura de la puerta, pero una presión excesiva puede forzar el gas de proceso a través de las juntas y crear una condición de escape insegura o químicamente inestable. Una presión negativa puede aspirar aire hacia el horno, especialmente durante el movimiento de las puertas o a través de juntas dañadas.

La distribución de la temperatura y la circulación del gas también pertenecen al lado del horno del problema de control. Un horno puede mostrar una temperatura media satisfactoria mientras persisten regiones estancadas más frías, con mayor contenido de vapor de agua o empobrecidas en un componente reactivo. La velocidad del ventilador, la dirección del flujo, la separación de la carga, las cestas, los dispositivos de sujeción y el área superficial expuesta del acero modifican la capa límite local. Las retortas añaden otra resistencia al transporte: la atmósfera medida fuera de la retorta puede no representar el gas de su interior, especialmente durante la purga, el calentamiento o un cambio rápido de composición.

El grupo de la atmósfera de suministro comienza aguas arriba. Incluye los gases de origen, los generadores endotérmicos o exotérmicos, los sistemas de nitrógeno-metanol, el gas enriquecedor, el amoníaco disociado, el propano, el aire, el vapor y los equipos utilizados para dosificarlos, mezclarlos, secarlos, calentarlos y suministrarlos. Los controladores de flujo deben mantener la proporción prevista a medida que cambia la demanda. Un regulador que mantiene la presión, pero no la composición, no proporciona control de la atmósfera. Una línea obstruida o parcialmente restringida puede producir el mismo síntoma que una receta incorrecta: el controlador del horno ordena el potencial de carbono objetivo, pero la pieza recibe una mezcla de gases diferente.

Las reacciones de los gases continúan después de la mezcla. El monóxido de carbono y el dióxido de carbono pueden participar en la reacción superficial del acero, mientras que el metano y otros hidrocarburos pueden aportar carbono en condiciones de cementación. El vapor de agua puede oxidar el hierro y desplazar el equilibrio de las reacciones que contienen carbono. El manual del U.S. National Bureau of Standards *Heat Treatment and Properties of Iron and Steel* (1966) identifica la oxidación, que produce cascarilla, y la pérdida de carbono superficial, que produce descarburación, como riesgos superficiales primarios; asimismo, describe el vapor de agua presente en los productos de combustión como perjudicial. El tratamiento de las atmósferas de horno de ASM de 2017 sitúa las reacciones de los gases, los principales gases y vapores y la descarburación relacionada con la atmósfera en el centro del control del tratamiento térmico del acero.

Los grupos del horno y del suministro interactúan continuamente. Una fuga en una puerta puede admitir oxígeno, pero la lectura resultante depende de la presión y de la circulación del horno. Un cambio en el área de la carga puede consumir o generar especies reactivas, modificando la atmósfera aunque los caudalímetros de suministro no se hayan movido. Un ajuste del quemador puede alterar el vapor de agua y el dióxido de carbono al mismo tiempo que modifica el aporte térmico. Tratar ambos grupos como intercambiables oculta estas causas.

![Sensores de atmósfera y líneas de muestreo conectados a un horno de tratamiento térmico.](/images/uploads/86177d4d-9fad-447e-b4ab-adeac225d917/wiki-inline-a-heat-treatment-control-cabinet-connected-to-an-oxygen-probe-dew-point-sampler-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/86177d4d-9fad-447e-b4ab-adeac225d917/wiki-inline-a-heat-treatment-control-cabinet-connected-to-an-oxygen-probe-dew-point-sampler-1920x1288.avif "Ampliar imagen — Sensores de atmósfera y líneas de muestreo conectados a un horno de tratamiento térmico.")Sensor location and response time determine whether a reading represents the work zone.

### Sensores, muestreo y lazos de control

Cada medición responde a una pregunta diferente sobre el control de la atmósfera.
| Medición | Qué indica | Limitación |
|---|---|---|
| Sonda de oxígeno | Respuesta electroquímica asociada a la actividad del oxígeno | Depende del estado de la sonda, del aire de referencia, de la temperatura y de las hipótesis de equilibrio |
| Instrumento de punto de rocío | Información sobre la humedad | La condensación en la línea de muestreo puede generar un resultado falsamente seco |
| Analizador infrarrojo | Concentración de dióxido de carbono o monóxido de carbono | Mide especies seleccionadas, no todas las reacciones superficiales |
| Inspección de la zona de trabajo | Respuesta real del acero | Normalmente se realiza después del tratamiento y no de forma continua |

Lazo de control **Lazo de control** Disposición de control del proceso en la que un sensor mide una variable, un controlador la compara con un objetivo y se ajusta una entrada manipulada.

Un lazo de control normalmente contiene una variable de proceso, un sensor, un controlador y una variable manipulada. Para el control del potencial de carbono, la variable de proceso puede inferirse a partir de la presión parcial de oxígeno, medirse con una sonda de oxígeno o calcularse mediante relaciones que incluyen el monóxido de carbono, el dióxido de carbono y el vapor de agua. La medición del punto de rocío proporciona información sobre el vapor de agua. Los analizadores infrarrojos pueden medir dióxido de carbono o monóxido de carbono, mientras que los analizadores de oxígeno proporcionan una indicación directa de la contaminación oxidante. Estos instrumentos no miden «la atmósfera» como una magnitud universal única; cada uno responde a una especie química, temperatura, presión y estado de calibración determinados.

Una sonda de oxígeno instalada en la zona caliente de trabajo puede proporcionar una señal electroquímica rápida, pero su interpretación depende de la temperatura de la sonda, del aire de referencia, del estado del sensor y del equilibrio supuesto de las reacciones gaseosas. Un sensor de punto de rocío situado en un armario de muestreo refrigerado mide una muestra transportada y acondicionada, no el gas a la temperatura del horno. La condensación en la línea de muestreo elimina agua de la muestra y crea un resultado falsamente seco. Los gases reactivos también pueden reaccionar con las paredes de los tubos, los filtros o el condensado antes de llegar al analizador. Por tanto, el material, la longitud, el diámetro, el trazado térmico, la filtración y el caudal de la muestra pasan a formar parte del sistema de medición.

La calibración debe adecuarse al instrumento y al proceso. Las comprobaciones de cero y de intervalo, los gases de referencia, la verificación de la sonda y los registros de deriva permiten establecer si un cambio es real o instrumental. Una indicación del potencial de carbono calculada a partir de una señal en milivoltios de una sonda de oxígeno puede permanecer estable mientras la sonda se recubre, se obstruye la trayectoria del aire de referencia o es incorrecta la temperatura del horno utilizada en el cálculo. El controlador puede entonces realizar una corrección correcta sobre la base de una medición incorrecta.

El tiempo de respuesta es igualmente importante. La composición del gas en una estación de mezcla cambia primero; después cambia la línea de suministro; la atmósfera del horno cambia cuando el gas nuevo desplaza el volumen antiguo; y la superficie del acero responde tras un retraso adicional determinado por la temperatura, la geometría y la cinética de la reacción. Una línea de muestreo corta situada cerca de la entrada puede mostrar un cambio escalonado en segundos, mientras que una sonda próxima a la pieza permanece prácticamente sin cambios durante minutos. Si el controlador actúa más rápido de lo que el proceso puede responder, puede producir sobreimpulsos y oscilaciones. Si actúa con demasiada lentitud, una desviación real hacia la descarburación puede continuar después de que se haya superado el umbral de alarma.

Por tanto, la realimentación debe basarse en un volumen de control definido. El valor de consigna de una receta es una orden, no una prueba de protección superficial. El potencial de carbono, el nivel de oxígeno o el punto de rocío ordenados deben comprobarse mediante una medición independiente y, cuando sea práctico, frente al resultado obtenido en el acero. El carbono superficial, la cascarilla, la microdureza y las evidencias metalográficas pueden revelar un problema de atmósfera que un analizador remoto no haya detectado. Esto es especialmente importante en los grados cuyo espesor de capa, dureza o carbono superficial especificados dejan poco margen para la descarburación.

### Por qué la ubicación de la medición cambia la interpretación

El mismo gas puede producir lecturas diferentes en posiciones distintas. Cerca de la entrada de suministro, la muestra puede representar la mezcla antes de que haya entrado en contacto con la carga. Sobre una cesta densa, puede representar una bolsa estancada. Cerca de un puerto de escape, puede estar diluida por una fuga o enriquecida por productos de reacción. Dentro de una retorta, puede diferir de la del horno abierto porque el intercambio de gases está restringido. Una sonda instalada en una zona caliente puede indicar la atmósfera que rodea a la sonda, mientras que la superficie del acero se encuentra detrás de dispositivos de sujeción o dentro de una carga compacta.

La ubicación del muestreo también determina si la lectura es predictiva o diagnóstica. Un analizador aguas arriba identifica lo que suministra el sistema de suministro. Una sonda situada en la zona de trabajo indica lo que ha sobrevivido al transporte y a las reacciones del horno. Una muestra del escape puede mostrar el resultado integrado de las fugas, la combustión y la reacción de la carga, pero quizá no identifique dónde se produjo el cambio. Ninguna de estas posiciones es automáticamente correcta; cada una responde a una pregunta diferente.

La carga de acero forma parte de esa interpretación. Las piezas limpias, aceitosas, húmedas, con cascarilla o muy oxidadas liberan vapores y consumen gases reactivos durante el calentamiento. Una superficie grande puede modificar el balance local de carbono más que una pequeña probeta de ensayo. Los dispositivos de sujeción y los materiales refractarios también pueden reaccionar con la atmósfera. Por este motivo, una calibración sin carga no valida completamente un ciclo de producción.

La norma ISO 17663:2023 especifica requisitos de calidad para el tratamiento térmico en aire o en atmósferas controladas, principalmente para aceros ferríticos y para trabajos realizados en talleres o en obra. Su relevancia es tanto procedimental como metalúrgica: la condición controlada debe definirse, vigilarse y relacionarse con el trabajo. La exposición de Cambridge University Press de 2012 sobre el control de la atmósfera también separa el recalentamiento para la elaboración del tratamiento térmico final y advierte que las atmósferas oxidantes no controladas causan formación de cascarilla y, en los aceros, descarburación. Por tanto, el resultado válido no es el valor impreso junto a un panel de gases. Es la relación demostrada entre la composición del suministro, la condición del horno, la atmósfera medida en la zona de trabajo, el historial de exposición y la superficie del acero que emerge.

