--- title: "Distorsión por tratamiento térmico y tensiones residuales…" description: "Aprende cómo el tratamiento térmico provoca la distorsión del acero y tensiones residuales mediante gradientes térmicos, cambios de fase y temple." canonical: https://steelequivalents.com/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero language: es robots: index, follow og_type: article type: wiki-article language_alternates: en: https://steelequivalents.com/wiki/heat-treatment/heat-treatment-distortion-and-residual-stress-in-steel.md cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/tepelné-zpracování/deformace-v-důsledku-tepelného-zpracování-a-zbytkové-napětí-v-oceli.md de: https://steelequivalents.com/de/wiki/wärmebehandlung/wärmebehandlungsbedingter-verzug-und-eigenspannungen-in-stahl.md es: https://steelequivalents.com/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero.md fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/distorsion-et-contraintes-résiduelles-dans-l-acier-dues-au-traitement-thermique.md hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/hőkezelés/a-hőkezelés-okozta-alakváltozás-és-maradó-feszültség-acélban.md it: https://steelequivalents.com/it/wiki/trattamento-termico/distorsione-da-trattamento-termico-e-tensioni-residue-nell-acciaio.md nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/warmtebehandeling/vervorming-door-warmtebehandeling-en-restspanningen-in-staal.md pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/obróbka-cieplna/odkształcenia-powstałe-podczas-obróbki-cieplnej-i-naprężenia-resztkowe-w-stali.md pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/tratamento-térmico/distorção-provocada-pelo-tratamento-térmico-e-tensões-residuais-no-aço.md ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/термическая-обработка/деформация-и-остаточные-напряжения-в-стали-после-термической-обработки.md tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/ısıl-işlem/çelikte-isıl-işlem-deformasyonu-ve-artık-gerilme.md zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/热处理/钢材热处理变形与残余应力.md ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/熱処理/鋼の熱処理による変形と残留応力.md ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/المعالجة-الحرارية/التشوه-والإجهادات-المتبقية-في-الفولاذ-الناتجان-عن-المعالجة-الحرارية.md ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/열처리/강의-열처리-변형-및-잔류-응력.md pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/tratamento-térmico/distorção-e-tensão-residual-no-tratamento-térmico-do-aço.md hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/ऊष्मा-उपचार/इस्पात-में-ऊष्मा-उपचार-के-कारण-विकृति-और-अवशिष्ट-तनाव.md content_hash: sha256:16f498501d77afa70c54fcb16225a9647f75cf1c19bc6e231804e48d8659500a generated: 2026-09-26 --- > **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page, > served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML. > Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero > Canonical URL: https://steelequivalents.com/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero > Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi > Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything > below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. Compare it to detect a real > content change; `generated` moves on every render and is not a change signal. ![Distorsión por tratamiento térmico y tensiones residuales en el acero](/images/uploads/04bd29f1-6a80-48dd-bc9b-7031d130dae1/wiki-hero-a-red-hot-steel-shaft-being-lifted-from-a-quench-tank-with-vapor-rising-from-its-1920x823.jpg) Tratamiento térmico # Distorsión por tratamiento térmico y tensiones residuales en el acero Aprende cómo el tratamiento térmico provoca la distorsión del acero y tensiones residuales mediante gradientes térmicos, cambios de fase y temple. ![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 En esta páginaEn esta página - [1. Qué significan la distorsión y la tensión residual producidas por el tratamiento térmico](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#1-qué-significan-la-distorsión-y-la-tensión-residual-producidas-por-el-tratamiento-térmico "1. Qué significan la distorsión y la tensión residual producidas por el tratamiento térmico") - [2. Las tres fuentes principales de tensión residual en el acero tratado térmicamente](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#2-las-tres-fuentes-principales-de-tensión-residual-en-el-acero-tratado-térmicamente "2. Las tres fuentes principales de tensión residual en el acero tratado térmicamente") - [3. Calentamiento: la primera etapa del riesgo de distorsión](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#3-calentamiento-la-primera-etapa-del-riesgo-de-distorsión "3. Calentamiento: la primera etapa del riesgo de distorsión") - [4. Austenización y estado metalúrgico antes del temple](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#4-austenización-y-estado-metalúrgico-antes-del-temple "4. Austenización y estado metalúrgico antes del temple") - [5. El temple como problema acoplado de transferencia de calor y transformación](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#5-el-temple-como-problema-acoplado-de-transferencia-de-calor-y-transformación "5. El temple como problema acoplado de transferencia de calor y transformación") - [6. Transformaciones de fase y deformación inducida por la transformación](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#6-transformaciones-de-fase-y-deformación-inducida-por-la-transformación "6. Transformaciones de fase y deformación inducida por la transformación") - [7. Geometría, espesor de sección y diseño de componentes](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#7-geometría-espesor-de-sección-y-diseño-de-componentes "7. Geometría, espesor de sección y diseño de componentes") - [8. Perfiles de tensiones residuales después del temple](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#8-perfiles-de-tensiones-residuales-después-del-temple "8. Perfiles de tensiones residuales después del temple") - [9. Revenido, alivio de tensiones y tratamiento térmico posterior](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#9-revenido-alivio-de-tensiones-y-tratamiento-térmico-posterior "9. Revenido, alivio de tensiones y tratamiento térmico posterior") - [10. Mecanizado, Rectificado y Liberación de Tensiones Ocultas](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#10-mecanizado-rectificado-y-liberación-de-tensiones-ocultas "10. Mecanizado, Rectificado y Liberación de Tensiones Ocultas") - [11. Fisuración, retrabajo y consecuencias en servicio](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#11-fisuración-retrabajo-y-consecuencias-en-servicio "11. Fisuración, retrabajo y consecuencias en servicio") - [12. Medición de la Distorsión y de las Tensiones Residuales](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#12-medición-de-la-distorsión-y-de-las-tensiones-residuales "12. Medición de la Distorsión y de las Tensiones Residuales") - [13. Modelado y simulación de la distorsión durante el tratamiento térmico](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#13-modelado-y-simulación-de-la-distorsión-durante-el-tratamiento-térmico "13. Modelado y simulación de la distorsión durante el tratamiento térmico") - [14. Estrategias de Proceso y Diseño para Controlar la Distorsión](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#14-estrategias-de-proceso-y-diseño-para-controlar-la-distorsión "14. Estrategias de Proceso y Diseño para Controlar la Distorsión") - [15. Consideraciones sobre la designación del grado, las normas y las especificaciones del proceso](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#15-consideraciones-sobre-la-designación-del-grado-las-normas-y-las-especificaciones-del-proceso "15. Consideraciones sobre la designación del grado, las normas y las especificaciones del proceso") - [16. Marco diagnóstico para fallos de distorsión](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#16-marco-diagnóstico-para-fallos-de-distorsión "16. Marco diagnóstico para fallos de distorsión") - [17. Distinciones clave y conceptos erróneos comunes](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#17-distinciones-clave-y-conceptos-erróneos-comunes "17. Distinciones clave y conceptos erróneos comunes") - [18. Tablas de referencia y lista de comprobación práctica](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#18-tablas-de-referencia-y-lista-de-comprobación-práctica "18. Tablas de referencia y lista de comprobación práctica") ## 1. Qué significan la distorsión y la tensión residual producidas por el tratamiento térmico #### Secuencia del tratamiento térmico 1. **Calentamiento** Los gradientes de temperatura generan una expansión térmica diferencial y pueden causar una deformación plástica temprana. 2. **Mantenimiento** Se forma la austenita, se redistribuyen el carbono y los elementos de aleación, y se desarrolla el tamaño de grano. 3. **Temple** Las diferencias de enfriamiento entre la superficie y el núcleo se combinan con la deformación de transformación de fase y las restricciones. 4. **Revenido** La martensita cambia, parte de la tensión se relaja y la austenita retenida puede seguir transformándose. El tratamiento térmico modifica mucho más que la dureza. Durante el calentamiento, el mantenimiento a temperatura, el temple y el revenido, una pieza de acero experimenta gradientes de temperatura, transformaciones de fase, cambios de volumen, deformación elástica, flujo plástico y cambios de resistencia. Por tanto, sus dimensiones finales y su estado de tensiones internas surgen de un proceso termomecánico y metalúrgico acoplado, no únicamente de su historial de temperatura. \[1\] \[1\] [**Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels: A Review**](https://doi.org/10.1007/s11665-022-06667-x). Authors in the review. Journal of Materials Engineering and Performance, 2022. Un borde delgado puede enfriarse y transformarse antes que el núcleo. Una capa cementada puede contraerse de manera diferente a un interior de bajo contenido de carbono. Una pieza fundida puede contener ya tensiones procedentes de la solidificación antes de entrar en el horno. El movimiento del medio de temple, la temperatura del baño, la orientación de la pieza, el espesor de la sección, la templabilidad de la aleación e incluso la secuencia de mecanizado pueden alterar el resultado. La revisión de 2022 publicada por autores del *Journal of Materials Engineering and Performance* identifica las interacciones entre la transferencia de calor, la transformación de fase, la geometría, el espesor de la sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple como factores determinantes, en lugar de variables independientes ([revisión de 2022](https://doi.org/10.1007/s11665-022-06667-x "revisión de 2022")). ### Distorsión dimensional frente a tensión interna **La distorsión** es un cambio no deseado en la forma o las dimensiones de una pieza. Incluye abombamiento, flexión, torsión, ovalidad, conicidad, crecimiento o contracción local, así como cambios en la planitud o el descentramiento. Un eje templado que adquiere forma de plátano se ha distorsionado. Un aro de rodamiento que pasa de circular a ovalado también se ha distorsionado, aunque su diámetro medio cambie muy poco. La distorsión se detecta mediante inspección dimensional, medición por coordenadas, calibres o comparaciones con la geometría anterior al tratamiento. **La tensión residual** es la tensión que permanece dentro de un cuerpo después de que ha cesado la carga externa, la diferencia de temperatura o la operación de procesamiento que la produjo. Es autoequilibrada: coexisten regiones sometidas a tracción y a compresión, de modo que el componente puede satisfacer el equilibrio global de fuerzas y momentos sin una carga aplicada. Una superficie puede estar sometida a compresión mientras la zona subsuperficial está sometida a tracción, o al contrario. El componente puede parecer recto aunque estas tensiones sigan siendo considerables. Las tres fuentes principales de tensión residual en el acero tratado térmicamente. | Fuente de tensión | Causa principal | Consecuencia habitual | |---|---|---| | Térmica | Expansión o contracción desigual | Tensiones en la superficie y el núcleo, flexión o alabeo | | De transformación | Diferentes cambios de fase y deformaciones de transformación | Crecimiento, contracción, ovalidad o inversión de tensiones | | De endurecimiento | Fluencia local y evolución de la resistencia | Deformación permanente, redistribución y riesgo de fisuración | El capítulo de ASM International, «Residual Stresses and Distortion in Quenched and Tempered Steels», distingue entre tensiones residuales térmicas, de transformación y de endurecimiento. La tensión residual térmica se desarrolla cuando distintas regiones se contraen en diferente medida durante el enfriamiento. La tensión residual de transformación surge cuando la austenita se transforma en productos como martensita, bainita o perlita en distintos momentos y ubicaciones. La tensión residual de endurecimiento refleja la interacción de estos efectos con la resistencia y la plasticidad cambiantes del acero. Estas categorías se solapan en una pieza real, pero la distinción ayuda a identificar el origen de un problema dimensional ([ASM International](https://doi.org/10.31399/asm.hb.v04b.a0005936 "ASM International")). #### Distinción clave Una pieza puede cumplir las tolerancias dimensionales y, al mismo tiempo, conservar un campo interno severo de tensiones; también puede distorsionarse después del mecanizado cuando la eliminación de material libera un estado de tensiones equilibrado. Un componente puede cumplir las tolerancias dimensionales y, al mismo tiempo, conservar un campo interno severo de tensiones que posteriormente desplace o dañe la pieza. Strong evidence La distorsión y la tensión residual suelen producirse conjuntamente, pero no son intercambiables. Un componente puede presentar una deformación visible con una cantidad relativamente limitada de tensiones bloqueadas después de una relajación plástica considerable. También puede cumplir las tolerancias dimensionales y, al mismo tiempo, contener un campo de tensiones internas severo. Esta última condición es peligrosa porque operaciones posteriores de mecanizado, rectificado o soldadura, las cargas de servicio o los ciclos térmicos pueden