## Selección de la atmósfera según el tipo de acero y la operación de tratamiento térmico

La selección de la atmósfera debe basarse tanto en la familia del acero como en la operación que se realiza. Un gas que protege un acero de bajo contenido de carbono durante el recocido puede alterar la superficie de un aro de rodamiento de alto contenido de carbono durante la austenitización. El resultado requerido también puede variar: el recalentamiento para forja puede tolerar una cascarilla que se eliminará posteriormente, mientras que un componente carburizado, templado o rectificado acabado puede no tolerar una oxidación medible ni una pérdida de carbono.

El manual del U.S. National Bureau of Standards, *Heat Treatment and Properties of Iron and Steel*, identifica directamente los dos peligros superficiales principales: la oxidación forma cascarilla, mientras que la pérdida de carbono de la superficie provoca descarburación. También describe el vapor de agua presente en los productos de combustión como perjudicial. El tratamiento de ASM International de 2017 sobre el control de las atmósferas de horno distingue entre el control del horno y el control de la atmósfera de suministro. Ambos son importantes. Un gas correctamente especificado aún puede producir un resultado defectuoso si son incorrectos el caudal, el punto de rocío, el potencial de oxígeno, el potencial de carbono, las fugas, el ajuste de los quemadores o la carga del horno.

### Aceros al carbono y de baja aleación

Los aceros al carbono simple y los aceros de baja aleación suelen analizarse como si su designación determinara por sí sola la atmósfera. No es así. AISI/SAE 1018, AISI/SAE 1045, AISI/SAE 4140 y AISI/SAE 4340 pueden calentarse en hornos descritos como «neutros», pero la condición superficial aceptable difiere según la operación, el tamaño de la sección y la sobremedida de mecanizado posterior.

En un acero de bajo contenido de carbono como AISI/SAE 1018, una pequeña pérdida de carbono superficial puede tener poco efecto sobre las propiedades de tracción del material en su conjunto, porque la concentración de carbono ya es baja. No obstante, puede ser importante en una región delgada endurecida superficialmente, en un borde mecanizado o cuando la superficie deba responder posteriormente de manera uniforme a la carburización, al endurecimiento por inducción o a la nitruración. En AISI/SAE 1045, la descarburación en la superficie de un eje o engranaje puede reducir el carbono disponible para la formación de martensita. El resultado puede ser una capa superficial más blanda bajo una cascarilla aparentemente aceptable tras su eliminación.

Los aceros de baja aleación para temple, como AISI/SAE 4140 y AISI/SAE 4340, presentan una preocupación diferente. El cromo, el molibdeno, el manganeso y el silicio afectan a las reacciones de oxidación y a la templabilidad, pero las adiciones de aleación no hacen que la superficie sea inmune a la pérdida de carbono. Una superficie empobrecida en carbono puede seguir siendo más débil después del temple, incluso cuando el núcleo alcanza la dureza especificada. Las películas de óxido también pueden interferir con la inspección dimensional, el ensayo de partículas magnéticas, la adherencia de los recubrimientos o el mecanizado posterior.

Para estos grados, la atmósfera se selecciona de acuerdo con el equilibrio de carbono requerido. Una atmósfera neutra o controlada debe mantener la actividad del carbono superficial próxima al valor previsto para el acero; una condición carburizante solo es apropiada cuando se especifica un aumento intencionado de carbono. El potencial de carbono no se establece simplemente nombrando un gas. ASM Handbook Volume 4B describe relaciones de control que implican el vapor de agua, el dióxido de carbono y la presión parcial de oxígeno, junto con métodos de medición directos o indirectos. En la práctica, el sistema de control del horno y sus sensores determinan si la atmósfera indicada existe realmente en la pieza.

Las secciones delgadas se calientan rápidamente y tienen una elevada relación entre superficie y volumen. Pueden perder una fracción mayor de su capa superficial portadora de carbono antes de que la carga alcance la temperatura. Las uniones soldadas pueden ser aún más sensibles: el metal de soldadura, la zona afectada por el calor y el metal base pueden tener composiciones y microestructuras previas diferentes, mientras que las tensiones residuales y las películas de óxido varían a lo largo de la unión. ISO 17663:2023 especifica requisitos de calidad para el tratamiento térmico en aire o en atmósferas controladas en relación con la soldadura y procesos afines, aplicables principalmente a aceros ferríticos y a trabajos realizados en talleres o in situ. Por tanto, respalda el tratamiento térmico de soldaduras como un proceso documentado, no como una exposición informal en un horno.

### Aceros para herramientas, rodamientos y de alto contenido de carbono

Los aceros de alto contenido de carbono exigen un control más estricto porque la concentración de carbono superficial afecta directamente a la dureza, la resistencia al desgaste, la austenita retenida y la estabilidad dimensional. Entre los ejemplos se incluyen el acero para rodamientos AISI/SAE 52100, el acero para herramientas AISI D2, AISI O1 y AISI W1. Su condición superficial después de la austenitización no es una cuestión meramente estética.

Una capa descarburada en AISI/SAE 52100 puede producir una región blanda bajo la pista de rodadura de un rodamiento. La eliminación de la cascarilla mediante una limpieza ligera no elimina necesariamente dicha capa. En un acero para herramientas como AISI D2, la pérdida de carbono superficial puede reducir el carbono disponible para formar la estructura martensítica y con carburos prevista. Una oxidación excesiva también puede modificar la sobremedida de rectificado y favorecer defectos durante el acabado. AISI O1 y AISI W1 son igualmente vulnerables durante el endurecimiento, porque su comportamiento depende en gran medida del carbono retenido en la superficie.

Los componentes de alto contenido de carbono no se protegen simplemente haciendo que la atmósfera sea «rica en carbono». Un potencial de carbono excesivo puede producir hollín, deposición de carburos o una química superficial alterada, en lugar de un resultado controlado. La atmósfera requerida debe adecuarse al grado, a la temperatura de austenitización, al tiempo de exposición y a la respuesta del horno. El procesamiento en vacío, a baja presión, en sales, con gas neutro controlado o con una atmósfera cuyo contenido de carbono se ajuste deliberadamente puede ser técnicamente aplicable en cada caso, pero la elección depende de la condición superficial especificada y de la capacidad del equipo.

Los aros de rodamientos y las herramientas de precisión también ponen de manifiesto un problema dimensional. La oxidación consume metal superficial y puede crear cascarilla en esquinas, orificios y dispositivos de apoyo. Los gradientes térmicos y una circulación irregular del gas pueden hacer que una región se oxide o se descarbure más que otra. Por tanto, el espesor de la sección, la disposición de las piezas, la densidad de carga, la condición previa esferoidizada o recocida y el estado del revestimiento del horno forman parte de la decisión sobre la atmósfera. La designación del acero es solo el punto de partida.

La misma lógica se aplica a los aceros para muelles y a los alambres de alto contenido de carbono. Un alambre delgado puede alcanzar rápidamente la temperatura de tratamiento, dejando poco tiempo al operador para detectar una desviación de la atmósfera antes de que cambie el carbono superficial. Los componentes templados son especialmente sensibles porque sus propiedades finales ya están determinadas por una secuencia estrecha de calentamiento, temple y revenido. Un defecto superficial formado durante la austenitización no puede corregirse de manera fiable mediante el revenido.

### Austenitización, recocido, normalizado, revenido y alivio de tensiones

Los requisitos de atmósfera varían según la operación de tratamiento térmico.
| Operación | Problema relativo a la atmósfera | Implicación superficial |
|---|---|---|
| Austenización | Oxidación rápida y transferencia de carbono | Puede alterar la dureza y el carbono superficial |
| Recocido | La exposición prolongada aumenta la posibilidad de reacción | La cascarilla o la pérdida de carbono pueden requerir una sobremedida de mecanizado |
| Normalizado | A menudo se realiza en aire para material que se procesará posteriormente | El cambio superficial puede ser inaceptable para piezas destinadas al servicio directo |
| Revenido | Una temperatura más baja no elimina la oxidación | Las condiciones de baja oxidación protegen el acabado y las dimensiones |
| Alivio de tensiones | La exposición al aire puede formar cascarilla en superficies preparadas | Puede ser necesario un apantallamiento controlado para los componentes acabados |

La austenitización suele ser la operación más sensible a la atmósfera. El acero se calienta hasta el intervalo de la austenita, donde la oxidación y la transferencia de carbono pueden avanzar rápidamente. Los aceros de alto contenido de carbono y los aceros para herramientas requieren un control que preserve el carbono superficial, mientras que los aceros de bajo contenido de carbono pueden requerir protección contra la pérdida de carbono cuando la superficie vaya a endurecerse o carburizarse posteriormente. La carga debe calentarse de manera uniforme, sin considerar el valor de consigna del horno como prueba de la temperatura de la pieza ni de su condición superficial.

El recocido generalmente permite una exposición más prolongada en el horno que el endurecimiento, lo que aumenta la posibilidad de formación de cascarilla y descarburación. El recocido completo, el recocido subcrítico y el recocido de esferoidización también difieren en temperatura y tiempo, por lo que una única «atmósfera de recocido» no es suficiente. Para AISI/SAE 1045 o AISI/SAE 4140, la pérdida de carbono superficial puede ser aceptable únicamente cuando el mecanizado vaya a eliminarla; para AISI/SAE 52100 o AISI D2, la misma sobremedida puede ser inaceptable. El enfriamiento lento no repara una superficie alterada.

El normalizado se realiza habitualmente en aire para piezas forjadas y componentes estructurales cuando está prevista la eliminación de la cascarilla. Se trata de una decisión de producción, no de una prueba de que el aire sea neutro. El análisis de Cambridge University Press de 2012 sobre el control de atmósferas distingue entre el recalentamiento para conformado y el tratamiento térmico final, y relaciona las atmósferas oxidantes no controladas con la formación de cascarilla y la descarburación del acero. Por tanto, un eje normalizado destinado al servicio directo, a la inspección o al endurecimiento por inducción puede requerir protección controlada, incluso cuando una pieza en bruto forjada pueda normalizarse en aire.