liberar o redistribuir la tensión. *Metallurgy of Heat Treatment*, conservado en el archivo de datos de materiales del National Institute of Standards and Technology, describe cómo las tensiones de temple no aliviadas pueden causar deformación durante el mecanizado: la eliminación de material modifica el equilibrio que previamente mantenía la pieza en la forma medida ([archivo de datos de materiales del NIST](https://materialsdata.nist.gov/bitstream/handle/11115/189/Metallurgy%20of%20Heat%20Treatment.pdf "archivo de datos de materiales del NIST")). Por eso, una inspección final realizada inmediatamente después del temple no describe por completo la estabilidad dimensional. Un engranaje puede superar una comprobación de descentramiento y desplazarse después durante el rectificado de acabado. Una placa puede permanecer plana hasta que se fresa una de sus caras. Un eje endurecido puede mostrar pocos cambios mientras está apoyado, pero doblarse después de ser liberado de sus sujeciones. La corrección dimensional en una etapa determinada no demuestra que el estado de tensiones sea inocuo. ### Por qué una pieza puede ser dimensionalmente correcta y, aun así, estar sometida a grandes tensiones Una pieza conserva sus dimensiones correctas cuando las deformaciones producidas durante el tratamiento son compatibles con su forma, sus restricciones y la respuesta del material, aunque las tensiones internas sean elevadas. Considérese una barra larga y uniforme calentada y enfriada de manera casi simétrica. Su superficie y su núcleo pueden desarrollar tensiones opuestas, pero el momento flector neto puede mantenerse próximo a cero. La barra permanece recta mientras las tensiones de tracción y compresión se equilibran a través de su sección. Un resultado similar puede producirse en un aro o un disco cuando el campo de tensiones es axisimétrico. El componente puede expandirse o contraerse de manera suficientemente uniforme para conservar su forma redonda, aunque las tensiones radiales y circunferenciales queden bloqueadas en el material. La medición dimensional registra la consecuencia externa, pero no revela directamente la distribución interna de tensiones. También es posible lo contrario. Si un lado se enfría más rápido, o si una brida delgada se transforma antes que un cubo grueso, una deformación incompatible produce flexión o torsión. Parte de la tensión se alivia mediante deformación plástica, dejando un cambio permanente de forma. Por tanto, la pieza final puede mostrar una distorsión evidente incluso después de que gran parte de la tensión original haya desaparecido. El documento de ASM, *Basic Principles and Design Guidelines for Heat Treating of Steel*, identifica la minimización de la distorsión y de las tensiones residuales no deseadas como criterios principales de diseño del tratamiento térmico. Esta formulación es importante: reducir únicamente el cambio dimensional no es suficiente. Un proceso que mantiene una pieza recta mediante una sujeción severa puede dejar una tensión elevada que se manifieste posteriormente como fisuración, daños de rectificado o inestabilidad durante el servicio. El U.S. Department of Energy también relaciona las tensiones térmicas y residuales en piezas de acero fundido con la distorsión, la fisuración, los retrabajos, las reparaciones mediante soldadura, los errores dimensionales y la reducción del rendimiento en servicio ([informe del DOE](https://www.osti.gov/servlets/purl/1216205 "informe del DOE")). El historial del material también modifica el punto de partida. La forja, la fundición, la soldadura, el trabajo en frío, el mecanizado, la cementación, la nitruración o el alivio de tensiones previos pueden alterar la estructura de grano, la dureza, la tensión residual y el comportamiento de transformación. El trabajo de la University of Iowa sobre piezas de acero fundido subraya que el historial de fundición debe incluirse al predecir las dimensiones finales y las tensiones residuales. Por tanto, una simulación del tratamiento térmico que comience con una microestructura uniforme supuestamente libre de tensiones puede producir una respuesta precisa para el problema equivocado. ### Deformación elástica, deformación plástica y cambio permanente de forma Deformación elástica **Deformación elástica** Deformación que se recupera al retirar la tensión aplicada, siempre que el material no haya alcanzado la fluencia. La deformación elástica es una deformación recuperable. Cuando se elimina la tensión, el material vuelve hacia su forma anterior. Durante el temple, las diferencias de temperatura y las deformaciones de transformación generan inicialmente tensión elástica, pero solo mientras la tensión local se mantenga por debajo del límite elástico dependiente de la temperatura. La deformación plástica es una deformación permanente producida cuando la tensión local supera ese límite elástico cambiante. El acero caliente cede fácilmente durante el calentamiento; las regiones más frías y en transformación pueden adquirir una resistencia suficiente para oponerse a la deformación, mientras las regiones adyacentes siguen contrayéndose o transformándose. Puesto que el límite elástico, el coeficiente de expansión térmica y la composición de fases varían durante el tratamiento, la frontera entre el comportamiento elástico y el plástico se desplaza por toda la pieza. \[2\] \[2\] [**Residual Stresses in Quenched Steel: Parts I and II**](). Authors of the IJMPT discussions. International Journal of Materials and Product Technology, 2005. La distorsión permanente se produce cuando las deformaciones plásticas son espacialmente incompatibles. Si todas las regiones se contrajeran por igual, la pieza simplemente se volvería más pequeña. Si una región se contrae más que otra y la diferencia no puede acomodarse elásticamente, la pieza se dobla, se tuerce o cambia de perfil. Las transformaciones de fase añaden otra fuente de deformación: la formación de martensita, por ejemplo, implica un aumento de volumen, mientras que otras transformaciones presentan una cronología y una magnitud diferentes. El análisis de 2005 publicado en *International Journal of Materials and Product Technology* identifica los gradientes térmicos no uniformes como una fuente principal de la distorsión de temple y relaciona la tensión residual con la deformación plástica a escala microscópica, las condiciones del medio de temple, el endurecimiento superficial y de la capa y el rectificado final ([Parte I](https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007941 "Parte I"); [Parte II](https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007942 "Parte II")). El informe de Worcester Polytechnic Institute expresa el mismo concepto como un problema acoplado que implica transferencia de calor, transformación de fase, tensión, deformación y cambio microestructural ([informe de WPI](https://bpb-us-w2.wpmucdn.com/wp.wpi.edu/dist/3/125/files/2021/06/Distortion-and-Residual-Stress.pdf "informe de WPI")). Ese es el punto de partida útil para el resto de este artículo: el tratamiento térmico no se limita a imponer un programa de temperatura al acero. Crea un campo cambiante e interactivo de deformaciones térmicas y metalúrgicas, y las dimensiones finales son el remanente visible de ese historial. ## 2. Las tres fuentes principales de tensión residual en el acero tratado térmicamente La tensión residual es la tensión que permanece después de eliminar las cargas externas y los gradientes de temperatura. La distorsión es un cambio dimensional: combado, ovalidad, crecimiento, contracción, torsión o cambio de planitud. Ambos resultados están relacionados, pero no son lo mismo. Un componente puede conservar una tensión residual elevada y, al mismo tiempo, parecer dimensionalmente preciso; también puede distorsionarse después del mecanizado porque la eliminación de material libera un campo de tensiones previamente equilibrado. ASM International divide la tensión residual del tratamiento térmico en tres fuentes principales: tensión térmica, tensión de transformación y tensión residual de endurecimiento. Esta clasificación es útil porque los mecanismos difieren, aunque actúen simultáneamente en una pieza de acero real. Por tanto, una expresión como «tensión de temple» oculta la secuencia real de acontecimientos. La transferencia de calor, la transformación de fase, el espesor de la sección, la geometría, la templabilidad de la aleación, la selección del medio de temple y el historial previo del material determinan qué mecanismo predomina en una ubicación concreta. ![Esquema que muestra una superficie de acero más fría que se contrae alrededor de un núcleo más caliente durante el temple](/images/uploads/2de32911-7d9e-4383-ada8-c336ccac9605/wiki-inline-a-cross-section-of-a-steel-bar-showing-surface-to-core-cooling-thermal-contracti-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/2de32911-7d9e-4383-ada8-c336ccac9605/wiki-inline-a-cross-section-of-a-steel-bar-showing-surface-to-core-cooling-thermal-contracti-2027x2560.avif "Ampliar imagen — Esquema que muestra una superficie de acero más fría que se contrae alrededor de un núcleo más caliente durante el temple")Surface-to-core temperature differences create changing thermal stress during cooling. ### Tensión residual térmica La tensión residual térmica comienza con un calentamiento o enfriamiento no uniforme. El acero se dilata al calentarse y se contrae al enfriarse, pero un componente no cambia de temperatura en todas sus partes a la misma velocidad. La superficie responde primero; el núcleo se retrasa. Un borde delgado, un cubo de gran espesor, una esquina aguda y un orificio taladrado desarrollan historiales térmicos diferentes. Durante el enfriamiento, un interior caliente tiende a permanecer expandido mientras la superficie más fría se contrae. La superficie está restringida por el núcleo más caliente y, por tanto, puede entrar en compresión, mientras que el núcleo desarrolla tensión de tracción. Si la superficie se enfría y se contrae después de que el núcleo ya se haya enfriado, el patrón de tensiones puede invertirse. El signo final no queda determinado por la palabra «temple». Depende de la secuencia temporal, la geometría local, la conductividad térmica, la severidad del temple y de si se produjo fluencia durante el transitorio. El calentamiento puede crear la secuencia opuesta. Una superficie calentada rápidamente intenta expandirse contra un interior más frío y puede ceder por compresión. Durante el enfriamiento posterior, esa superficie modificada plásticamente puede dejar una tensión residual de tracción. La uniformidad del horno, la disposición de la carga, la orientación de la pieza y el contacto con los dispositivos de sujeción afectan al campo de temperaturas antes de que comience el temple. La obra *Principios básicos y directrices de diseño para el tratamiento térmico del acero* de ASM identifica la minimización de la distorsión y de las tensiones residuales indeseables como criterios primordiales del diseño del tratamiento térmico. El aspecto práctico es el siguiente: los gradientes térmicos no son simplemente una cuestión de control de la temperatura. Producen deformaciones incompatibles, que pueden hacerse permanentes cuando la tensión local supera el límite elástico dependiente de la temperatura. Los gradientes térmicos no uniformes durante el temple se identifican como una fuente principal de distorsión por temple en el *International Journal of Materials and Product Technology*. Un eje largo y esbelto puede doblarse porque un lado se enfría más rápidamente que el otro. Un anillo puede volverse ovalado porque sus superficies exterior e interior intercambian calor a velocidades diferentes. Una placa puede combarse cuando sus caras experimentan un enfriamiento desigual. La tensión residual puede variar de tracción a compresión a lo largo de unos pocos milímetros, por lo que un único valor medio aporta poca información sobre el riesgo de fisuración o el movimiento posterior durante el mecanizado. ### Tensión residual de transformación La tensión residual de transformación aparece cuando el acero cambia su estructura cristalina y, por tanto, modifica su volumen y su respuesta mecánica. Al enfriarse desde la austenita, distintas regiones pueden transformarse en ferrita, perlita, bainita o martensita a temperaturas diferentes. La transformación martensítica produce una deformación de transformación significativa, mientras que la cantidad y la dirección del cambio dimensional también dependen del contenido de carbono, los elementos de aleación, la austenita retenida y la fracción de cada constituyente. La superficie de una pieza templada suele enfriarse y transformarse antes que el núcleo. Si la superficie forma martensita mientras el interior sigue siendo austenítico, la superficie se expande mientras el núcleo aún está caliente y es relativamente deformable. Posteriormente, el núcleo se transforma y se expande, pero la superficie ya endurecida opone resistencia a ese movimiento. En consecuencia, el estado de tensiones puede cambiar durante el temple. Una superficie inicialmente sometida a tracción puede acabar en compresión, o al contrario, dependiendo del momento de la transformación y de la restricción. Por este motivo, la tensión de transformación no puede tratarse como una corrección uniforme de «expansión de la martensita». La deformación de transformación es local, y el material circundante puede encontrarse a una temperatura, una fracción de fase y un límite elástico diferentes. Una capa endurecida sobre un núcleo más blando se comporta de forma distinta a una sección endurecida en todo su espesor. Las piezas cementadas, nitruradas y endurecidas por inducción también desarrollan gradientes microestructurales y de deformación pronunciados. La austenita retenida puede transformarse posteriormente durante el revenido, el servicio, el rectificado o el almacenamiento, produciendo cambios dimensionales adicionales y relajación de tensiones. La transformación también afecta a las tensiones mediante la plasticidad de transformación. Bajo una tensión aplicada o generada internamente, una región en transformación puede deformarse plásticamente con tensiones inferiores al límite elástico ordinario. La transformación acomoda entonces parte de la deformación impuesta, aunque no necesariamente de una manera que conserve la forma original. La plasticidad de transformación local puede contribuir al doblado, la ovalidad y los cambios de rectitud. La revisión de 2022 «Tensión residual y distorsión durante el endurecimiento por temple de los aceros: una revisión», publicada en el *Journal of Materials Engineering and Performance*, describe la tensión residual y la distorsión como resultados de la interacción entre la transferencia de calor, la transformación de fase, la geometría, el espesor de la sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple. Esta interacción es fundamental. Un medio de temple más rápido puede aumentar el gradiente térmico, modificar la secuencia de transformación y producir simultáneamente una superficie más dura; separar posteriormente esos efectos resulta difícil. ### Tensión de endurecimiento y deformación plástica La tercera fuente es la tensión creada cuando la fluencia local, el endurecimiento por deformación o la restricción impiden una deformación compatible. El acero no presenta la misma resistencia en todas las etapas de un tratamiento térmico. El límite elástico cambia bruscamente con la temperatura y la microestructura. La austenita a la temperatura de temple puede deformarse fácilmente, mientras que la martensita recién formada es mucho más resistente y menos dúctil. Por tanto, una sección puede ceder en una región y permanecer en régimen elástico en otra. Supongamos que una capa superficial se contrae durante el enfriamiento, pero está restringida por un núcleo más caliente. Si la superficie supera su límite elástico instantáneo, experimenta una deformación plástica permanente. Cuando posteriormente el campo de temperaturas se vuelve más uniforme, la recuperación elástica no puede eliminar esa deformación plástica. La incompatibilidad elástica restante es la tensión residual. Si un lado de un componente cede más que el otro, la incompatibilidad se manifiesta tanto como distorsión como tensión. El endurecimiento intensifica este efecto al fijar las diferencias locales. Una capa martensítica puede oponerse a la contracción de un núcleo menos endurecido; un núcleo blando puede acomodar parte de la deformación, pero el enfriamiento y la transformación posteriores pueden invertir la distribución de tensiones. La uniformidad del temple, la agitación, la temperatura del medio de temple y la colocación de la pieza determinan si secciones nominalmente idénticas se endurecen de la misma manera. El rectificado final puede añadir otra capa de tensión próxima a la superficie mediante calentamiento local y deformación mecánica. El *International Journal of Materials and Product Technology* atribuye las tensiones residuales del acero templado a la deformación plástica a escala microscópica y analiza los efectos de las condiciones del medio de temple, el endurecimiento superficial y de capa, y el rectificado final. Este mecanismo explica por qué no puede suponerse que las mediciones de tensión en la superficie representen el núcleo. También explica por qué el alivio de tensiones mediante revenido, tratamiento térmico o métodos mecánicos controlados debe seleccionarse teniendo en cuenta el estado del material y las dimensiones requeridas. Estas tres fuentes se superponen continuamente. La tensión térmica modifica la trayectoria de transformación; la deformación de transformación modifica la restricción térmica y mecánica; y la fluencia local redistribuye ambas. El historial de fundición, la deformación de forja, la segregación, el mecanizado y el normalizado o recocido previos modifican el estado inicial. Los informes de la University of Iowa y del U.S. Department of Energy relacionan estas tensiones residuales con la distorsión, la fisuración, los trabajos de reparación, la reparación mediante soldadura, los errores dimensionales y la reducción del rendimiento en servicio. El archivo de datos de materiales del NIST señala además que una tensión de temple no aliviada puede causar alabeo durante el mecanizado cuando la eliminación de material altera el equilibrio original. Por tanto, una evaluación válida debe determinar dónde la tensión es de tracción o de compresión, cómo varía su magnitud a través de la sección y cómo cambia de una característica geométrica a otra. La respuesta puede diferir en la superficie, el límite entre la capa endurecida y el núcleo, la mitad del espesor, el taladro, el radio de acuerdo y la cara extrema. «Tensión de temple» es una denominación del proceso, no un mecanismo. ## 3. Calentamiento: la primera etapa del riesgo de distorsión La distorsión no comienza cuando un componente de acero entra en el medio de temple. Comienza en cuanto distintas regiones de la pieza alcanzan temperaturas diferentes e intentan expandirse en distinta medida. La tensión resultante puede permanecer en el ámbito elástico, o puede superar el límite elástico local y producir una deformación permanente. En cualquier caso, el ciclo de calentamiento establece la condición mecánica que posteriormente interactúa con la transformación y el temple. La tensión residual y la distorsión están relacionadas, pero no son idénticas. La tensión residual es la tensión autoequilibrada que queda dentro de la pieza después de que han desaparecido las cargas externas y las diferencias de temperatura. La distorsión es un cambio dimensional o de forma. Un componente puede conservar una tensión residual considerable sin presentar un alabeo evidente, mientras que una pequeña cantidad de deformación plástica local puede producir una flexión medible o una pérdida de redondez. ASM International identifica las tensiones residuales térmicas, de transformación y de endurecimiento como contribuyentes independientes en los [aceros templados y revenidos](/es/categorías/aceros-templados-y-revenidos "aceros templados y revenidos"), y considera que minimizar la distorsión y las tensiones residuales indeseables son criterios primordiales del diseño del tratamiento térmico. ### Gradientes de temperatura durante el calentamiento en el horno Un horno puede tener una temperatura programada estable mientras la pieza de trabajo permanece lejos de la uniformidad térmica. La superficie absorbe el calor primero; el núcleo responde después porque el calor debe conducirse a través de la sección. Un borde, diente, nervio o resalte delgado puede aproximarse a la temperatura del horno mientras un cubo o el centro de una placa gruesos todavía están relativamente fríos. La región caliente intenta expandirse, pero el interior más frío la restringe. Esto produce un patrón cambiante de tensiones de compresión y de tracción durante el período de calentamiento. El patrón no es fijo. Al principio del calentamiento, la superficie más caliente suele quedar sometida a compresión por acción del núcleo más frío, mientras que el núcleo queda sometido a tracción. A medida que el frente térmico avanza hacia el interior, la distribución de tensiones cambia, y puede producirse fluencia local si la diferencia de temperatura es suficientemente grande. Cuando posteriormente la pieza se homogeneiza térmicamente, esas deformaciones plásticas anteriores no desaparecen. Pasan a formar parte de la condición inicial para el temple. Por tanto, la velocidad de calentamiento es importante incluso cuando la temperatura final de austenización es idéntica. Una rampa rápida puede aumentar las diferencias de temperatura entre la superficie y el núcleo, mientras que un calentamiento escalonado o un mantenimiento de precalentamiento puede reducirlas. Esto no convierte el calentamiento lento en una solución universal: una exposición prolongada puede modificar el tamaño de grano, la descarburación, la disolución de carburos o la oxidación, y los dispositivos de sujeción pueden seguir restringiendo la pieza durante todo el ciclo. El programa adecuado depende del grado de acero, el espesor de la sección, la atmósfera del horno y el cambio dimensional permitido. La revisión de 2022 realizada por autores de *Journal of Materials Engineering and Performance* describe la distorsión como una interacción entre la transferencia de calor, la transformación de fase, la geometría, el espesor de la sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple. El calentamiento es la primera parte de esa cadena. Un campo de temperaturas no uniforme a la salida del horno proporciona al temple un punto de partida térmico y mecánico desigual. ### Restricciones de la expansión térmica y geometría del componente Una barra libre y uniforme puede expandirse sin generar una tensión interna significativa. Los componentes reales rara vez son libres o uniformes. Un dispositivo de sujeción puede fijar una brida, apoyar un eje en dos puntos o impedir que un anillo se desplace radialmente. La fricción de contacto puede mantener una zona en su posición mientras otra se expande. Una característica adyacente puede actuar como una restricción interna incluso cuando no hay ningún dispositivo de sujeción externo. La geometría concentra estos efectos. Un resalte grueso conectado a una nervadura delgada se calienta lentamente y se expande según un programa diferente. Un nervio puede restringir una placa en una dirección, produciendo flexión en lugar de un simple crecimiento lineal. Los orificios introducen superficies libres y reducen la rigidez local; una fila de orificios puede hacer que un lado del componente se caliente y se expanda de forma diferente al otro. Chaveteros, ranuras, dientes, esquinas agudas y cambios bruscos de sección crean gradientes térmicos locales y concentraciones de tensión. Una pieza de aspecto simétrico aún puede distorsionarse si su distribución de masa es asimétrica o si sus puntos de apoyo no están dispuestos simétricamente. Los componentes largos y esbeltos son especialmente sensibles a pequeñas diferencias de expansión entre caras opuestas. Que una cara se caliente ligeramente más puede producir una curvatura antes de que ocurra cualquier transformación de fase. Los anillos y discos pueden cambiar de diámetro o perder planitud cuando sus bordes y centros siguen historiales de temperatura diferentes. Las piezas fundidas grandes y las forjas pesadas también pueden contener regiones cuya respuesta sea lo bastante lenta como para permanecer frías mientras las salientes delgadas ya están cerca del intervalo de austenización. Los dispositivos de sujeción reducen el movimiento, pero también transfieren cargas a la pieza. Una sujeción rígida puede suprimir un modo visible de distorsión y, al mismo tiempo, aumentar la tensión almacenada que se libera durante la descarga o el temple. Por tanto, un dispositivo de sujeción debe considerarse parte del sistema térmico y mecánico, no simplemente un dispositivo para mantener las dimensiones. El énfasis de la revisión de 2022 en la geometría y el espesor de la sección se aplica tanto al diseño de los dispositivos de sujeción como al propio acero. ### Tensiones preexistentes, historial de fundición y procesamiento previo El componente que entra en el horno ya tiene un historial. La soldadura deja tensiones de contracción térmica y puede crear una zona afectada por el calor con una microestructura y una resistencia diferentes de las del acero base. La forja produce una orientación direccional del flujo, un enfriamiento desigual y posibles tensiones residuales entre las regiones muy trabajadas y las poco trabajadas. La fundición puede dejar una estructura de grano no uniforme, segregación, porosidad, daños por desgarro en caliente y tensiones residuales derivadas de la solidificación y el enfriamiento. La deformación en frío aumenta la densidad de dislocaciones y almacena energía, mientras que el mecanizado puede eliminar una capa superficial tensionada y modificar el equilibrio de fuerzas a través de una sección. El trabajo técnico de la University of Iowa sobre piezas de acero fundidas destaca que el historial de fundición debe incluirse al predecir las dimensiones finales y las tensiones residuales. Este punto se extiende más allá de las piezas fundidas: un modelo de tratamiento térmico que parta de una pieza en bruto homogénea y libre de tensiones puede no detectar la razón por la que una pieza real se dobla. Del mismo modo, el U.S. Department of Energy relaciona las tensiones térmicas y residuales en las piezas de acero fundidas con la distorsión, el agrietamiento, la reparación mediante soldadura, el retrabajo, los errores dimensionales y la reducción del rendimiento en servicio. El mecanizado previo merece especial atención. *Metallurgy of Heat Treatment*, conservado en el archivo de datos de materiales del National Institute of Standards and Technology, informa de que las tensiones de temple no aliviadas pueden causar alabeo durante el mecanizado porque la eliminación de material altera el equilibrio de tensiones residuales. El mismo principio puede operar durante el calentamiento: una superficie sometida a compresión o a tracción puede responder de forma diferente al interior, y el ciclo del horno puede poner de manifiesto ese desequilibrio. El alivio de tensiones, la normalización, el precalentamiento controlado o una secuencia intermedia de mecanizado pueden reducir el riesgo, pero ninguno elimina automáticamente el historial del material. El calentamiento puede liberar parte de las tensiones previas mediante recuperación o flujo plástico y, al mismo tiempo, crear nuevas tensiones térmicas. Cuando comienza el temple, la pieza puede contener ya un campo de temperaturas no uniforme, una microestructura modificada y un estado de tensiones desigual. Estas condiciones ayudan a determinar si la transformación posterior produce un cambio dimensional inofensivo, un alabeo visible o un agrietamiento. ## 4. Austenización y estado metalúrgico antes del temple El temple no comienza con la inmersión en aceite, polímero, agua o gas. Comienza con la condición metalúrgica creada durante el calentamiento. El tamaño de grano de la austenita, la distribución del carbono, los elementos de aleación disueltos, la microestructura previa, la química superficial, la uniformidad de la temperatura y la temperatura de la sección determinan cuándo comienza la transformación y cuánta deformación puede admitir la pieza. Por tanto, el estado inmediatamente anterior al temple gobierna tanto la secuencia de transformación como las tensiones que se desarrollan mientras la pieza se enfría. ASM