El revenido se realiza por debajo del intervalo de austenitización, pero la oxidación sigue siendo posible, especialmente durante exposiciones prolongadas o ciclos repetidos de revenido. Una atmósfera limpia y de baja oxidación protege las dimensiones y el acabado superficial; no necesita la misma estrategia de potencial de carbono que se utiliza durante la austenitización. Los colores de revenido no deben considerarse una medición fiable del control de la atmósfera, especialmente cuando el espesor del óxido varía a lo largo de una carga.

El alivio de tensiones de uniones soldadas y piezas mecanizadas se realiza a menudo en aire; sin embargo, la exposición al aire puede formar cascarilla en la superficie y alterar una unión preparada o un componente acabado. ISO 17663:2023 es pertinente cuando el tratamiento está relacionado con la soldadura, incluidos los trabajos realizados in situ. Para un componente que requiera una superficie limpia, la decisión puede favorecer una atmósfera controlada, el vacío, una protección local o un recinto protegido, en lugar de un horno expuesto.

Por último, la atmósfera del horno y la protección superficial posterior son controles independientes. ISO 17834:2003 trata los recubrimientos metálicos aplicados por proyección térmica para la protección contra la corrosión y la oxidación a alta temperatura hasta 1000 °C (1273 K), mientras que ISO 12944-4:2017 clasifica los grados de preparación superficial para estructuras de acero al carbono y de baja aleación. Ninguna de estas normas sustituye al control durante el calentamiento. La atmósfera debe producir primero la superficie metalúrgica especificada; los recubrimientos y la preparación posterior al tratamiento corresponden a una etapa diferente.

## Tratamiento térmico en aire frente a atmósferas controladas

El aire es práctico, pero la practicidad no lo hace metalúrgicamente neutro. A temperaturas elevadas, el oxígeno y el vapor de agua pueden reaccionar con el acero, mientras que el gas circundante puede modificar la actividad del carbono en la superficie. El resultado puede ser cascarilla, descarburación, carburación o una combinación de estas condiciones. Que ese resultado sea aceptable depende de lo que ocurra posteriormente con la superficie y de la función que deba desempeñar la pieza durante el servicio.

El *U.S. Department of Commerce, National Bureau of Standards*, en *Heat Treatment and Properties of Iron and Steel* (1966), identifica directamente los dos riesgos superficiales principales: la oxidación produce cascarilla y la pérdida de carbono de la superficie produce descarburación. También describe el vapor de agua presente en los productos de combustión como perjudicial. Por tanto, la atmósfera del horno forma parte de la especificación del tratamiento térmico, y no es simplemente un medio para llenar el espacio alrededor de la carga.

### Cuándo el calentamiento en aire penaliza la superficie

El calentamiento de acero al carbono o de acero de baja aleación en aire forma óxidos de hierro cuya composición cambia con la temperatura y con las condiciones locales del gas. La cascarilla consume metal, modifica las dimensiones y puede interferir con el mecanizado, la soldadura, el recubrimiento o la inspección posteriores. También puede desprenderse durante la manipulación y dejar una superficie irregular. El óxido no es la única preocupación. Una superficie expuesta a un entorno oxidante y pobre en carbono puede perder carbono por difusión desde el acero hacia el gas.

Esa pérdida de carbono crea una capa descarburada. En un componente endurecido, la región afectada puede presentar menor dureza y menor resistencia al desgaste que el interior. En un componente sometido a fatiga, la alteración de la química superficial y los cambios microestructurales asociados pueden afectar al comportamiento previsto, incluso cuando la dureza global cumple el requisito del plano. La profundidad y la gravedad dependen de la composición del acero, la temperatura, el tiempo de mantenimiento, el estado de la superficie, la composición del gas y la actividad del carbono establecida en la interfaz.

Una atmósfera controlada no significa «cualquier gas que no sea aire». ASM International, en *Furnace Atmosphere Controls in Heat Treating* (2017), divide el control en dos grupos principales: el control de la atmósfera del horno y el control de la atmósfera de suministro. El primero se refiere a lo que existe en el horno y a la forma en que se mide; el segundo, a los gases, generadores, equipos de mezcla, sistemas de purificación y medios de suministro que crean esa condición. Ambos son importantes. Un gas correctamente seleccionado aún puede producir un resultado incorrecto si entra humedad en el sistema de suministro, si el horno presenta fugas o si el sistema de medición no representa la zona de carga.

En los aceros al carbono, el control del potencial de carbono es fundamental durante los tratamientos en los que el carbono superficial debe permanecer estable. ASM describe relaciones que implican el vapor de agua, el dióxido de carbono y la presión parcial de oxígeno como medios para evaluar o controlar el potencial de carbono. Estas especies no son indicadores intercambiables en todos los diseños de horno, y un valor de consigna solo tiene significado cuando están definidos el método de medición, la temperatura, el flujo de gas y la respuesta del horno. El *Steel Heat Treatment Handbook* (CRC Press, 2014) también analiza el dióxido de carbono, el amoníaco y otros gases reactivos, ya que la química de la atmósfera puede afectar tanto a la resistencia a la oxidación como al control del carbono superficial.

La especificación del proceso debe indicar la condición superficial aceptable. «Calentar en aire» es una indicación incompleta, a menos que la especificación también permita la cascarilla y la química superficial resultantes, o exija una operación posterior para eliminarlas o corregirlas. El requisito de una superficie brillante, una descarburación máxima especificada, la conservación de la precisión dimensional o una capa endurecida funcional apunta hacia un control más estricto de la atmósfera.

### Recalentamiento para conformado frente a tratamiento final

Un error habitual de categorización consiste en tratar toda operación a alta temperatura como si tuviera el mismo requisito superficial. El capítulo «Atmosphere Control for the Protection of Metals During Production Processes» de Cambridge University Press (2012) distingue entre el recalentamiento para operaciones de conformado y el tratamiento térmico final. Esta distinción debe reflejarse en la planificación del proceso.

Durante el recalentamiento para forja, laminación u otra operación de conformado, puede tolerarse cierta cantidad de cascarilla porque el descascarillado, la deformación, el recorte o el mecanizado eliminarán el material afectado. El objetivo principal de la etapa de calentamiento es llevar la pieza a una condición adecuada para la deformación plástica. Por tanto, el aire puede ser aceptable en un proceso en el que la capa oxidada se controle y se elimine antes de establecer las dimensiones o propiedades finales. Esto no autoriza a ignorar la atmósfera: una cantidad excesiva de cascarilla puede reducir el rendimiento, dañar las herramientas, ocultar defectos y producir pliegues superficiales u otros problemas de fabricación.

El tratamiento térmico final es diferente. El temple y revenido, el normalizado, el recocido, el tratamiento de solubilización o el alivio de tensiones pueden establecer las propiedades de la superficie que permanecerá en servicio. Si la pieza se termina después del tratamiento, puede quedar muy poco material disponible para eliminar la cascarilla o la descarburación. Una pista de rodamiento, un diente de engranaje, un resorte, un cuello de eje o una superficie de desgaste no pueden evaluarse con el mismo criterio que un tocho de forja que posteriormente será mecanizado.

La distinción también se aplica a los trabajos relacionados con la soldadura. ISO 17663:2023 especifica los requisitos de calidad para el tratamiento térmico en aire o en atmósferas controladas en relación con la soldadura y los procesos afines, principalmente para aceros ferríticos y para trabajos realizados en talleres o en obra. Su alcance refuerza el aspecto práctico: la atmósfera aceptable y el resultado superficial deben vincularse a la operación, el material, el equipo y los requisitos de inspección definidos.

Una especificación de tratamiento final debe indicar si se permite la cascarilla, si se requiere una limpieza posterior al tratamiento y cómo deben medirse la descarburación u otras modificaciones superficiales. También debe definir la designación pertinente del acero, como C45, 42CrMo4 o un grado especificado conforme a una norma de producto determinada, ya que la composición afecta a la respuesta frente a la oxidación y la transferencia de carbono. El control de la atmósfera no puede corregir un criterio de aceptación ambiguo.

### Alternativas de vacío y gases inertes

Los hornos de vacío reducen la presión parcial de los gases reactivos al eliminar la mayor parte del gas del horno antes del calentamiento. Los sistemas de gases inertes sustituyen el aire por gases como argón o nitrógeno, siempre que el gas seleccionado sea compatible con el acero, la temperatura y el tratamiento. Estos métodos persiguen el mismo objetivo general que una atmósfera de horno controlada —limitar las reacciones superficiales no deseadas—, pero no hacen imposible toda reacción.

La calidad del vacío, las fugas, la humedad residual, la limpieza del horno, la carga y el historial de presión afectan al resultado superficial. Los gases inertes pueden contener oxígeno o humedad contaminante, y el nitrógeno puede interactuar con determinados sistemas de aleación o condiciones superficiales. Un gas que sea inerte para un grado y un proceso puede no serlo, en el mismo sentido práctico, para otro. También pueden utilizarse deliberadamente adiciones reactivas cuando se requiere carburación, nitruración o corrección del potencial de carbono.

En consecuencia, la elección es una decisión de proceso y no una clasificación jerárquica de los tipos de horno. Una atmósfera controlada puede mantener el carbono superficial mientras limita la formación de cascarilla; el vacío puede reducir la contaminación en fase gaseosa y la formación de cascarilla; y un entorno inerte puede proporcionar una barrera adecuada cuando su pureza y su química están controladas. Ninguno debe describirse, sin matices, como un medio que elimina todas las reacciones superficiales.

La protección superficial posterior al tratamiento térmico es un tema independiente. ISO 17834:2003 abarca los recubrimientos metálicos proyectados térmicamente para la protección frente a la corrosión y la oxidación a alta temperatura hasta 1000 °C (1273 K), mientras que ISO 12944-4:2017 clasifica los grados de preparación superficial para estructuras de acero al carbono y de baja aleación, y distingue entre superficies sin recubrimiento, proyectadas térmicamente, galvanizadas, electrodepositadas, sherardizadas y pintadas. Estas normas no sustituyen el requisito relativo a la atmósfera del tratamiento térmico. El documento final del proceso debe indicar si la superficie debe permanecer tal como ha sido tratada, limpiarse, mecanizarse o recibir un sistema protector posterior, y debe definir la condición que se considera aceptable.