International identifica tres contribuciones a la tensión residual del tratamiento térmico del acero: tensiones térmicas, de transformación y de endurecimiento ([Manual de ASM, «Tensiones residuales y distorsión en aceros templados y revenidos»](https://doi.org/10.31399/asm.hb.v04b.a0005936 "Manual de ASM, «Tensiones residuales y distorsión en aceros templados y revenidos»")). En la práctica, estas categorías se superponen. Un gradiente térmico crea una contracción diferencial; un gradiente de transformación añade un cambio de volumen local; y la incompatibilidad resultante puede impulsar la deformación plástica. Una pieza puede salir del temple con dimensiones aceptables y, sin embargo, contener suficiente tensión no aliviada como para deformarse durante el mecanizado, porque la eliminación de material cambia el equilibrio de las fuerzas internas, tal como se describe en *Metalurgia del tratamiento térmico*, en el archivo de datos de materiales del National Institute of Standards and Technology. ### Formación y homogeneización de la austenita Cómo afecta la condición de austenización al estado previo al temple. | Condición de austenización | Resultado metalúrgico probable | Implicación para la distorsión | |---|---|---| | Calentamiento o mantenimiento insuficientes | Carburos no disueltos y variación local del carbono | Transformación y deformación no uniformes | | Calentamiento y mantenimiento controlados | Condición más uniforme de la austenita | Respuesta al enfriamiento más constante | | Temperatura excesiva o exposición prolongada | Engrosamiento del grano de austenita | Cambio en el momento de la transformación y en la respuesta mecánica | En el acero hipoeutectoide, el calentamiento por encima de la temperatura crítica superior correspondiente permite que la ferrita y la perlita se transformen en austenita. En los aceros eutectoides e hipereutectoides, los constituyentes iniciales y la temperatura requerida son diferentes, pero subsiste el mismo problema práctico: la austenita debe formarse con una distribución controlada del carbono y sin un crecimiento excesivo del grano. Austenizar no consiste simplemente en alcanzar el valor de consigna del horno. La superficie puede alcanzar la temperatura objetivo mientras el núcleo aún está más frío, especialmente en una sección gruesa o en una pieza con cambios bruscos de espesor. El carbono debe disolverse a partir de la cementita y de otros carburos para establecer la composición austenítica disponible para la transformación posterior. Si el calentamiento es insuficiente o el tiempo de mantenimiento demasiado corto, permanecen carburos sin disolver y variaciones locales de carbono. Si el calentamiento es excesivo o prolongado, los granos de austenita pueden crecer. Ambas condiciones modifican el momento de la transformación y la respuesta mecánica durante el temple. La austenita de grano grueso suele permitir que los productos de transformación se formen en condiciones diferentes de las de una austenita de grano fino, mientras que las diferencias locales de composición hacen que regiones adyacentes no comiencen ni terminen la transformación al mismo tiempo. La homogeneización también se refiere a la temperatura, no solo a la composición química. Una brida, la raíz de un diente, un taladro y un borde delgado pueden tener historiales térmicos diferentes dentro de la misma carga del horno. Durante el temple, la región delgada suele perder calor más rápidamente, mientras que el interior de una sección pesada permanece caliente y continúa contrayéndose más tarde. La revisión de 2022 de los autores de *Tensión residual y distorsión durante el endurecimiento por temple de los aceros*, publicada en el *Journal of Materials Engineering and Performance*, subraya que la transferencia de calor, la transformación de fase, la geometría, el espesor de la sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple interactúan entre sí. Tratar el temple como un único valor de velocidad de enfriamiento oculta los gradientes que generan la distorsión. La austenita también conserva el historial del material de la pieza. La segregación previa de la colada, el flujo de forja, los ciclos térmicos de soldadura, las estructuras bandeadas y los tratamientos anteriores de normalizado o endurecimiento pueden producir regiones con diferente tamaño de grano o distribución de carburos. Los informes de la University of Iowa y del U.S. Department of Energy sobre piezas fundidas de acero muestran por qué el historial de producción debe incluirse en la predicción dimensional: las tensiones térmicas y residuales derivadas del calentamiento y el enfriamiento pueden contribuir a la distorsión, el agrietamiento, el reprocesado, la reparación mediante soldadura y la disminución del rendimiento en servicio. ### Química de la aleación y templabilidad Templabilidad **Templabilidad** Capacidad de una sección de acero para formar martensita hasta una profundidad determinada bajo una condición de enfriamiento dada. El carbono afecta tanto a la dureza alcanzable de la martensita como a la temperatura y la cinética de la transformación. Los elementos de aleación, como el manganeso, el cromo, el molibdeno y el níquel, generalmente desplazan el comportamiento de transformación y pueden aumentar la templabilidad, lo que significa que una sección más grande puede formar martensita en una condición de enfriamiento determinada que un acero de menor templabilidad. La templabilidad no es lo mismo que la dureza. Un grado de acero puede tener una templabilidad elevada y, aun así, requerir un nivel de carbono y una condición de temple específicos para alcanzar una dureza determinada. Esta distinción es importante para las tensiones. En un tratamiento de endurecimiento en todo el espesor, la superficie se enfría primero y puede transformarse en martensita mientras el núcleo permanece austenítico. A continuación, la superficie tiende a expandirse durante la transformación martensítica, mientras que el núcleo puede seguir contrayéndose térmicamente. La transformación posterior del núcleo puede invertir o reforzar el estado tensional inicial. La tensión residual final depende de la secuencia, la restricción, el flujo plástico y las deformaciones de transformación, no únicamente de la dureza. La composición de la aleación modifica dicha secuencia al afectar las temperaturas de inicio de la transformación, las velocidades de transformación, la estabilidad de los carburos y la velocidad de enfriamiento necesaria para suprimir los productos de transformación por difusión. Por tanto, puede cambiar el lugar donde se forman la perlita, la bainita, la martensita o la austenita retenida dentro de una sección. La geometría sigue siendo importante. El mismo grado y el mismo tratamiento térmico nominal pueden producir patrones de tensiones diferentes en un anillo delgado, un eje con un resalte y una pieza fundida pesada, porque su extracción de calor y su restricción mecánica son diferentes. Un temple más severo no es universalmente la mejor manera de reducir la distorsión. Limited evidence La obra de ASM *Principios básicos y directrices de diseño para el tratamiento térmico del acero* identifica la minimización de la distorsión y de las tensiones residuales indeseables como criterios principales de diseño del tratamiento térmico. Esta decisión de diseño debe tomarse considerando conjuntamente la templabilidad del acero y el espesor de la sección de la pieza. Aumentar la severidad del temple puede favorecer un endurecimiento más profundo, pero también puede incrementar los gradientes térmicos y la deformación plástica. Un temple más lento o uniforme puede reducir la distorsión, aunque deje una transformación del núcleo diferente del objetivo microestructural especificado. No existe una solución universal basada en un «temple más severo». ### Cementación, nitruración y gradientes de profundidad de capa Los tratamientos superficiales y de capa plantean un problema diferente del endurecimiento en todo el espesor, porque el material se hace deliberadamente no uniforme. En la cementación, el carbono penetra en la superficie a temperatura elevada, produciendo un gradiente de concentración de carbono desde la capa hacia el núcleo. Después de la austenización y el temple, la capa y el núcleo pueden tener diferentes temperaturas de transformación, respuestas de templabilidad, contenidos de carbono de la martensita, fracciones de austenita retenida y deformaciones de transformación. Por tanto, la profundidad de capa no es únicamente un perfil de dureza; es también un perfil de deformación y tensión. El núcleo puede transformarse más tarde que la capa de alto carbono, y ambas regiones se restringen mutuamente al contraerse y transformarse. La geometría de la pieza determina si esta interacción produce una tensión superficial compresiva beneficiosa, una tensión de tracción indeseada en otra región, flexión, ovalidad o agrietamiento local. El rectificado final puede poner de manifiesto estas tensiones o redistribuirlas. El *International Journal of Materials and Product Technology* identifica la deformación plástica a microescala, las condiciones del medio de temple, el endurecimiento superficial y de capa, y el rectificado final como factores de la tensión residual en el acero templado ([Parte II](https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007942 "Parte II")). La nitruración difiere porque el nitrógeno se introduce mediante un proceso ferrítico a temperatura relativamente baja, formando fases que contienen nitrógeno y nitruros de aleación, en lugar de depender del mismo mecanismo de capa cementada y templada. Su respuesta dimensional puede ser menor que la de un ciclo severo de cementación y temple, pero no es automáticamente dimensionalmente neutra. El espesor de la capa de compuestos, la profundidad de difusión, la condición previa del núcleo, la tensión residual y la geometría local requieren una evaluación independiente. \[3\] \[3\] [**Distortion and Residual Stress**](https://bpb-us-w2.wpmucdn.com/wp.wpi.edu/dist/3/125/files/2021/06/Distortion-and-Residual-Stress.pdf). Worcester Polytechnic Institute report authors. Worcester Polytechnic Institute report, 2021. El tratamiento térmico en vacío también merece un análisis independiente de la distorsión. El vacío modifica las reacciones superficiales, el riesgo de descarburación, la transferencia de calor en el horno y la selección de la presión y el caudal del temple con gas; no elimina los gradientes térmicos ni la deformación de transformación. El informe del Worcester Polytechnic Institute describe la distorsión durante el temple como un problema acoplado que implica transferencia de calor, transformación de fase, tensión, deformación y evolución microestructural. Esta descripción se aplica por igual a piezas endurecidas en todo el espesor, cementadas, nitruradas y procesadas en vacío. El estado metalúrgico previo al enfriamiento establece las condiciones iniciales; el temple simplemente revela cómo interactúan esas condiciones con la forma y la restricción. ## 5. El temple como problema acoplado de transferencia de calor y transformación El tratamiento térmico es una secuencia en la que interactúan el estado metalúrgico inicial, el temple y el revenido. El temple suele describirse como una etapa de enfriamiento rápido que convierte la austenita en martensita. Esa descripción es incompleta. Una pieza de acero no se enfría a una velocidad uniforme, ni se transforma en todas sus zonas a la misma temperatura o en el mismo momento. Sus dimensiones finales y el patrón de tensiones residuales se desarrollan mediante la interacción entre la transferencia de calor, la transformación de fase, la restricción elástica, el flujo plástico, la geometría, el espesor de la sección, el historial del material y las condiciones locales del medio de temple. La revisión de 2022, “Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels”, publicada en *Journal of Materials Engineering and Performance*, trata estas variables como un sistema interrelacionado y no como ajustes de proceso independientes. La misma conclusión aparece en el informe de Worcester Polytechnic Institute, *Distortion and Residual Stress*: la distorsión durante el temple acopla la transferencia de calor, la transformación de fase, la tensión, la deformación y la evolución microestructural. Esto es importante porque cambiar una variable puede mejorar una parte del proceso y empeorar otra. ### Diferencias de enfriamiento entre la superficie y el núcleo Cuando un componente de acero caliente entra en el medio de temple, la superficie pierde calor primero. A continuación, el calor fluye desde el núcleo, más caliente, hacia la superficie, más fría, de modo que el campo de temperaturas cambia continuamente a través de la sección. Un borde delgado puede aproximarse a la temperatura del medio de temple mientras el centro de un engranaje, eje, matriz o pieza fundida de gran espesor permanece austenítico. Cuanto mayor es el espesor de la sección, más tiempo persiste esta separación. La diferencia de temperatura entre la superficie y el núcleo produce deformación térmica. La superficie más fría intenta contraerse, mientras que el interior más caliente se opone a esa contracción. A alta temperatura, el acero tiene un límite elástico relativamente bajo, por lo que parte de la incompatibilidad puede acomodarse mediante deformación plástica. A medida que desciende la temperatura, el material pierde capacidad de fluir y las tensiones pueden quedar bloqueadas en la pieza. La deformación resultante puede manifestarse como combado, ovalidad, torsión o variación del diámetro de un orificio; las tensiones residuales pueden permanecer incluso cuando las dimensiones medidas parecen aceptables. La transformación añade una segunda deformación dependiente del tiempo. En un acero al carbono simple o de baja aleación, la superficie puede transformarse de austenita a martensita mientras el núcleo todavía es austenita caliente. La transformación martensítica generalmente provoca una expansión, mientras que el enfriamiento de la austenita no transformada produce una contracción térmica. La superficie, que se expande inicialmente, está restringida por el núcleo. Más tarde, cuando el núcleo se transforma, su expansión queda restringida por la región exterior, ya transformada y más fría. Según el grado de acero, la trayectoria de enfriamiento y la temperatura a la que se transforma cada región, el estado tensional puede cambiar de signo durante el temple. Puede formarse bainita o perlita en lugar de martensita si una región se enfría demasiado lentamente o si el acero no posee suficiente templabilidad. Sus deformaciones de transformación y propiedades mecánicas difieren de las de la martensita. La austenita retenida puede añadir otro cambio dimensional durante el enfriamiento posterior, el revenido, el servicio o el rectificado. Por tanto, dos zonas con la misma dureza final pueden presentar tensiones residuales diferentes si siguieron trayectorias térmicas y de transformación distintas. La revisión de *International Journal of Materials and Product Technology* identifica los gradientes térmicos no uniformes como una fuente principal de distorsión durante el temple. Esta afirmación no debe reducirse a que “la superficie se enfría más rápido”. Lo importante es el gradiente en evolución y la restricción mecánica asociada a él. La geometría controla ambos factores. Una esquina aguda tiene más superficie por unidad de volumen que un alma central, mientras que un orificio ciego, una ranura para chaveta, una brida delgada o una superficie interrumpida modifican el acceso local del fluido y el flujo de calor. Una capa cementada sobre un acero de bajo carbono, como la de un componente de SAE 8620 cementado, también se transforma de manera diferente a su núcleo de menor contenido de carbono. Una sección de AISI 4140 templada en todo su espesor presenta un problema térmico y de transformación distinto al de esa pieza cementada superficialmente. ### Severidad y uniformidad del temple El nombre del medio de temple no define por sí solo el historial de enfriamiento. | Tipo de medio de temple | Característica general del proceso | Principal aspecto de control | |---|---|---| | Agua | Extracción rápida de calor | Gradientes pronunciados y choque térmico | | Solución polimérica | El comportamiento del enfriamiento varía con la concentración y la agitación | Uniformidad de la concentración y del flujo | | Aceite | Enfriamiento generalmente más lento | Temperatura, viscosidad y circulación | | Gas | Menor severidad con un flujo direccional controlado | Presión, velocidad y exposición | | Sal fundida | Respuesta térmica escalonada o controlada | Condición del baño y momento de la transferencia | La severidad del temple describe la capacidad de un sistema de enfriamiento para extraer calor del acero. El análisis de Grossmann expresa la severidad de enfriamiento mediante el parámetro *H*, pero *H* no es una constante universal del material. Depende del medio de temple, la temperatura, la agitación, el estado superficial, la orientación de la pieza y la relación entre el fluido y la superficie del componente. Un temple en agua, una solución polimérica, aceite, gas o sales fundidas puede producir curvas de enfriamiento muy diferentes, y el mismo medio de temple nominal puede comportarse de manera distinta en tanques separados. #### Advertencia sobre el temple Seleccione la severidad del temple en función de la templabilidad del acero, el espesor de la sección, la geometría y la microestructura requerida. Un enfriamiento más rápido puede mejorar el endurecimiento del núcleo, pero aumenta los gradientes y el riesgo de fisuración. Una mayor severidad incrementa la velocidad de enfriamiento y puede favorecer la formación de martensita en el núcleo de una sección templable. También puede aumentar la diferencia de temperatura entre la superficie y el núcleo, especialmente cuando el acceso del fluido es desigual. Esto puede elevar la tensión térmica y la distorsión. Sin embargo, un temple más lento no es automáticamente más seguro: el enfriamiento lento puede permitir la formación de perlita o bainita en algunas regiones, prolongar el periodo durante el cual existen diferencias de temperatura y producir incompatibilidades de transformación entre secciones adyacentes. No existe una regla universal según la cual un temple más severo siempre aumente o siempre reduzca la distorsión. La cuestión pertinente es cómo interactúa toda la curva de enfriamiento con el acero y la pieza. Una aleación de alta templabilidad puede alcanzar la transformación requerida del núcleo con un temple moderado, mientras que un grado de menor templabilidad puede requerir un enfriamiento más rápido. Un temple severo puede reducir la distorsión en una geometría al acortar el tiempo disponible para el enfriamiento diferencial, pero aumentarla en otra al imponer un gradiente instantáneo mayor o provocar una ebullición no uniforme. La revisión de 2022 de *Journal of Materials Engineering and Performance* relaciona específicamente la distorsión y las tensiones residuales con la interacción entre la selección del medio de temple, la severidad del temple, la geometría, el espesor de la sección, la transferencia de calor y la transformación de fase. Por tanto, la uniformidad es tan importante como la severidad nominal. Si un lado de una placa recibe un movimiento intenso del fluido y el lado opuesto se encuentra en una zona estancada, ambos lados pueden transformarse en momentos diferentes. Un eje largo puede desarrollar distintas velocidades de enfriamiento a lo largo de su longitud debido al flujo del tanque, los dispositivos de sujeción, los efectos de los extremos o las variaciones en el área expuesta. Las piezas colocadas demasiado juntas pueden protegerse unas a otras. Las cestas, bastidores, máscaras y puntos de contacto pueden crear diferencias locales de transferencia de calor lo bastante grandes como para modificar la dureza y la forma. \[4\] \[4\] [**Metallurgy of Heat Treatment**](https://materialsdata.nist.gov/bitstream/handle/11115/189/Metallurgy%20of%20Heat%20Treatment.pdf). Authors of Metallurgy of Heat Treatment. National Institute of Standards and Technology materials-data archive. La tensión residual no es sinónimo de distorsión. Una pieza puede conservar una tensión autoequilibrada considerable con poco cambio dimensional inmediato, mientras que otra puede deformarse visiblemente porque un desequilibrio tensional menor produce flujo plástico. La distinción adquiere importancia durante el mecanizado. *Metallurgy of Heat Treatment*, archivado por el National Institute of Standards and Technology, indica que las tensiones de temple no aliviadas pueden causar alabeo cuando la eliminación de material altera el equilibrio tensional original. Una pieza recta después del temple no está necesariamente libre de tensiones. ### Temperatura del medio de temple, movimiento y comportamiento de la ebullición Un medio de temple extrae calor mediante varias etapas, y estas etapas se ven fuertemente afectadas por la temperatura y el movimiento del fluido. En agua o aceite, una superficie de acero caliente puede generar inicialmente una capa de vapor. Esta etapa de ebullición en película aísla la superficie y puede enfriarla con menor eficacia de la esperada. Cuando la capa de vapor colapsa, la ebullición nucleada puede extraer calor con mucha mayor rapidez. A temperaturas superficiales más bajas, la ebullición disminuye y la convección se convierte en el principal mecanismo de enfriamiento. La película de vapor rara vez es uniforme alrededor de un componente real. Puede persistir en una superficie orientada hacia arriba, colapsar cerca de un borde o romperse de manera irregular alrededor de una esquina. Estas diferencias locales producen un enfriamiento desigual. Esta es una de las razones por las que la agitación puede reducir la distorsión, aunque a menudo aumente la severidad media del enfriamiento: el movimiento fragmenta las capas de vapor y mejora la uniformidad. Sin embargo, un movimiento excesivo o mal dirigido puede crear campos de flujo locales diferentes e intensificar el enfriamiento en una cara más que en otra. La temperatura del medio de temple modifica la viscosidad, el comportamiento de la ebullición, la capacidad calorífica y la estabilidad de la película de vapor. El agua fría puede proporcionar una extracción rápida de calor, pero también generar gradientes pronunciados y un choque térmico elevado. El aceite más caliente suele enfriar con mayor lentitud, mientras que la concentración de polímero modifica tanto la velocidad de enfriamiento como la transición entre la ebullición y la convección. El temple con gas es menos severo, pero puede proporcionar un flujo controlado y direccional en el tratamiento térmico al vacío. La comparación correcta debe basarse en curvas de enfriamiento medidas en posiciones relevantes, no únicamente en el nombre del medio de temple. El diseño del tanque y el movimiento de la pieza también son importantes. La rotación puede igualar el enfriamiento circunferencial de una pieza cilíndrica, pero una velocidad de rotación inadecuada puede modificar la eliminación del vapor sin corregir las diferencias axiales. Un componente introducido en un tanque de forma gradual puede experimentar un historial térmico diferente al de otro sumergido de una sola vez. Debe tenerse en cuenta el acceso local del fluido alrededor de orificios, dientes, rebajes y dispositivos de sujeción en contacto. ASM International identifica las tensiones residuales térmicas, de transformación y de endurecimiento como contribuyentes diferenciados en los aceros templados y revenidos, y sus directrices de diseño para tratamientos térmicos señalan la minimización de la distorsión y de las tensiones residuales indeseables como criterios de diseño principales. Cumplir estos criterios requiere controlar toda la secuencia de temple: el campo de temperaturas entre la superficie y el núcleo, el momento y el alcance de la transformación, la respuesta de tensiones y deformación plástica, y la uniformidad espacial de la extracción de calor. El temple no consiste en una sola velocidad de enfriamiento. Es una condición de contorno térmica y metalúrgica móvil aplicada a un sólido restringido y cambiante. ## 6. Transformaciones de fase y deformación inducida por la transformación El acero no se enfría como un sólido elástico uniforme. Durante el temple, la superficie puede atravesar un intervalo de transformación mientras el núcleo permanece austenítico; posteriormente, el núcleo se transforma bajo un estado de tensiones diferente y a una velocidad de enfriamiento distinta. Por tanto, cada región sigue su propia trayectoria térmica y metalúrgica. Las dimensiones resultantes quedan determinadas por los efectos combinados de la contracción térmica, la deformación de transformación de fase, la tensión elástica, el flujo plástico, la geometría y las restricciones. ASM International divide la tensión residual del tratamiento térmico en contribuciones térmicas, de transformación y de endurecimiento. Estas categorías ayudan a describir los mecanismos, pero no son independientes en un componente real. Un gradiente de temperatura genera tensiones; esas tensiones modifican la deformación que acompaña a la transformación; la región transformada cambia su volumen y rigidez, lo que posteriormente redistribuye las tensiones hacia el material circundante. Por consiguiente, la revisión de 2022 de los autores de *Tensión residual y distorsión durante el endurecimiento por temple de los aceros: una revisión*, publicada en el *Journal of Materials Engineering and Performance*, considera la transferencia de calor, la transformación de fase, la geometría, el espesor de la sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple como variables interactivas, en lugar de tratarlas como factores de corrección independientes. ### Inicio y final de la transformación a través de la sección Para la transformación de la austenita durante el enfriamiento, las temperaturas importantes no son valores únicos para toda la pieza. Son fenómenos locales. La perlita comienza a formarse a la temperatura local de inicio de la perlita y termina a una temperatura inferior; la bainita comienza a formarse a la temperatura de inicio de la bainita, comúnmente designada como Bs, y termina cerca de Bf. La martensita comienza a formarse a Ms y progresa a medida que la temperatura desciende hacia la temperatura de final de la martensita, Mf. La composición de la aleación, el tamaño de grano de la austenita, el contenido de carbono, el procesamiento previo y la velocidad de enfriamiento desplazan estas temperaturas y modifican la fracción formada. La superficie de una sección delgada puede alcanzar Ms mientras el centro de una sección gruesa todavía se encuentra por encima del intervalo de la bainita o de la perlita. En un componente de AISI 4140 templado, por ejemplo, la capa exterior puede formar martensita primero, adquiriendo deformación de transformación mientras el núcleo caliente todavía se contrae térmicamente y sigue siendo relativamente deformable. Cuando el núcleo se transforma posteriormente, está restringido por la capa endurecida. Por tanto, un mismo acero nominal puede contener martensita en la superficie, bainita o perlita en un interior enfriado más lentamente y tensiones residuales diferentes a través de la transición. Los diagramas de transformación muestran esta competencia en función del tiempo y la temperatura, no simplemente de la temperatura. Una trayectoria de transformación por enfriamiento continuo puede evitar la perlita y la bainita si el enfriamiento es suficientemente rápido, pero el espesor de la sección y la extracción de calor determinan si esa condición se cumple en todas partes. La agitación, la temperatura del medio de temple, la formación de una película de vapor, la orientación de la pieza y la geometría local modifican la trayectoria de enfriamiento. Las esquinas agudas, los orificios, las nervaduras delgadas y los resaltes de gran espesor no se enfrían al mismo tiempo. El «inicio de la transformación» también señala el comienzo de un proceso que produce deformación, y no simplemente un cambio visible en una micrografía. Antes de la transformación, la región austenítica puede soportar tensión térmica de forma elástica y plástica. Una vez que comienzan a formarse ferrita, cementita, bainita o martensita, cambian el módulo local, el límite elástico, la densidad y el comportamiento de expansión térmica. El final de la transformación no significa que hayan terminado todos los movimientos