## Protección superficial más allá de la atmósfera del horno

Un recubrimiento y una atmósfera de horno protegen al acero en momentos diferentes de su ciclo de vida. La atmósfera actúa mientras el acero está lo suficientemente caliente como para que prosigan las reacciones de oxidación, carburización o descarburación. Un recubrimiento, por lo general, actúa posteriormente, durante el almacenamiento, el servicio o la exposición a un entorno corrosivo o de alta temperatura. Confundir estas funciones puede invalidar un tratamiento térmico incluso cuando la pieza terminada parece limpia.

El U.S. Department of Commerce, National Bureau of Standards, en *Heat Treatment and Properties of Iron and Steel* (1966), identifica los dos riesgos superficiales principales durante el calentamiento: la oxidación produce cascarilla, mientras que la pérdida de carbono de la superficie produce descarburación. El vapor de agua presente en los productos de combustión se describe como perjudicial. Cambridge University Press establece la misma distinción entre procesos en *Atmosphere Control for the Protection of Metals During Production Processes* (2012), al separar el recalentamiento para operaciones de conformado del tratamiento térmico final y relacionar las atmósferas oxidantes no controladas tanto con la formación de cascarilla como con la descarburación del acero.

El tratamiento de ASM International de 2017 sobre el control de la atmósfera del horno divide el problema en “control de la atmósfera del horno y de suministro”. Esta distinción es importante incluso cuando existe un recubrimiento superficial separado. Un recubrimiento puede reducir el contacto entre el metal y el gas del horno, pero no establece un potencial de carbono conocido en toda la carga, no compensa una fuga ni demuestra que el horno haya alcanzado la condición química especificada. El potencial de carbono depende de las reacciones gaseosas y de relaciones en las que intervienen el dióxido de carbono, el vapor de agua y la presión parcial de oxígeno; ASM también identifica la descarburación relacionada con la atmósfera como un tema central del tratamiento térmico de los aceros.

### Recubrimientos metálicos aplicados por proyección térmica

Los recubrimientos metálicos aplicados por proyección térmica se producen calentando un material de aporte metálico y proyectando partículas fundidas o semifundidas sobre un sustrato preparado. La capa depositada está formada por partículas superpuestas, por lo que su porosidad, contenido de óxidos, adherencia, espesor y estado de sellado dependen del proceso de proyección y de la preparación del sustrato. El aluminio, el zinc, los sistemas de zinc-aluminio y otros metales proyectados pueden seleccionarse según la exposición corrosiva o térmica, pero el recubrimiento debe especificarse como un sistema, en lugar de tratarse como una barrera independiente.

ISO 17834:2003 aborda los recubrimientos metálicos aplicados por proyección térmica destinados a proteger contra la corrosión y la oxidación a alta temperatura a temperaturas de hasta 1000 °C (1273 K). Su alcance es significativo, pero su valor de temperatura no constituye una garantía universal de servicio. El límite real depende del metal del recubrimiento, del grado del sustrato, de los ciclos térmicos, de la atmósfera, del espesor del recubrimiento, de la adherencia y de cualquier sellador o acabado aplicado sobre la capa proyectada. Por ejemplo, no puede suponerse que una superficie proyectada rica en zinc se comporte como un recubrimiento de aluminio durante una exposición a alta temperatura simplemente porque ambos sean metálicos.

El momento de la proyección es decisivo. Si el recubrimiento se aplica antes de la austenización, su aglutinante, sus poros, sus óxidos o la interfaz con el sustrato pueden reaccionar durante el calentamiento. La capa puede ablandarse, volatilizarse, agrietarse, formar una aleación con el acero o transferir contaminantes a los elementos del horno. Incluso un recubrimiento que permanezca adherido puede modificar la transferencia de calor en la superficie y complicar la inspección de la cascarilla o la descarburación. Por tanto, normalmente se considera un sistema de protección posterior al tratamiento térmico, salvo que se hayan cualificado el ciclo térmico completo y la compatibilidad del recubrimiento.

Un recubrimiento proyectado tampoco puede sustituir al control de la atmósfera. Durante el temple de un acero al carbono o de baja aleación, la condición requerida del carbono superficial se crea o se conserva en la interfaz acero-gas. Un recubrimiento que bloquee el contacto con el gas puede impedir el intercambio de carbono previsto, en lugar de controlarlo. Si la capa contiene óxidos reactivos o permite un acceso local del gas a través de los poros, el resultado puede variar a lo largo de la pieza. El horno debe seguir manteniendo el potencial oxidante y el potencial de carbono especificados, y la superficie tratada debe seguir examinándose para detectar cascarilla, descarburación y defectos relacionados con el recubrimiento.

### Superficies galvanizadas, electrodepositadas, sherardizadas y pintadas

ISO 12944-4:2017 distingue categorías superficiales y estados de preparación para estructuras de acero al carbono y de baja aleación. Sus categorías incluyen superficies sin recubrimiento, aplicadas por proyección térmica, galvanizadas, electrodepositadas, sherardizadas y pintadas. Estas designaciones describen diferentes condiciones del recubrimiento y requisitos de preparación; no convierten las prácticas de protección contra la corrosión en un sustituto de la especificación del tratamiento térmico.

La galvanización deposita zinc sobre el acero, normalmente mediante inmersión en zinc fundido, mientras que la electrodeposición aplica un metal mediante un proceso electrolítico. La sherardización produce un recubrimiento de difusión basado en zinc calentando el acero con polvo de zinc. Los sistemas de pintura se basan en una película de recubrimiento orgánica o inorgánica, a menudo sobre un sustrato preparado e imprimado. Su comportamiento térmico difiere considerablemente. Los recubrimientos que contienen zinc pueden fundirse, evaporarse o reaccionar durante la austenización. Las capas electrodepositadas pueden ampollarse o difundirse en el sustrato. Las capas sherardizadas ya contienen una estructura de difusión hierro-zinc y pueden modificarse durante un calentamiento posterior. La pintura puede descomponerse y generar humo, depósitos o gases reactivos.

Esta distinción es especialmente importante para los grados en los que el carbono superficial forma parte de la especificación. AISI 1045, EN 10083-2 C45E y AISI 4140 pueden tolerar diferentes cambios superficiales dependiendo de si la operación final es el temple, el revenido, la nitruración o simplemente el alivio de tensiones. Una capa visible de zinc o pintura no demuestra que el acero situado debajo haya conservado el gradiente de carbono requerido. Tampoco una apariencia limpia demuestra que la oxidación haya sido controlada. La cascarilla puede ser delgada y estar firmemente adherida, mientras que la descarburación puede extenderse por debajo de una superficie de aspecto metálico.

El problema inverso se produce después del tratamiento. Un componente de AISI 4140 templado puede requerir un recubrimiento de protección contra la corrosión, pero dicho recubrimiento se selecciona para el entorno de servicio y se aplica únicamente después del temple, el revenido, la limpieza y la inspección. Aplicarlo antes del ciclo del horno puede alterar la química del tratamiento térmico; aplicarlo después no puede reparar una capa descarburada ni recuperar la precisión dimensional perdida.

### Preparación superficial antes y después del procesamiento térmico

Antes del procesamiento térmico, la superficie debe presentar un estado conocido. Los aceites, compuestos de embutición, huellas dactilares, sales, pinturas antiguas, óxidos y residuos de granallado pueden descomponerse o reaccionar en el horno. La contaminación que contiene cloruros es especialmente indeseable, porque los residuos pueden favorecer la corrosión durante el enfriamiento o interferir en la adherencia de recubrimientos posteriores. La limpieza no debe confundirse con el control de la descarburación: eliminar el aceite no corrige una capa empobrecida en carbono que ya se haya formado durante un calentamiento anterior.

La preparación también depende de la secuencia prevista. Una pieza destinada a carburización, carbonitruración o nitruración puede requerir enmascaramiento o un tratamiento superficial selectivo, pero el material de enmascaramiento debe estar cualificado para la temperatura y la atmósfera del horno. Una superficie preparada para pintura conforme a ISO 12944-4:2017 no está preparada automáticamente para la austenización. La rugosidad, la limpieza, las tensiones residuales y la condición permisible de los óxidos requeridas pueden ser diferentes.

Después del procesamiento térmico, la cascarilla y los residuos se eliminan mediante métodos adecuados para el acero y el acabado requerido. Pueden utilizarse granallado abrasivo, limpieza alcalina, decapado, mecanizado o un ligero rectificado, pero cada método elimina una cantidad diferente de material y modifica la textura superficial. El rectificado puede dejar expuesto metal nuevo mientras genera calor local; un granallado agresivo puede redondear los bordes u ocultar un defecto superficial poco profundo bajo un perfil rugoso. Si se sospecha descarburación, se requiere un examen metalográfico, perfiles de dureza o un ensayo especificado del carbono superficial. Recubrir la zona no hace aceptable la alteración metalúrgica.

La operación final de protección superficial debe realizarse después de inspeccionar el estado tratado térmicamente. Este orden conserva las evidencias necesarias para evaluar la cascarilla, la oxidación, los cambios dimensionales, la dureza y la descarburación. ISO 17663:2023 refuerza el principio de control del proceso al especificar requisitos de calidad para el tratamiento térmico en aire o en atmósferas controladas, principalmente para aceros ferríticos y para trabajos realizados en talleres o en obra. Tanto si la protección se proporciona mediante el control de la atmósfera durante el calentamiento como mediante un acabado galvanizado, proyectado, electrodepositado, sherardizado o pintado posterior, cada medida debe asignarse a la etapa en la que realmente pueda cumplir su función prevista.

## Tratamiento térmico asociado con la soldadura y la fabricación

### El alcance de ISO 17663:2023

ISO 17663:2023 es el principal marco de calidad de la investigación facilitada para el tratamiento térmico asociado con la soldadura y los procesos afines. Especifica los requisitos de calidad para el tratamiento en aire o en atmósferas controladas, se aplica principalmente a los aceros ferríticos y abarca los trabajos realizados tanto en talleres como en obra. Por lo tanto, su objeto es más amplio que el funcionamiento de un horno. Se ocupa de cómo se especifica, prepara, controla, mide, registra y acepta una operación de tratamiento térmico cuando dicha operación afecta a un componente soldado o fabricado.

La norma no prescribe una única atmósfera para todos los componentes soldados. Una soldadura de un recipiente a presión de acero al carbono-manganeso, una reparación de acero estructural de baja aleación y una fabricación de acero inoxidable ferrítico pueden presentar riesgos y requisitos de proceso diferentes. La atmósfera necesaria depende del grado de acero, el procedimiento de soldadura, el ciclo térmico, el estado superficial, la oxidación admisible, las restricciones dimensionales y de si la operación consiste en un alivio de tensiones, un precalentamiento, un tratamiento térmico posterior a la soldadura, un revenido u otro tratamiento. ISO 17663:2023 proporciona requisitos de calidad para controlar esas variables; no es una tabla universal de selección de gases.

Esta distinción es importante porque «tratamiento térmico en aire» no significa «tratamiento térmico sin control de la atmósfera». El aire contiene oxígeno y vapor de agua, y ambos pueden influir en la superficie calentada. El manual de la Oficina Nacional de Normas de los Estados Unidos, *Heat Treatment and Properties of Iron and Steel*, identifica las dos consecuencias superficiales conocidas: la oxidación forma cascarilla, mientras que la pérdida de carbono de la superficie produce descarburación. También identifica el vapor de agua presente en los productos de combustión como perjudicial. Un componente puede alcanzar la temperatura nominal del horno y, aun así, recibir un tratamiento inaceptable si su composición química superficial cambia durante el ciclo térmico.

El capítulo de Cambridge «Atmosphere Control for the Protection of Metals During Production Processes» establece otra distinción útil: el recalentamiento para conformado no es la misma operación que el tratamiento térmico final. Las condiciones oxidantes no controladas pueden ser tolerables cuando se dispone de un margen de mecanizado posterior en una etapa de fabricación, pero resultar inaceptables en una zona de soldadura terminada o en un componente con control dimensional. Por tanto, la especificación del tratamiento debe indicar qué estado superficial se permite después del calentamiento, y no limitarse a señalar la temperatura objetivo.

Para el procesamiento en horno, el tratamiento de ASM International de 2017 sobre los controles de la atmósfera del horno identifica dos grupos principales de control: el control de la atmósfera del horno y el control de la atmósfera de suministro. El primero se refiere a las condiciones realmente presentes alrededor del material; el segundo, a los gases, vapores, productos de combustión, fugas, mezclado y equipos de suministro que generan dichas condiciones. El nombre nominal de un gas no demuestra que exista una atmósfera controlada. Las reacciones de los gases continúan a temperatura elevada, y su efecto depende de la composición, el caudal, la humedad, las fugas del horno, la disposición de la carga y el tiempo de exposición.

El potencial de carbono ilustra este punto. El volumen 4B del *ASM Handbook* aborda el control mediante mediciones o relaciones que implican el vapor de agua, el dióxido de carbono y la presión parcial de oxígeno. El *Steel Heat Treatment Handbook* también considera el dióxido de carbono, el amoníaco y otros gases reactivos como factores que contribuyen a la resistencia a la oxidación y al control del carbono superficial. Estas relaciones son pertinentes cuando un tratamiento debe conservar o ajustar el carbono superficial, pero no convierten todos los tratamientos térmicos de componentes soldados en operaciones de cementación o de atmósfera neutra. La atmósfera debe responder al resultado metalúrgico especificado.

### Tratamiento térmico en taller y en obra

El tratamiento en taller suele permitir el uso de un horno, ubicaciones fijas de los termopares, procedimientos de carga establecidos y controles repetibles del gas o de la combustión. Estas ventajas reducen la variación, pero no eliminan la necesidad de demostrar que el componente real alcanzó el ciclo térmico requerido. Un conjunto soldado de gran tamaño puede tener secciones gruesas y delgadas, elementos acoplados, restricciones y pérdidas de calor diferentes. La temperatura del aire del horno por sí sola puede no representar la temperatura de la soldadura, de la zona afectada por el calor o de la sección pertinente más fría.

El tratamiento térmico en obra presenta el mismo problema de calidad, pero con menos recursos fijos. Es posible colocar alrededor de una zona de soldadura o reparación calentadores eléctricos de resistencia locales, equipos de inducción, quemadores de gas, mantas cerámicas u otros sistemas de calentamiento. La banda calentada, los gradientes de temperatura, el aislamiento, el recinto y el sumidero térmico creado por la estructura base pasan entonces a formar parte del proceso. Un tratamiento local puede ser metalúrgicamente adecuado, pero solo si se establecen y mantienen la región especificada y el ciclo térmico.

El recinto y la protección requieren especial atención. El aislamiento puede reducir la pérdida de calor, pero las aberturas pueden permitir la entrada de aire y crear oxidación local. Un sistema de purga o protección puede reducir el contacto con gases oxidantes, pero su eficacia depende de la geometría del recinto, la estanqueidad, el caudal y la supervisión. La superficie también debe estar suficientemente limpia para que el aceite, la humedad, la pintura, la cascarilla o los residuos de fabricación no introduzcan reacciones adicionales ni oculten daños. La preparación superficial no es el mismo tema que el control de la atmósfera: ISO 12944-4:2017 define grados de preparación para estructuras de acero al carbono y de baja aleación, y distingue entre superficies sin revestimiento, con proyección térmica, galvanizadas, electrodepositadas, sherardizadas y pintadas. ISO 17834:2003, en cambio, trata los revestimientos metálicos aplicados por proyección térmica para la protección contra la corrosión y la oxidación a alta temperatura hasta 1000 °C (1273 K). Estas normas ayudan a describir las condiciones de protección superficial, pero ninguna sustituye los requisitos de tratamiento térmico de ISO 17663:2023.

En una reparación soldada realizada en obra, el procedimiento debería identificar la colocación de los calentadores, la disposición del aislamiento, el método de confinamiento o protección, el estado superficial permitido, las velocidades de calentamiento y enfriamiento cuando estén especificadas, y las ubicaciones de los sensores de temperatura. También debería definir cómo se gestionan las interrupciones, los cortes de suministro eléctrico, la lluvia, el viento o una desviación inesperada de la temperatura. Un plano que marque únicamente el eje de la soldadura es insuficiente cuando el efecto térmico requerido se extiende por el metal de soldadura, las zonas afectadas por el calor y el material base adyacente.

### Atmósfera, uniformidad de la temperatura y registros

La atmósfera, la uniformidad de la temperatura y los registros forman un único sistema de calidad conectado. Separarlos genera una falsa sensación de seguridad. Un registro gráfico del horno puede mostrar que un termopar alcanzó el valor de consigna, mientras una fuga oxidante, una circulación deficiente o una carga excesivamente compacta expusieron parte del componente a una condición diferente. Del mismo modo, un suministro de gas controlado no puede compensar una colocación inadecuada de los sensores ni un calentador local que deje el lado opuesto por debajo de la temperatura requerida.

La medición de la temperatura debe representar el componente y la zona de tratamiento especificada. Antes de comenzar el calentamiento deberían definirse el tipo de sensor, su fijación, identificación, estado de calibración, ubicación y el intervalo de registro. En trabajos locales, pueden ser necesarios sensores adicionales cerca de los pies de soldadura, los cambios de espesor, los elementos acoplados, las restricciones y las zonas que previsiblemente perderán calor con rapidez. La uniformidad no se presupone por la simetría de los calentadores. Se demuestra mediante las temperaturas medidas que sean pertinentes para el procedimiento.

Los registros deberían vincular el componente, la identificación de la soldadura o reparación, el equipo, la revisión del procedimiento, el operador, la disposición de la atmósfera o protección, las ubicaciones de los sensores, la información de calibración, el ciclo de calentamiento, el período de mantenimiento, el ciclo de enfriamiento, las interrupciones y las desviaciones. Si se requiere el control de la atmósfera, los registros también pueden necesitar comprobaciones del sistema de gas o combustión, información sobre la purga o el caudal, el estado del recinto y pruebas de que la superficie fue inspeccionada después del tratamiento. El registro debería permitir determinar qué ocurrió, y no limitarse a confirmar que se encendió un horno.

La inspección superficial sigue siendo necesaria porque un registro válido de temperatura no demuestra que no haya habido oxidación o descarburación. La cascarilla, la decoloración, la rugosidad superficial y la pérdida de carbono pueden afectar al mecanizado posterior, la soldadura, el comportamiento a fatiga, el ajuste dimensional o la protección contra la corrosión. El método de inspección y los criterios de aceptación deberían ajustarse a la especificación del componente y al plan de calidad aplicable.

Por tanto, ISO 17663:2023 resulta más útil cuando se interpreta como una norma de control del proceso y no como una instrucción para seleccionar un gas determinado. Vincula la preparación, los equipos de calentamiento, la atmósfera o protección, la medición de la temperatura, la uniformidad, el estado superficial, la competencia del personal y los registros. Esa conexión es lo que convierte el tratamiento térmico en taller y en obra en una operación metalúrgica demostrable, en lugar de una simple afirmación sobre la temperatura.

## Defectos causados por un control deficiente de la atmósfera

Los defectos de atmósfera son defectos del proceso, no simples manchas cosméticas. La oxidación elimina metal de la superficie, la transferencia de carbono modifica la composición del acero y los depósitos pueden interferir con el calentamiento, el temple, la inspección o el recubrimiento posterior. El manual de la Oficina Nacional de Normas de los Estados Unidos *Heat Treatment and Properties of Iron and Steel* (1966) identifica los dos riesgos superficiales principales como la cascarilla producida por la oxidación y la descarburación causada por la pérdida de carbono; también advierte que el vapor de agua presente en los productos de combustión es perjudicial. Cambridge University Press distingue igualmente entre el recalentamiento para el conformado y el tratamiento térmico final: una atmósfera aceptable para una operación de forja puede ser inadecuada cuando deben conservarse el contenido final de carbono de la superficie y la precisión dimensional.

ASM International, en su obra *ASM Handbook Volume 4B* (2017), separa el control de la atmósfera del horno del control de la atmósfera de suministro. Ambos son importantes. Un horno puede tener una receta de gas adecuada y aun así producir piezas defectuosas debido a fugas, circulación deficiente, un sensor averiado, una entrada obstruida o contaminación introducida con la carga.