dimensionales ni la evolución de las tensiones: la temperatura puede continuar cambiando, la redistribución del carbono puede proseguir en algunos productos y puede permanecer austenita sin transformar. ### Cambio de volumen y plasticidad de transformación La densidad de las fases producto difiere de la de la austenita, por lo que la transformación modifica el volumen. El signo y la magnitud dependen de la composición y del producto formado. La martensita suele tener un volumen específico mayor que la austenita matriz, particularmente cuando aumenta el contenido de carbono, mientras que la contracción térmica actúa en sentido contrario durante el enfriamiento. La bainita y la perlita también producen deformaciones de transformación, aunque su morfología, partición del carbono y temperatura de transformación difieren de las de la martensita. El resultado dimensional importante no es un único valor de expansión libre. Una probeta pequeña que se transforma uniformemente puede cambiar de tamaño sin doblarse. Un componente real se transforma progresivamente a través de su sección, de modo que una capa restringe a otra. Si la deformación de transformación local supera la capacidad disponible de acomodación elástica, se produce deformación plástica. En consecuencia, el componente puede conservar una distorsión después de volver a la temperatura ambiente, incluso cuando el cambio de volumen medio final parece moderado. Plasticidad de transformación **Plasticidad de transformación** Deformación plástica favorecida por una transformación de fase bajo una tensión aplicada o generada internamente. La plasticidad de transformación es la deformación plástica adicional que se produce cuando tiene lugar una transformación de fase mientras el material está sometido a una tensión aplicada o interna. No es necesario que la tensión sea suficientemente elevada para provocar un flujo plástico ordinario en la austenita sin transformar. La transformación modifica la respuesta deformacional del material, y la tensión sesga la dirección o la magnitud de la deformación resultante. Por tanto, un anillo, una placa o un diente de engranaje pueden doblarse, retorcerse o cambiar de diámetro mientras un frente de transformación los atraviesa. Este mecanismo explica por qué la tensión residual y la distorsión están acopladas, pero no son idénticas. La tensión residual es un campo de tensiones autoequilibrado que permanece después del enfriamiento y la descarga; la distorsión es un cambio permanente de forma o de dimensiones. Puede existir tensión con poca distorsión visible si la geometría y las regiones opuestas la equilibran. Por el contrario, la plasticidad de transformación puede convertir un campo de tensiones internas no uniforme en alabeo. El informe del *Worcester Polytechnic Institute* describe la distorsión por temple como un problema acoplado que implica transferencia de calor, transformación de fase, tensión, deformación y evolución microestructural, una descripción más precisa que tratar la distorsión únicamente como un problema del medio de temple. ### Martensita, bainita, perlita y austenita retenida La martensita suele ser la principal fuente individual de deformación por temple en el acero endurecido. Se forma mediante una transformación por cizallamiento sin difusión, por lo que el carbono queda atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo sobresaturada, en lugar de redistribuirse lentamente entre la ferrita y la cementita. Su formación produce un rápido aumento de volumen y una deformación de forma. Como la martensita se forma a lo largo de un intervalo de temperaturas y no en un instante único, distintas partes de un componente pueden transformarse bajo diferentes condiciones de restricción. Una capa martensítica dura que rodea un núcleo más blando es especialmente propensa a la redistribución de tensiones. La bainita se forma a temperaturas inferiores al intervalo de la perlita y superiores al intervalo de inicio de la martensita, aunque los intervalos exactos dependen de la composición de la aleación y del historial de enfriamiento. La bainita superior y la inferior presentan morfologías y comportamientos deformacionales diferentes. La transformación bainítica puede producir cambios dimensionales considerables, especialmente cuando ocurre de manera no uniforme en secciones gruesas o complejas. Puede reducir la fracción de martensita y modificar el patrón final de tensiones, pero no elimina la distorsión de transformación. La perlita se forma mediante el crecimiento cooperativo de ferrita y cementita a temperaturas de transformación relativamente más altas. Por lo general, su deformación de transformación se acomoda durante un periodo más prolongado que la formación de martensita, lo que permite una mayor relajación térmica y plástica. Esto no hace que la perlita sea dimensionalmente irrelevante. Un núcleo enfriado lentamente que forma perlita mientras la superficie ya está endurecida puede imponer restricciones a la capa exterior, y la tensión resultante puede liberarse posteriormente durante el mecanizado. Austenita retenida **Austenita retenida** Austenita que permanece sin transformar después del enfriamiento y puede transformarse posteriormente durante el revenido, el servicio, el rectificado o el almacenamiento. La austenita retenida es la austenita que permanece por debajo de la temperatura ambiente porque no se alcanza la temperatura local Mf o porque el carbono y los elementos de aleación la estabilizan. Los aceros con alto contenido de carbono, las capas cementadas y los grados fuertemente aleados pueden retener cantidades significativas. Su presencia modifica tanto las dimensiones inmediatas como la estabilidad dimensional posterior. Durante el servicio, el revenido, el tratamiento subcero, el rectificado o una carga posterior, la austenita retenida puede transformarse en martensita u otro producto. Esta transformación posterior puede aumentar el volumen y cambiar la forma una vez completado el tratamiento térmico nominal. Este cambio retardado es una de las razones por las que la inspección dimensional no siempre puede limitarse a la salida del horno. Un componente puede superar la medición inicial y, sin embargo, deformarse durante el revenido o el rectificado final. *Metallurgy of Heat Treatment*, de NIST, señala que las tensiones de temple no aliviadas pueden causar alabeo durante el mecanizado cuando la eliminación de material altera el equilibrio de tensiones residuales. Por ello, las directrices de diseño de tratamientos térmicos de ASM identifican la minimización de la distorsión y de las tensiones residuales indeseables como criterios de diseño primarios. Las fracciones de fase, las temperaturas de transformación y la austenita retenida deben considerarse conjuntamente con el espesor de la sección y la uniformidad del temple, y no añadirse como correcciones posteriores. ## 7. Geometría, espesor de sección y diseño de componentes La geometría determina la rapidez con la que el calor entra y sale de un componente de acero, dónde comienza la transformación y cuánto puede expandirse o contraerse cada región sin restricciones. El mismo temple aplicado a un eje de AISI 4140 y a una placa de AISI 4140 con nervaduras, resaltes y agujeros ciegos no producirá el mismo patrón de tensiones. El grado, la templabilidad, la microestructura previa, la velocidad de calentamiento, la práctica de austenización y el medio de temple siguen siendo importantes, pero la forma de la sección determina cómo se distribuyen esas variables en la pieza. ASM International identifica las tensiones residuales térmicas, de transformación y de endurecimiento como contribuyentes diferenciados en los aceros templados y revenidos. Sin embargo, en un componente real no permanecen separadas. Una diferencia de temperatura crea una deformación térmica; una diferencia de transformación añade una deformación de transformación; el material circundante restringe ambas, produciendo tensión elástica y, cuando la tensión local supera la resistencia al flujo, deformación plástica. Por ello, la revisión de 2022 publicada en el *Journal of Materials Engineering and Performance* considera la transferencia de calor, la transformación de fases, la geometría, el espesor de sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple como factores interrelacionados, en lugar de entradas independientes. ![Diagrama de un cubo y un alma de acero que muestra diferentes velocidades de enfriamiento en una transición de sección gruesa a delgada](/images/uploads/425cfc88-60d7-4be9-871c-da11bb2a3a2c/wiki-inline-a-steel-component-with-a-thick-hub-thin-web-and-filleted-transition-showing-diff-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/425cfc88-60d7-4be9-871c-da11bb2a3a2c/wiki-inline-a-steel-component-with-a-thick-hub-thin-web-and-filleted-transition-showing-diff-1920x1288.avif "Ampliar imagen — Diagrama de un cubo y un alma de acero que muestra diferentes velocidades de enfriamiento en una transición de sección gruesa a delgada")Section changes alter heat flow, transformation timing, and local restraint. ### Transiciones de secciones gruesas a delgadas y masa térmica Una región gruesa contiene más masa térmica por unidad de superficie que una sección delgada. Durante el calentamiento, la sección delgada puede alcanzar primero la temperatura de austenización, mientras que el núcleo de la sección gruesa permanece más frío. Durante el temple, la secuencia se invierte de otra manera: la región delgada pierde calor rápidamente, mientras que la región gruesa retiene calor y puede continuar transformándose después de que la región delgada ya se haya endurecido. En consecuencia, sus historiales de temperatura, tiempos de transformación, fracciones de martensita y cambios volumétricos locales pueden diferir. Un resalte abrupto entre un cubo de 40 mm y un alma de 10 mm constituye una zona clásica de restricción. El alma puede contraerse mientras el cubo aún está caliente y dimensionalmente expandido. Más tarde, el cubo se contrae y puede arrastrar el alma hacia una forma diferente. Si la región más gruesa se transforma más tarde, su expansión o contracción puede modificar el estado tensional establecido durante la primera etapa del enfriamiento. El resultado puede ser fluencia local, una concentración de tensiones residuales o un cambio dimensional que no se predice mediante una simple compensación por contracción uniforme durante el temple. El diseño debería favorecer las transiciones graduales: radios de acuerdo generosos, almas ahusadas, resaltes suavizados y espesores de pared lo más uniformes posible. Un cambio gradual no elimina los gradientes térmicos, pero los distribuye a lo largo de una distancia mayor y reduce la restricción brusca impuesta en un límite de sección. Cuando no pueda evitarse una sección pesada, el plano debería identificar la transición como una característica del tratamiento térmico, no simplemente como un detalle de mecanizado. De este modo, las simulaciones de calentamiento y temple pueden examinar el historial local de temperatura y transformación de fases, en lugar de tratar el componente como un bloque uniforme. El mismo principio se aplica a las piezas cementadas, nitruradas y endurecidas por inducción. Una capa endurecida sobre un núcleo blando o de enfriamiento lento crea otra incompatibilidad relacionada con el espesor. El endurecimiento superficial y el endurecimiento de capa modifican la ubicación y la magnitud de las tensiones residuales, como se analiza en las Partes I y II del estudio publicado en el *International Journal of Materials and Product Technology*. El rectificado final también puede liberar o redistribuir estas tensiones. El archivo de datos de materiales del National Institute of Standards and Technology, en *Metallurgy of Heat Treatment*, señala que las tensiones de temple no aliviadas pueden causar alabeo durante el mecanizado, porque la eliminación de material modifica el equilibrio de tensiones residuales. Por tanto, los Diseñadores deberían dejar sobrematerial de mecanizado teniendo en cuenta las restricciones, apoyar las regiones delgadas durante el tratamiento cuando sea viable y especificar un alivio de tensiones intermedio o un revenido cuando la secuencia del proceso lo requiera. El sobrematerial no garantiza que no se produzcan movimientos. Simplemente permite una corrección controlada después de las operaciones principales generadoras de tensiones. ### Simetría, desequilibrio y modos de alabeo Una pieza geométricamente simétrica tiende a desarrollar deformaciones térmicas y de transformación más equilibradas. La simetría no garantiza una distorsión nula, porque el flujo del medio de temple, la sujeción, la carga y el historial del material pueden romper el equilibrio. Sin embargo, elimina una fuente importante de restricción desigual. Un componente asimétrico se enfría a diferentes velocidades en lados opuestos, y un lado puede transformarse antes o alcanzar una condición diferente de martensita, bainita o austenita retenida. La deformación desigual produce flexión o torsión. Una placa plana con una nervadura pesada en un solo lado puede arquearse hacia la nervadura o en dirección opuesta, a medida que las dos caras experimentan historiales de contracción diferentes. Un eje con un chavetero excéntrico puede doblarse o retorcerse porque el lado mecanizado tiene menos masa y una superficie de enfriamiento diferente. Un anillo con un espesor de pared desigual puede volverse ovalado en lugar de conservar su forma circular. Si las diferencias térmicas y de transformación varían a lo largo de la pieza, el anillo o el eje también pueden presentar conicidad. Estos son modos típicos, no resultados universales: la dirección y la magnitud dependen del grado de acero, la templabilidad, las dimensiones de la sección, la severidad del temple, la agitación, la orientación y las restricciones. #### Modos de distorsión - **Abombamiento** Curvatura a lo largo del eje de una placa, barra o eje. - **Torsión** Rotación angular a lo largo de la longitud. - **Ovalidad** Pérdida de circularidad en anillos y piezas cilíndricas. - **Conicidad** Cambio progresivo de la dimensión a lo largo de una longitud. - **Crecimiento o contracción** Cambio dimensional debido a la transformación, la contracción térmica o la liberación de tensiones. Los cambios