### Cascarilla, picaduras y cambios dimensionales

La cascarilla es el producto visible de la oxidación. Según la temperatura, el tiempo de exposición, la composición del acero y la química del gas, el óxido puede呈verse negro, azul, gris, rojo o estratificado. Una película delgada y adherente no equivale a una cascarilla gruesa y escamosa que se desprende durante la manipulación o el temple. Esta última puede dejar expuesto metal nuevo y producir picaduras, mientras que el óxido suelto puede quedar atrapado en los dispositivos de sujeción o contaminar el medio de temple.

Una atmósfera oxidante es una causa evidente, pero la cascarilla visible no identifica por sí sola el fallo. Las fugas del horno pueden permitir la entrada de aire a través de puertas, juntas, grietas o fluctuaciones de presión. Una humedad excesiva puede aumentar el potencial oxidante del gas del horno, especialmente cuando el equilibrio del gas ya es incorrecto. El manual de la Oficina Nacional de Normas de 1966 identifica específicamente como perjudiciales los productos de combustión que contienen vapor de agua. Un mantenimiento a temperatura demasiado prolongado puede producir una cantidad considerable de cascarilla incluso cuando la atmósfera fue correcta durante parte del ciclo. Una circulación deficiente puede crear zonas oxidantes locales, de modo que un lado de una carga quede muy cubierto de cascarilla mientras las superficies protegidas permanecen relativamente brillantes.

Las picaduras pueden deberse a oxidación localizada, desprendimiento de cascarilla, contaminantes condensables o depósitos que formen pequeñas celdas electroquímicas o químicas durante el enfriamiento. La sal, el aceite, la suciedad del taller y los residuos de cargas anteriores pueden modificar la reacción superficial local. Las picaduras pueden ser poco profundas y dispersas, o estar claramente delimitadas cuando un depósito ha reaccionado con el acero. La rugosidad superficial después de eliminar la cascarilla no demuestra que la atmósfera del horno sea la única causa; las marcas de mecanizado previas, la cascarilla de forja, el granallado y la limpieza mecánica pueden producir aspectos similares.

La oxidación también modifica las dimensiones. El metal consumido en la superficie reduce el diámetro medido, el espesor de los bordes o las dimensiones de las roscas y de las superficies de precisión. La cascarilla encajada entre superficies acopladas puede producir el efecto aparente contrario hasta que se elimina. Una oxidación desigual puede alterar la redondez y la planitud, mientras que los gradientes térmicos y las tensiones de transformación pueden causar deformación independientemente de la oxidación. Por tanto, una superficie brillante no garantiza la estabilidad dimensional, y una superficie oscura no establece la cantidad de metal perdida.

### Capas descarburadas y pérdida de dureza

La descarburación se produce cuando el carbono abandona la superficie del acero durante el calentamiento. La capa afectada puede ser ferrítica, estar parcialmente descarburada o presentar una composición gradual, según la temperatura, el tiempo, el tipo de acero y el potencial de carbono de la atmósfera. En un acero hipoeutectoide como AISI 1045, la pérdida de carbono cerca de la superficie puede reducir la fracción de perlita después del enfriamiento. En un componente de AISI 4140 templado, puede producir una zona superficial más blanda incluso cuando el núcleo alcanza la dureza martensítica especificada.

El defecto suele detectarse como una capa superficial blanda, una resistencia deficiente al desgaste, una menor resistencia a la fatiga o una capa endurecida de profundidad inesperadamente reducida. La superficie puede parecer limpia porque la descarburación puede producirse sin una cascarilla abundante. Por el contrario, una cascarilla ligera y una dureza baja pueden aparecer conjuntamente, pero una no demuestra la otra. Una fuga, una humedad excesiva, un ajuste incorrecto del potencial de carbono, una cantidad insuficiente de gas enriquecedor, una circulación deficiente o una exposición demasiado prolongada pueden producir pérdida de carbono. La temperatura del horno y el tiempo de permanencia también pueden ser correctos mientras la composición local del gas en la carga no lo sea.

El potencial de carbono no es un único mando independiente de la química del gas. ASM International describe su control mediante mediciones o relaciones que implican el vapor de agua, el dióxido de carbono y la presión parcial de oxígeno. El equilibrio de las reacciones pertinentes determina si la atmósfera oxida el acero, elimina carbono o lo transfiere al acero. El *Steel Heat Treatment Handbook* (CRC Press, 2014) analiza el dióxido de carbono, el amoníaco y otros gases reactivos porque estos componentes afectan tanto a la resistencia a la oxidación como al control del carbono superficial.

Por ello, el ensayo de dureza debe realizarse mediante un perfil desde la superficie hacia el núcleo, y no como una única medición en una cara de fácil acceso. Un aumento progresivo de la dureza con la profundidad respalda el diagnóstico de un gradiente de carbono, pero la dureza por sí sola no puede identificar el fallo exacto del gas. El examen metalográfico puede revelar ferrita en la superficie, perlita modificada, cambios en los carburos o una interfaz entre el material afectado y el no afectado. El análisis del gradiente de carbono, como una evaluación química desde la superficie hasta el núcleo, proporciona una confirmación más sólida cuando las especificaciones exigen un límite definido de descarburación.

### Captación de carbono, hollín y química superficial anómala

El defecto opuesto es la captación de carbono. Una superficie de acero expuesta a una atmósfera excesivamente carburante puede ganar carbono, produciendo una capa con alto contenido de carbono que puede endurecerse más de lo previsto, formar austenita retenida o desarrollar constituyentes frágiles o sensibles al agrietamiento después del temple. El efecto es especialmente importante cuando se pretende que un acero de bajo o medio contenido de carbono conserve una composición superficial controlada, en lugar de recibir un tratamiento de carburización deliberado.

El hollín es una advertencia visible, no un diagnóstico completo. Puede originarse por una actividad excesiva de los hidrocarburos, una disociación deficiente del gas, un equilibrio incorrecto del gas, una circulación insuficiente, zonas frías del horno o contaminación procedente de aceites y residuos orgánicos. Un depósito negro puede ser carbono, pero también puede contener productos condensados del proceso u óxido mezclado con material carbonoso. Los depósitos pueden ocultar la cascarilla, impedir una transferencia uniforme del calor, interferir con la medición de la temperatura y transferirse a otras piezas.

La química superficial anómala no se limita al carbono. Las atmósferas que contienen amoníaco pueden introducir nitrógeno; el dióxido de carbono y el vapor de agua pueden modificar las reacciones de oxidación y transferencia de carbono; la entrada de aire puede añadir oxígeno y nitrógeno. El resultado puede ser una superficie que tenga el color esperado, pero una composición incorrecta. Una capa gris, rugosa o inusualmente dura podría reflejar captación de carbono, nitruración, oxidación o un compuesto depositado, y no una única condición de la atmósfera.

El diagnóstico debe relacionar las evidencias de la pieza con los registros del horno. Registre la temperatura del horno, el punto de rocío o la indicación de humedad cuando corresponda, el potencial de oxígeno o las lecturas del potencial de carbono, el caudal de gas, la presión, las alarmas, las aperturas de las puertas, la posición de la carga y las intervenciones de mantenimiento. Compare las ubicaciones afectadas y no afectadas. Examine las secciones transversales mediante metalografía, realice perfiles de dureza y solicite mediciones de los gradientes de carbono u otros gradientes químicos cuando exista duda sobre la química superficial. ISO 17663:2023 establece requisitos de calidad para el tratamiento térmico en aire o en atmósferas controladas, principalmente para aceros ferríticos y para trabajos realizados en talleres o en obra; su enfoque respalda el tratamiento de los registros de atmósfera y de la verificación como evidencias de calidad.

El aspecto superficial sigue siendo útil para la detección preliminar. No constituye una prueba. La misma cascarilla, picadura, configuración de rugosidad, capa blanda o depósito negro puede deberse a varios fallos, por lo que liberar o rechazar un lote tratado térmicamente basándose únicamente en una evaluación visual constituye una mala práctica.

## Verificación, aceptación y documentación

Los registros de temperatura por sí solos no pueden establecer el estado de la atmósfera ni la aceptación de la superficie final. Strong evidence

Un resultado de tratamiento térmico solo puede defenderse cuando el registro relaciona el material, el ciclo térmico, la atmósfera y las evidencias obtenidas de la pieza terminada. Un gráfico del horno, por sí solo, no demuestra que el acero haya recibido el tratamiento previsto. El registro debe identificar el tipo de acero y la norma de material aplicable, el número de colada, la identificación de la carga, el plano del componente o la orden de trabajo, la identificación del horno, la disposición de la carga, la especificación del ciclo, la condición de la atmósfera o del vacío, las variables del proceso medidas, las alarmas, las desviaciones y los resultados de la inspección. Si falta uno de estos vínculos, una revisión posterior puede mostrar lo que hizo el horno sin demostrar qué producto estuvo expuesto a él ni si dicho producto cumplió sus requisitos. \[3\] \[3\] **Welding — Quality requirements for heat treatment in connection with welding and allied processes**. International Organization for Standardization. ISO Standard, 2023. ISO 17663:2023

ISO 17663:2023 proporciona el marco principal de calidad para el tratamiento térmico realizado en aire o en atmósferas controladas en relación con la soldadura y procesos afines. Su alcance se aplica principalmente a los aceros ferríticos y abarca trabajos realizados en talleres y en obra. Define requisitos de calidad, pero no establece un límite universal de aceptación de dureza, descarburación, dimensiones o características metalográficas para todos los aceros y procesos. Dichos límites deben proceder de la norma de producto aplicable, el plano, el procedimiento de soldadura, el procedimiento de tratamiento térmico, el contrato o la especificación de ingeniería.

### Cualificación del proceso y comprobaciones rutinarias

La cualificación del proceso establece que una combinación definida de grado de acero, tamaño de sección, patrón de carga, horno, ciclo y atmósfera puede producir el estado requerido. El registro de cualificación debe indicar el equipo utilizado, la disposición de los termopares, la identificación del controlador y del registrador, el sistema de generación de atmósfera o de vacío, el estado de calibración y los métodos de inspección aplicados a la muestra de cualificación. También debe explicar cómo representa la muestra a las piezas de producción. Una probeta delgada puede demostrar la uniformidad de temperatura y, sin embargo, no representar la distancia de difusión del carbono ni el retraso térmico de un componente grueso.

La cualificación debe abordar la atmósfera como un medio de proceso reactivo, no como un gas protector no especificado. ASM International identificó en 2017 el «control de la atmósfera del horno y de suministro» como los dos grupos principales de control. El grupo del horno incluye el sellado, la circulación, la mezcla, la evacuación, las fugas y la distribución; el grupo de suministro incluye los gases, vapores, generadores, equipos de purificación, control del caudal y mediciones relacionadas. Ambos pueden alterar el resultado. Un horno correctamente ajustado aún puede producir cascarilla u ocasionar descarburación si el gas suministrado contiene un exceso de vapor de agua o si un generador se desvía de sus parámetros.

Una pantalla de potencial de carbono no se valida por sí sola y debe estar respaldada por registros de medición y calibración. Limited evidence

El registro del proceso debe identificar la variable de control relevante para el acero y el tratamiento. Dependiendo del proceso, esta puede incluir la temperatura, el tiempo, la presión del horno, el nivel de vacío, el caudal de gas, el punto de rocío, la presión parcial de oxígeno, el dióxido de carbono o un potencial de carbono calculado. El volumen 4B del ASM Handbook describe el control del potencial de carbono mediante mediciones o relaciones que implican el vapor de agua, el dióxido de carbono y la presión parcial de oxígeno. Por tanto, un valor de potencial de carbono mostrado en pantalla requiere información de respaldo sobre las mediciones y la calibración; no debe considerarse válido por sí mismo.

Las comprobaciones rutinarias confirman que el proceso cualificado continúa bajo control. Pueden incluir la verificación de instrumentos, comprobaciones de termopares, comprobaciones de fugas, comprobaciones de sensores de atmósfera, comprobaciones de generadores, confirmación del caudal de gas y revisión de los registros del registrador antes de la liberación. La frecuencia y los criterios de aceptación deben estar definidos por el procedimiento y por el sistema de calidad aplicable. No debe sustituirse un requisito del proyecto por ningún valor genérico.

El seguimiento del proceso y la verificación del producto responden a preguntas diferentes. El seguimiento pregunta si el horno siguió el historial prescrito de temperatura y atmósfera. La verificación del producto pregunta si el acero real desarrolló la dureza, estructura, composición química en la superficie, dimensiones y estado requeridos. Un gráfico conforme no puede compensar un perfil de dureza fallido, una cascarilla excesiva o un gradiente de carbono fuera del límite especificado. A la inversa, una lectura de dureza aceptable no demuestra que la atmósfera haya sido controlada correctamente durante todo el ciclo.

Cualquier alarma, interrupción, fallo del sensor, cambio de gas, error de carga, pérdida de energía, evento de enfriamiento inesperado o desviación respecto del ciclo aprobado requiere una disposición documentada. La disposición puede implicar un reprocesamiento, un examen adicional, una revisión de ingeniería o el rechazo, pero el registro debe identificar quién evaluó el evento y qué evidencias respaldaron la decisión. Una corrección silenciosa no proporciona trazabilidad.

### Examen superficial y subsuperficial

El examen superficial comienza con la observación directa bajo condiciones definidas de iluminación y limpieza. El examinador debe registrar la cascarilla, la decoloración, las picaduras, el hollín, los depósitos, las zonas carburizadas o descarburizadas, las grietas, la distorsión y los daños causados por la manipulación. La oxidación produce cascarilla, mientras que la pérdida de carbono en la superficie produce descarburación. El manual de la Oficina Nacional de Normas de Estados Unidos, publicado en 1966, identifica específicamente el vapor de agua presente en los productos de combustión como perjudicial para la protección superficial del acero. Cambridge University Press también afirma, en su tratamiento de 2012 sobre el control de atmósferas, que las atmósferas oxidantes no controladas pueden causar formación de cascarilla y, en los aceros, descarburación.

La inspección visual por sí sola no puede establecer la profundidad ni la gravedad de la pérdida de carbono. Los perfiles de dureza desde la superficie hacia el núcleo pueden mostrar una capa descarburizada reblandecida o una región carburizada de dureza inusualmente elevada, pero la dureza depende del grado de acero, la microestructura, el método de ensayo, el espaciado y la geometría local. Por tanto, el perfil debe vincularse a un plan de seccionamiento definido e interpretarse conforme al requisito aplicable, no según un perfil universal supuesto.

La metalografía proporciona evidencias diferentes. Una sección transversal pulida y atacada puede revelar ferrita, perlita, bainita, martensita, carburos, penetración de la oxidación, crecimiento de grano, grietas de temple y el límite entre el material superficial alterado y el núcleo no afectado. También puede mostrar si un cambio de dureza corresponde a una pérdida de carbono o, en cambio, a un efecto de transformación o revenido. El informe debe identificar la ubicación y orientación de la probeta, el método de preparación, el reactivo de ataque, el aumento y las observaciones. Las fotografías representativas solo son útiles cuando se registran su escala, ubicación y relación con el criterio de aceptación.

La evaluación del gradiente de carbono es especialmente importante cuando el carbono superficial controla el desgaste, la fatiga o el comportamiento de transformación. Dependiendo de la especificación, pueden utilizarse análisis químico, perfiles de microdureza, examen metalográfico u otro método aprobado. El informe debe indicar el método, la referencia superficial, los incrementos de profundidad, la incertidumbre de medición cuando sea exigible y el resultado. Un único análisis del carbono en el volumen total no puede establecer un gradiente superficial. Tampoco puede un resultado de dureza del núcleo demostrar que la superficie conservó el potencial de carbono previsto.

Las comprobaciones dimensionales completan las evidencias del producto. Deben medirse las características identificadas como sensibles al calentamiento, al temple o al alivio de tensiones, incluidos, cuando proceda, la planitud, el descentramiento, la concentricidad, la longitud, el tamaño del taladro y la distorsión. Las mediciones requieren un instrumento conocido, el estado de calibración, un sistema de referencias y la identificación de la etapa de inspección. El examen no destructivo puede complementar estas comprobaciones para detectar grietas o discontinuidades próximas a la superficie, mientras que el examen subsuperficial puede requerir seccionamiento, ensayo ultrasónico, radiografía u otro método especificado. Cada técnica tiene una capacidad de detección diferente.

Las normas sobre recubrimientos no deben confundirse con la aceptación de la atmósfera. ISO 17834:2003 se refiere a los recubrimientos metálicos proyectados térmicamente para la protección contra la corrosión y la oxidación a alta temperatura hasta 1000 °C (1273 K). ISO 12944-4:2017 define los grados de preparación superficial para estructuras de acero al carbono y de baja aleación, y distingue entre superficies sin recubrimiento, proyectadas térmicamente, galvanizadas, electrodepositadas, sherardizadas y pintadas. Ninguna de estas normas proporciona un límite general de aceptación para la descarburación en horno del acero tratado térmicamente.

### Trazabilidad de las condiciones de la atmósfera

La trazabilidad de la atmósfera comienza con la identificación de la vía de atmósfera: aire, una atmósfera controlada designada, gas de generador endotérmico o exotérmico, mezcla basada en nitrógeno, vacío u otra condición especificada. El registro debe vincular dicha condición con el horno, la carga, la fecha y hora, la fuente de gas o el generador, el instrumento de control, la identificación del sensor y los valores registrados. Para el tratamiento en vacío, deben registrarse, cuando sean relevantes para el procedimiento, el historial de presión, el estado de la prueba de fugas, el estado de la bomba y cualquier gas de relleno.

Los datos con marca de tiempo son esenciales. Un gráfico final que muestre únicamente la temperatura media y una lectura de atmósfera puede ocultar una fuga transitoria, una desviación del punto de rocío, una deriva del potencial de carbono o una pérdida de vacío durante una parte crítica del ciclo. Los registros deben conservar el intervalo de medición, los eventos de alarma, los valores de consigna, los valores reales, las sustituciones de sensores, el estado de calibración y la respuesta del operador. Si un valor se calcula en lugar de medirse directamente, el método de cálculo y las mediciones de entrada deben permanecer disponibles.

Los registros del material y de la atmósfera deben cruzarse entre sí, en lugar de archivarse por separado sin vinculación. El número de carga debe figurar en la ejecución del horno, el número de ejecución en el informe de inspección y el informe de inspección debe identificar las ubicaciones de los componentes examinadas. Los registros digitales requieren un control de revisiones, acceso y conservación, así como protección frente a alteraciones no registradas. Los gráficos en papel necesitan una identificación legible y un método documentado para realizar correcciones.

Esta cadena permite que un auditor o ingeniero reconstruya lo ocurrido: qué acero entró en qué horno, bajo qué ciclo y atmósfera, qué detectaron los instrumentos, qué desviaciones se produjeron y si la superficie, la estructura subsuperficial, las dimensiones y la dureza resultantes cumplieron los requisitos aplicables. Esta es la diferencia entre las evidencias del funcionamiento del horno y las evidencias de que el acero tratado térmicamente es aceptable.

## Un Marco Práctico para la Protección Superficial del Acero

La protección superficial comienza con una especificación metalúrgica, no con el nombre de un gas. El nitrógeno, el argón, el gas endotérmico, el gas exotérmico, las mezclas que contienen hidrógeno y el vacío pueden producir resultados muy diferentes cuando cambian la temperatura, el tiempo de permanencia, las fugas, el punto de rocío, el potencial de carbono y la composición del acero. Por tanto, la atmósfera del horno forma parte del proceso de tratamiento térmico. Determina si la superficie permanece químicamente próxima al acero inicial, adquiere carbono o nitrógeno, pierde carbono o desarrolla óxido que posteriormente deberá eliminarse.

El manual *Heat Treatment and Properties of Iron and Steel* (1966) de la Oficina Nacional de Normas de Estados Unidos identifica directamente los dos principales riesgos superficiales: la oxidación produce cascarilla, mientras que la pérdida de carbono produce descarburación. También identifica el vapor de agua presente en los productos de combustión como perjudicial. La cuestión práctica no es si una atmósfera parece inerte. Es si la atmósfera, en la superficie del acero y durante todo el ciclo térmico, produce la condición metalúrgica especificada.