dimensionales habituales presentan expresiones geométricas diferenciadas: - **Arqueo** es la curvatura a lo largo del eje de una placa, barra o eje, a menudo relacionada con una deformación desigual entre caras opuestas. - **Torsión** es la rotación angular a lo largo de la pieza, favorecida habitualmente por nervaduras, chaveteros, ranuras asimétricas o un acceso desigual del medio de temple. - **Ovalidad** es la pérdida de circularidad en anillos y piezas cilíndricas cuando el enfriamiento o la transformación alrededor de la circunferencia son desiguales. - **Conicidad** es un cambio progresivo de dimensión a lo largo de una pieza, causado por la variación de la sección, del flujo térmico o del historial de transformación. - El **crecimiento** puede acompañar a la transformación o al comportamiento de la austenita retenida, mientras que la **contracción** puede deberse a la contracción térmica, la deformación de transformación y la liberación de tensiones de mecanizado. Estos modos pueden combinarse. Un engranaje templado puede crecer en una dirección de medición, volverse ligeramente ovalado y desarrollar una desviación axial. Describir la pieza simplemente como afectada por una «distorsión de temple» es menos útil que identificar el modo medido y relacionarlo con la geometría que creó una restricción desigual. La obra de ASM *Basic Principles and Design Guidelines for Heat Treating of Steel* incluye la minimización de la distorsión y de las tensiones residuales indeseables entre los principales criterios de diseño para el tratamiento térmico. Este principio favorece las secciones transversales equilibradas, las características centradas, el apoyo uniforme y un acceso del medio de temple similar alrededor del componente. También respalda el diseño de superficies de referencia y puntos de inspección en función del modo de distorsión previsto, en lugar de suponer que todas las dimensiones se desplazarán en la misma medida. ### Agujeros, bordes, esquinas y cambios bruscos de sección Desde el punto de vista de la transferencia de calor, un agujero no es un detalle vacío. Su superficie interior puede enfriarse desde una dirección diferente de la superficie exterior, mientras que el material que rodea un agujero pequeño puede tener poca masa térmica. Un agujero pasante también puede permitir la entrada del medio de temple y crear diferencias locales de flujo. Los agujeros ciegos se comportan de manera diferente porque sus fondos pueden retener calor y restringir el movimiento del fluido. Los agujeros muy próximos dejan nervios delgados que se enfrían y transforman rápidamente, mientras que la zona de material circundante permanece más caliente y sometida a mayores restricciones. Por tanto, el tamaño, el espaciamiento, la profundidad y la orientación de los agujeros deberían considerarse durante el diseño del tratamiento térmico. Cuando la precisión dimensional sea crítica, debe evitarse colocar un agujero pequeño junto a un resalte pesado o a un hombro interior pronunciado, salvo que se hayan evaluado las tensiones y la distorsión locales resultantes. Un patrón de agujeros debería disponerse con la mayor simetría compatible con la función. En los componentes cementados o nitrurados, la profundidad de capa especificada y el núcleo no transformado añaden otra interacción entre la geometría y las tensiones residuales. Los bordes y las esquinas tienen una elevada relación entre superficie y volumen y a menudo se enfrían antes que las caras amplias. Una esquina exterior pronunciada puede desarrollar un gradiente de temperatura elevado desde el borde hacia el interior. Una esquina interior puede retener calor, restringir el flujo del medio de temple y concentrar tensiones al mismo tiempo. Por ello, la esquina puede transformarse en un momento diferente del de cualquiera de las dos caras adyacentes. Los bordes afilados también disponen de menos material para distribuir la deformación, lo que aumenta la probabilidad de deformación plástica local y de fisuración durante un temple severo. Los radios y chaflanes generosos reducen tanto la discontinuidad térmica como la concentración de tensiones mecánicas. Deben dimensionarse teniendo en cuenta los requisitos de mecanizado, fatiga, recubrimiento y endurecimiento; un radio adecuado para el mecanizado aún puede ser demasiado pequeño para un temple severo. El *International Journal of Materials and Product Technology* identifica los gradientes térmicos no uniformes como una fuente principal de distorsión durante el temple, mientras que el Worcester Polytechnic Institute describe el fenómeno como un proceso acoplado de transferencia de calor, transformación de fases, tensión, deformación y cambio microestructural. El diseño del componente no puede separar estos fenómenos. Sí puede hacer que su interacción sea menos extrema. El U.S. Department of Energy y la University of Iowa relacionan asimismo las tensiones térmicas y residuales en las piezas fundidas de acero con la distorsión, la fisuración, el retrabajo, la reparación mediante soldadura, los errores dimensionales y la reducción del rendimiento en servicio. El historial de fundición, incluidos los ciclos térmicos previos y las condiciones locales de solidificación, debe incluirse al predecir las dimensiones finales y las tensiones residuales. ## 8. Perfiles de tensiones residuales después del temple El temple no deja una pieza de acero con un único valor de tensión residual. Deja un campo tridimensional de tensiones que varía desde la superficie hasta el núcleo, alrededor de las esquinas, a lo largo de los cambios de espesor de la sección y cerca de orificios, chaveteros, radios de acuerdo y superficies interrumpidas. El perfil final resulta de la interacción entre la contracción térmica, la deformación por transformación de fase, la restricción elástica y el flujo plástico local. ASM International separa estas contribuciones en tensiones residuales térmicas, de transformación y de endurecimiento, aunque los mecanismos interactúan durante el mismo ciclo de calentamiento y enfriamiento ([ASM International](https://doi.org/10.31399/asm.hb.v04b.a0005936 "ASM International")). La tensión residual y la distorsión están relacionadas, pero no son idénticas. Una pieza puede conservar una tensión considerable y mostrar pocos cambios dimensionales porque las deformaciones opuestas se equilibran entre sí. Por el contrario, un campo de tensiones moderado puede producir una deformación apreciable cuando el mecanizado, el rectificado o las cargas de servicio eliminan la restricción que había mantenido estable la forma original. ![Perfil esquemático de tensiones residuales a través de un cilindro de acero templado](/images/uploads/3ca82320-70c1-4785-85e8-c62d27fd7b64/wiki-inline-a-quenched-steel-cylinder-with-a-through-section-residual-stress-profile-showing-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/3ca82320-70c1-4785-85e8-c62d27fd7b64/wiki-inline-a-quenched-steel-cylinder-with-a-through-section-residual-stress-profile-showing-1920x1094.avif "Ampliar imagen — Perfil esquemático de tensiones residuales a través de un cilindro de acero templado")A quenched section can contain balancing compressive and tensile regions from surface to core. ### Patrones de tensiones en la superficie y el núcleo Los indicios de tensión residual dependen de la secuencia, no simplemente de la palabra «temple». | Secuencia de enfriamiento y transformación | Posible patrón final de tensiones | Variables importantes | |---|---|---| | La superficie se contrae primero; el núcleo permanece caliente | La superficie puede desarrollar tensiones de tracción inicialmente | Gradiente de enfriamiento y fluencia a alta temperatura | | El núcleo se contrae o se transforma después | Pueden permanecer compresión en la superficie y tracción en el núcleo | Momento de la transformación y restricciones | | Enfriamiento desigual alrededor de un elemento geométrico | Regiones locales mixtas de tracción y compresión | Geometría, acceso del fluido y espesor de sección | El patrón conocido de una superficie de acero templado sometida a compresión y un núcleo sometido a tracción es frecuente, pero no constituye una regla universal. Durante la etapa inicial del temple, la superficie se enfría y se contrae, mientras que el interior, más caliente, restringe dicha contracción. Por tanto, la superficie puede quedar sometida a tracción, en ocasiones por encima de su límite elástico, mientras que el núcleo queda sometido a compresión. A medida que prosigue el enfriamiento, el núcleo se contrae y puede transformarse después de que la superficie ya se haya enfriado considerablemente. El patrón de tensiones puede entonces invertirse, dejando una superficie comprimida y un interior sometido a tracción. La transformación martensítica complica esta secuencia. La austenita se expande al transformarse en martensita, y la magnitud de la expansión depende del contenido de carbono, la composición de la aleación, la temperatura de transformación y la fracción transformada. Si la superficie se transforma primero, su expansión queda restringida por el material más frío o aún austenítico situado debajo. Si el núcleo se transforma después, su expansión puede modificar el estado de tensiones ya establecido en la superficie. La bainita, la perlita, la martensita y la austenita retenida contribuyen con distintas deformaciones de transformación. Por ello, una superficie que se enfría con suficiente rapidez para formar martensita puede presentar un perfil de tensiones diferente del de un núcleo que forma bainita o una estructura mixta. La ubicación de la tensión de tracción es importante porque la tracción superficial está fuertemente asociada con la iniciación de grietas, mientras que la tensión compresiva superficial puede retrasar la apertura de grietas de fatiga. Sin embargo, puede existir una región sometida a tracción debajo de una capa superficial comprimida, y una medición superficial no la revelará. La difracción de rayos X normalmente analiza únicamente un volumen poco profundo cercano a la superficie; el resultado describe esa capa, no el componente completo. La difracción de neutrones, los métodos de sincrotrón, el seccionamiento, la perforación de orificios y los perfiles modelizados pueden proporcionar información a mayor profundidad, pero cada método tiene su propia resolución y sus propias hipótesis. La geometría modifica el patrón. Una nervadura delgada puede enfriarse y transformarse prácticamente en todo su espesor, mientras que un cubo, una raíz de diente o una brida gruesos conservan durante más tiempo un interior caliente. Las esquinas y los bordes pierden calor a través de más de una superficie y pueden transformarse antes que el material adyacente. Por tanto, un cambio brusco en el espesor de la sección puede concentrar tanto los gradientes térmicos como la incompatibilidad de transformación. El análisis de 2005 publicado en *International Journal of Materials and Product Technology* identifica los gradientes térmicos no uniformes como una fuente principal de distorsión durante el temple ([Parte I](https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007941 "Parte I")). La temperatura del medio de temple, la agitación, la viscosidad, la humectabilidad y el flujo local determinan la rapidez con la que el calor abandona cada superficie. El aceite, el agua, la solución polimérica, la sal fundida y el gas producen historias de transferencia de calor diferentes. Incluso dentro de un mismo tanque, una superficie obstruida puede enfriarse más lentamente que una superficie expuesta. Por consiguiente, la revisión de 2022 publicada en *Journal of Materials Engineering and Performance* considera la transferencia de calor, la transformación de fase, la geometría, el espesor de la sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple como variables interactivas, no como controles independientes ([revisión de 2022](https://doi.org/10.1007/s11665-022-06667-x "revisión de 2022")). ### Autoequilibrio y redistribución de tensiones Un componente libre no puede conservar una fuerza neta ni un momento neto desequilibrados después del enfriamiento. Las tensiones residuales deben satisfacer el autoequilibrio en toda la pieza: las regiones sometidas a tracción y a compresión se compensan en términos de fuerza, y su distribución también equilibra los momentos flectores. Esto no significa que todas las tensiones locales sean pequeñas. Significa que una capa sometida a una tracción elevada requiere una compresión compensatoria en otra zona, o que el campo tridimensional completo incluye tensiones equilibrantes en otra dirección. La eliminación de material modifica ese equilibrio. El texto *Metallurgy of Heat Treatment*, archivado por el National Institute of Standards and Technology, señala que las tensiones de temple no aliviadas pueden causar deformación durante el mecanizado porque la eliminación de material altera el equilibrio de las tensiones residuales ([archivo de datos de materiales del NIST](https://materialsdata.nist.gov/bitstream/handle/11115/189/Metallurgy%20of%20Heat%20Treatment.pdf "archivo de datos de materiales del NIST")). Un anillo puede abrirse después de mandrinarlo; una placa puede combarse después de fresar una de sus caras; un engranaje endurecido puede desplazarse durante el rectificado final. No se trata de tensiones nuevas creadas únicamente por la máquina. Son la consecuencia visible de liberar un campo ya existente. La deformación plástica a microescala es fundamental para esta redistribución. Los granos y los paquetes no se transforman todos al mismo tiempo ni de la misma manera. Las diferencias en la orientación cristalográfica, la concentración local de carbono, la estructura de grano de la austenita previa y las restricciones impuestas por las fases vecinas generan pequeñas deformaciones plásticas. El artículo de la Parte II publicado en *International Journal of Materials and Product Technology* atribuye parcialmente las tensiones residuales del acero templado a esta deformación plástica a microescala y relaciona el resultado con las condiciones del medio de temple, el endurecimiento superficial y de capa y el rectificado final ([Parte II](https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007942 "Parte II")). El revenido puede reducir las tensiones al permitir la recuperación y