### Definir la superficie final requerida

#### Especifique la superficie final

Defina requisitos medibles, como límites de cascarilla visible, profundidad máxima de descarburación, concentración de carbono superficial, dureza superficial o sobremedida de mecanizado, antes de seleccionar la atmósfera.

La primera decisión es determinar si se permiten la cascarilla y los cambios de carbono. Una operación de recalentamiento previa a la forja, la laminación o el recalcado puede tolerar una capa superficial que se eliminará mediante deformación o mecanizado. El austenizado de una herramienta terminada, un componente de rodamiento, un engranaje, un muelle o una superficie sometida a desgaste es diferente: la descarburación puede reducir la dureza y la resistencia a la fatiga incluso cuando la pieza parece visualmente aceptable después del temple.

Exprese el requisito superficial en términos cuantificables. Puede incluir ausencia de cascarilla visible, una profundidad máxima descarburada, una concentración de carbono superficial especificada, un intervalo de dureza en la superficie y por debajo de ella, o una tolerancia para el rectificado posterior. «Brillante» no es una especificación técnica suficiente. Tampoco lo es «no oxidante», porque una atmósfera puede suprimir la cascarilla visible y, aun así, modificar el carbono superficial.

La designación del acero debe registrarse exactamente, incluida la norma aplicable. Un tratamiento para [1.3505](/es/materiales/número-de-material/1.3505 " — composición, equivalencias y normas") (100Cr6) no puede especificarse basándose en los mismos supuestos que uno para C45, 42CrMo4, AISI 52100 o un acero inoxidable austenítico. La actividad del carbono, los elementos de aleación, el estado superficial previo y la transformación de fase prevista influyen en la atmósfera admisible. En los [aceros de cementación](/es/categorías/aceros-de-cementación "aceros de cementación"), el potencial de carbono es una variable del proceso. En los aceros al carbono y de baja aleación, una pérdida excesiva de carbono puede ser tan perjudicial como la oxidación.

Diferencie la superficie final de un recubrimiento o un tratamiento posterior. La norma ISO 17834:2003 aborda los recubrimientos metálicos proyectados térmicamente para la protección contra la corrosión y la oxidación a alta temperatura hasta 1000 °C (1273 K). La norma ISO 12944-4:2017 aborda los grados de preparación superficial para estructuras de acero al carbono y de baja aleación, y distingue entre superficies sin recubrimiento, proyectadas térmicamente, galvanizadas, electrodepositadas, sherardizadas y pintadas. Estas normas no sustituyen el control de la atmósfera durante el temple, el recocido, la normalización o el recalentamiento para forja.

### Adaptar el riesgo a la atmósfera y a la capacidad del horno

Clasifique la operación antes de seleccionar la atmósfera. El tratamiento del control de atmósferas publicado por Cambridge University Press en 2012 distingue entre el recalentamiento para conformado y el tratamiento térmico final. Esta distinción debe determinar la tolerancia a la cascarilla y a los cambios de carbono. El recalentamiento de material cuya capa exterior se eliminará puede admitir una estrategia atmosférica diferente de la del tratamiento térmico final de una pieza con dimensiones acabadas.

A continuación, identifique el riesgo predominante. La oxidación requiere controlar las especies que contienen oxígeno, las condiciones de combustión, las fugas y el tiempo de permanencia. La descarburación requiere controlar el potencial químico en la superficie del acero, no simplemente mantener bajo el nivel de oxígeno. *ASM Handbook, Volume 4B* (2017), de ASM International, identifica el «control de la atmósfera del horno y de suministro» como los dos grupos principales de control. Ambos son importantes: un gas correctamente mezclado puede dejar de funcionar después de que una brida con fugas, un generador húmedo, una línea contaminada, una trayectoria de flujo obstruida o una pieza mal colocada alteren el entorno del horno.

El potencial de carbono puede establecerse mediante medición directa o mediante relaciones que implican el vapor de agua, el dióxido de carbono y la presión parcial de oxígeno. El método de control seleccionado debe ser adecuado para el horno. La lectura de una sonda no representa automáticamente el resultado en la zona de trabajo si la sonda está alejada, protegida de la carga, contaminada o expuesta a un patrón de flujo diferente. Las atmósferas que contienen dióxido de carbono, amoníaco, hidrógeno y otros gases reactivos requieren prestar atención a sus reacciones específicas; el *Steel Heat Treatment Handbook* (CRC Press, 2014) trata estos gases en relación con la resistencia a la oxidación y el control del carbono superficial.

La capacidad del horno establece el límite de la especificación. Compruebe si la instalación puede controlar la uniformidad de la temperatura, el flujo de la atmósfera, la presión, el punto de rocío, el potencial de oxígeno, el potencial de carbono y la extracción. Compruebe si el generador puede mantener la composición durante el arranque y los cambios de carga. Confirme que las juntas, las puertas, las retortas, los utillajes y las rutas de transferencia no introduzcan aire ni humedad. Un horno que puede mostrar un valor del gas, pero no mantenerlo en la carga, no puede validar el tratamiento.

Para estructuras soldadas y aceros ferríticos, la norma ISO 17663:2023 establece requisitos de calidad para el tratamiento térmico en aire o en atmósferas controladas, y contempla los trabajos realizados en talleres y en obra. Es útil cuando el tratamiento térmico forma parte de un proceso de soldeo o relacionado con este, pero los requisitos aplicables de material, procedimiento, inspección y aceptación aún deben especificarse para el componente.

### Investigar sistemáticamente las desviaciones

Un defecto superficial debe cartografiarse primero, no explicarse de inmediato. ¿La cascarilla o la descarburación son uniformes en toda la carga o están localizadas en una cara, un borde, una posición del bastidor o una zona del horno? ¿Siguen la posición de la carga de un lote a otro? ¿Aparecen únicamente después de una permanencia prolongada, durante el arranque, tras abrir la puerta o durante la transferencia al temple? Estas observaciones permiten distinguir un problema de composición química de uno de circulación, estanqueidad, temperatura o manipulación.

Compare el mapa del defecto con mediciones independientes. ¿La atmósfera medida representa la zona de trabajo o únicamente la línea de suministro, el conducto de retorno o la pared del horno? ¿El analizador de gases, la sonda de oxígeno, el instrumento de punto de rocío y el controlador del potencial de carbono están calibrados y responden con la rapidez requerida? ¿La sonda está limpia y correctamente situada? ¿Una probeta de referencia, una lámina, una hoja metálica o una muestra metalográfica han confirmado la indicación del instrumento?

Pregúntese también si el horno alcanzó la temperatura antes de que la atmósfera se estabilizara, si la carga obstruyó el flujo, si un generador modificó su composición al aumentar la demanda y si entró agua a través de los productos de combustión, fugas, residuos de limpieza o una carga húmeda. Inspeccione la morfología de la cascarilla y mida la capa alterada mediante metalografía, un perfil de dureza, microdureza o análisis de carbono, según corresponda. Una superficie oscura por sí sola no demuestra la existencia de descarburación; una superficie brillante por sí sola no demuestra la retención de carbono.

#### Flujo de trabajo de investigación

1. **Identificar** Registre la designación del acero, el tamaño de la sección, el estado previo y la operación.
2. **Definir** Establezca límites medibles para la cascarilla y el cambio de carbono.
3. **Clasificar** Decida si el ciclo corresponde a un recalentamiento para conformado o a un tratamiento térmico final.
4. **Seleccionar** Elija el control de la oxidación y, cuando sea necesario, del potencial de carbono.
5. **Verificar** Compruebe el suministro de gas, el generador, los sellos, el caudal, la presión, los sensores, la calibración y la representación de la zona de trabajo.
6. **Inspeccionar** Especifique las comprobaciones visuales, dimensionales, de dureza, metalográficas o de química superficial.
7. **Documentar** Registre las desviaciones, la posición de la carga, el ciclo, la atmósfera, las alarmas, el tiempo de transferencia y el material afectado.

Un flujo de trabajo útil es el siguiente:

1\. Identificar la designación del acero, el tamaño de la sección, el estado previo y la operación. 2. Definir si se permiten la cascarilla y los cambios de carbono, y establecer límites cuantificables. 3. Determinar si el ciclo corresponde a un recalentamiento para conformado o a un tratamiento térmico final. 4. Seleccionar la estrategia de control de la atmósfera, incluido el control de la oxidación y, cuando sea necesario, el control del potencial de carbono. 5. Verificar el suministro de gas, el funcionamiento del generador, las juntas, el flujo, la presión, los sensores, la calibración y la representatividad de la zona de trabajo. 6. Especificar la inspección: evaluación visual de la cascarilla, verificación dimensional, dureza, metalografía, medición de la profundidad descarburada o análisis químico superficial. 7. Documentar todas las desviaciones, incluida la posición de la carga, el registro del ciclo, el registro de la atmósfera, el estado de las alarmas, el tiempo de transferencia y el material afectado.

Esta secuencia trata la protección superficial como un resultado metalúrgico controlado. El nombre del gas es solo una de las variables de entrada.

## Referencias

1. \[1\] Cambridge University Press. Atmosphere Control for the Protection of Metals During Production Processes. Cambridge University Press chapter, 2012. [](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/atm%C3%B3sferas-de-tratamiento-t%C3%A9rmico-del-acero-y-protecci%C3%B3n-de-superficies#wiki-cite-ref-1) Cambridge University Press publication
2. \[2\] ASM International. ASM Handbook, Volume 4B: Heat Treating of Ferrous Alloys. ASM Handbook, 2017. [](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/atm%C3%B3sferas-de-tratamiento-t%C3%A9rmico-del-acero-y-protecci%C3%B3n-de-superficies#wiki-cite-ref-2) ASM International, ASM Handbook Volume 4B
3. \[3\] International Organization for Standardization. Welding — Quality requirements for heat treatment in connection with welding and allied processes. ISO Standard, 2023. [](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/atm%C3%B3sferas-de-tratamiento-t%C3%A9rmico-del-acero-y-protecci%C3%B3n-de-superficies#wiki-cite-ref-3) ISO 17663:2023

 **De un vistazo**

Principales riesgos superficiales

Oxidación, cascarilla y descarburación

Variable clave de control

Potencial de carbono

Alcance del control

Ciclo térmico completo, incluido el enfriamiento

Principales grupos de control

Control de la atmósfera del horno y control de la atmósfera de suministro

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