un reajuste estructural limitado, pero no garantiza una pieza libre de tensiones. ### Temple completo frente a endurecimiento superficial y de capa El temple completo tiende a crear un campo de tensiones en la mayor parte o en la totalidad de la sección, siempre que esta sea suficientemente pequeña y el acero tenga una templabilidad adecuada. Un acero de baja aleación como AISI 1045 puede formar martensita cerca de la superficie y conservar productos de transformación más blandos hacia el centro en una sección gruesa. Un acero de mayor templabilidad como AISI 4140 puede transformarse a mayor profundidad bajo el mismo temple nominal, modificando tanto el perfil de dureza como la distribución de las deformaciones de transformación. El perfil de tensiones residuales resultante depende de la sección real, la práctica de austenización, la microestructura previa y la severidad del temple, no únicamente de la designación del grado. El endurecimiento superficial crea un contraste más marcado entre materiales. El endurecimiento por inducción calienta rápidamente una capa superficial, mientras que la cementación enriquece en carbono la austenita cercana a la superficie antes del temple; la nitruración forma una capa de compuestos o de difusión sin seguir la misma ruta de transformación del volumen que la cementación. En el acero cementado, la capa con alto contenido de carbono puede transformarse a una temperatura más baja y retener cierta cantidad de austenita, mientras que el núcleo con menor contenido de carbono se transforma de otra manera. La expansión de la capa, la restricción ejercida por el núcleo, la austenita retenida y la plasticidad local pueden dejar la capa sometida a compresión, a tracción o con un perfil mixto, dependiendo de la secuencia temporal y de las condiciones del proceso. Por tanto, desde el punto de vista de las tensiones, el endurecimiento superficial no consiste simplemente en tener «duro por fuera y blando por dentro». La uniformidad del temple es especialmente importante en engranajes, ejes y componentes de rodamientos endurecidos superficialmente. Un enfriamiento desigual alrededor de una circunferencia puede producir una deformación de transformación asimétrica y flexión, incluso cuando la profundidad de la capa sea nominalmente uniforme. El rectificado final puede modificar aún más el estado de tensiones superficiales mediante la acción térmica y mecánica; un rectificado excesivo puede introducir tensiones de tracción o liberar el equilibrio compresivo establecido durante el temple. La obra *Basic Principles and Design Guidelines for Heat Treating of Steel* de ASM identifica la minimización de la distorsión y de las tensiones residuales indeseables como criterios primarios de diseño del tratamiento térmico ([ASM International](https://doi.org/10.31399/asm.hb.mhde2.a0003195 "ASM International")). Este criterio exige pensar en términos de perfiles. El U.S. Department of Energy relaciona las tensiones térmicas y residuales en piezas de acero fundido con la distorsión, el agrietamiento, los retrabajos, la reparación mediante soldadura, los errores dimensionales y la disminución del rendimiento en servicio ([informe del DOE](https://www.osti.gov/servlets/purl/1216205 "informe del DOE")). El historial de fundición, como se destaca en trabajos de University of Iowa, también puede afectar a la estructura inicial y al campo de tensiones. Por ello, el informe de Worcester Polytechnic Institute considera la distorsión durante el temple como un problema acoplado que implica la transferencia de calor, la transformación de fase, las tensiones, las deformaciones y la evolución microestructural ([informe de WPI](https://bpb-us-w2.wpmucdn.com/wp.wpi.edu/dist/3/125/files/2021/06/Distortion-and-Residual-Stress.pdf "informe de WPI")). Una lectura superficial es una observación. El comportamiento del componente corresponde al perfil completo. ## 9. Revenido, alivio de tensiones y tratamiento térmico posterior ### Qué modifica el revenido y qué no puede garantizar El revenido es un tratamiento de recalentamiento controlado que se aplica después del temple, normalmente por debajo de la temperatura crítica inferior, Ac⁢1. Su propósito inmediato es modificar la martensita tal como queda después del temple: el carbono se redistribuye, se forman carburos de transición o cementita y la red martensítica sobresaturada pierde parte de su distorsión tetragonal. Al aumentar la temperatura y el tiempo de revenido, la dureza generalmente disminuye, mientras que mejoran la tenacidad y la estabilidad dimensional. La respuesta depende de la composición de la aleación, de las condiciones previas de austenización, del tamaño de la sección, de la velocidad de temple y de la fracción de austenita retenida. #### Límite del revenido El revenido puede reducir parte de la tensión y mejorar la estabilidad dimensional, pero no puede revertir todos los cambios de forma causados por el enfriamiento desigual, la deformación de transformación o la fluencia local. Por tanto, el revenido modifica tanto las propiedades mecánicas como las tensiones residuales, pero no es un eliminador universal de la distorsión. Una pieza que sale del temple arqueada, retorcida u ovalada puede conservar esa forma después del revenido. El revenido puede aliviar parte de la tensión elástica y permitir una acomodación plástica limitada, pero no puede revertir todos los cambios de forma producidos previamente por un enfriamiento desigual, la deformación de transformación o la fluencia local. Un eje con distintas fracciones de martensita en la superficie y en el núcleo puede seguir cambiando de dimensión durante el revenido; un componente cementado puede responder de manera diferente en su capa y en su núcleo; y la austenita retenida puede transformarse durante el revenido o durante el servicio posterior, produciendo un cambio volumétrico adicional. Esta distinción se ajusta al capítulo del *ASM Handbook* titulado *Residual Stresses and Distortion in Quenched and Tempered Steels*, que separa las tensiones residuales térmicas, de transformación y de endurecimiento, a la vez que muestra que actúan conjuntamente. La revisión de 2022 de los autores de *Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels: A Review*, publicada en el *Journal of Materials Engineering and Performance*, también considera la transferencia de calor, la transformación de fase, la geometría, el espesor de la sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple como variables interrelacionadas. El revenido no puede compensar un patrón de temple deficiente, un dispositivo de sujeción inadecuado o una transición abrupta de sección. Una exposición térmica posterior puede generar nuevos desplazamientos dimensionales. Un segundo revenido, un ciclo de alivio de tensiones, la nitruración, la cementación, el endurecimiento por inducción, la soldadura fuerte, la soldadura o el rectificado final pueden modificar el campo de temperaturas y el equilibrio de fases. La martensita puede revenirse aún más, la austenita retenida puede transformarse y la precipitación de carburos puede modificar el volumen local y el límite elástico. En consecuencia, la dimensión final es el resultado del historial del proceso, no simplemente la dimensión medida después del temple. ### Alivio térmico de tensiones El alivio térmico de tensiones reduce las tensiones residuales calentando el acero hasta una temperatura a la que puedan producirse un flujo plástico local y una relajación dependiente del tiempo, sin austenizar intencionadamente toda la pieza. La temperatura seleccionada debe seguir siendo compatible con la dureza, la tenacidad, la profundidad de capa, la tolerancia dimensional y la condición metalúrgica requeridas. Un ciclo de alivio de tensiones especificado para un acero de bajo carbono normalizado no puede transferirse sin modificaciones a una herramienta templada y revenida, a un engranaje cementado o a un componente nitrurado. *Metallurgy of Heat Treatment*, conservado en el archivo de datos de materiales del National Institute of Standards and Technology, identifica el tratamiento térmico como una de las vías para reducir las tensiones residuales y advierte que las tensiones de temple no aliviadas pueden causar alabeo durante el mecanizado. El mecanismo es sencillo: el calentamiento reduce el límite elástico, lo que permite que las tensiones bloqueadas se relajen mediante pequeñas deformaciones plásticas y un flujo similar a la fluencia. A continuación, el enfriamiento debe controlarse. Si la pieza se calienta de manera desigual, se mantiene durante un tiempo insuficiente o se enfría generando una nueva diferencia de temperatura entre la superficie y el núcleo, el tratamiento puede sustituir un patrón de tensiones por otro. El alivio de tensiones tampoco garantiza una distorsión nula. Un anillo sometido a tensiones elevadas puede modificar su redondez al relajarse el campo de tensiones, aunque el tratamiento haya reducido la fuerza impulsora de desplazamientos posteriores. Una pieza fundida puede responder de acuerdo con su historial de solidificación, el espesor de la sección, la ubicación del alimentador y las reparaciones de soldadura previas. Un informe del U.S. Department of Energy sobre piezas fundidas de acero relaciona las tensiones generadas por el calentamiento y el temple con la distorsión, el agrietamiento, el retrabajo, la reparación mediante soldadura, el error dimensional y la reducción del rendimiento en servicio; los trabajos de la University of Iowa también destacan que el historial de fundición debe incluirse en las predicciones de las dimensiones finales y de las tensiones residuales. Por ese motivo, el alivio térmico de tensiones debe planificarse considerando la secuencia completa. El mecanizado de desbaste antes del alivio puede eliminar material sometido a tensiones y revelar desplazamientos; realizar el alivio antes del mecanizado de desbaste puede reducir ese riesgo, pero el propio ciclo de recalentamiento puede producir un cambio dimensional. El mecanizado de acabado y el rectificado deben realizarse después del tratamiento metalúrgico final siempre que la tolerancia lo exija. Las piezas endurecidas superficialmente y las piezas cementadas requieren especial cuidado, porque la capa, la zona de transición y el núcleo presentan composiciones, temperaturas de transformación y condiciones de restricción diferentes. ### Alivio mecánico de tensiones y enderezado El alivio mecánico de tensiones modifica la forma o la distribución de tensiones aplicando una fuerza, en lugar de depender principalmente de la temperatura. El enderezado mediante prensa, el enderezado mediante rodillos, el granallado, el dimensionado, el acuñado y la deformación en frío controlada pueden corregir una curvatura o una desviación radial medibles. Estos métodos funcionan llevando regiones seleccionadas más allá de su límite elástico, de modo que la recuperación elástica y la deformación plástica dejen la pieza más cerca de la geometría requerida. Esta corrección no está libre de tensiones. El enderezado redistribuye las tensiones residuales y puede introducir tensión de tracción en un lado de la sección, tensión de compresión en el otro o fluencia localizada cerca de los apoyos y puntos de contacto. En el acero endurecido, una fuerza excesiva puede causar grietas; en una estructura martensítica de alta resistencia, el enderezado en frío puede reducir la resistencia a la fractura. El enderezado en caliente reduce la fuerza necesaria, pero añade un ciclo térmico que puede revenir la martensita, modificar la austenita retenida o producir un nuevo gradiente de temperatura. Por tanto, el método admisible depende del grado, la dureza, la geometría de la sección y los requisitos de inspección. La corrección mecánica también puede ocultar una inestabilidad de la pieza en lugar de resolver la causa subyacente. Si el mecanizado elimina posteriormente una capa superficial sometida a tensiones, el componente corregido puede recuperar elásticamente su forma o desplazarse en otra dirección. *Metallurgy of Heat Treatment*, alojado por el National Institute of Standards and Technology, describe específicamente el alabeo durante el mecanizado causado por la alteración del equilibrio de tensiones residuales. Los estudios publicados en *International Journal of Materials and Product Technology* relacionan las tensiones residuales del acero templado con la deformación plástica a escala microscópica y con las condiciones del medio de temple, el endurecimiento superficial o de capa y el rectificado final. Por consiguiente, una secuencia adecuada consiste en reducir las tensiones evitables durante la austenización y el temple, realizar el revenido con prontitud, aplicar cuando sea necesario un tratamiento térmico de alivio de tensiones compatible, efectuar después el mecanizado de desbaste, medir, enderezar únicamente dentro de un procedimiento controlado y completar el mecanizado o el rectificado después de la exposición térmica final. Worcester Polytechnic Institute describe la distorsión producida por el temple como un problema acoplado que implica la transferencia de calor, la transformación de fase, la tensión, la deformación y la evolución microestructural. El enderezado y el alivio de tensiones deben evaluarse dentro de esa misma secuencia. Cuando se controlan adecuadamente, reducen el riesgo; un recalentamiento, una aplicación de fuerza o una eliminación de material mal controlados pueden provocar el siguiente cambio dimensional. ## 10. Mecanizado, Rectificado y Liberación de Tensiones Ocultas El Tratamiento Térmico no siempre deja una Pieza de Acero con sus Dimensiones finales fijadas. Un Componente templado y revenido puede superar una Inspección inicial y, posteriormente, desplazarse durante el torneado, fresado, taladrado o rectificado. La operación de corte no necesariamente ha creado la Distorsión original. Puede haber puesto de manifiesto un desequilibrio de Tensiones Residuales que ya estaba presente después del calentamiento, el Temple, la Transformación y el Revenido. ASM International separa las Tensiones Residuales del Tratamiento Térmico en contribuciones térmicas, de Transformación y de endurecimiento ([ASM Handbook, Tensiones Residuales y Distorsión en Aceros Templados y Revenidos](https://doi.org/10.31399/asm.hb.v04b.a0005936 "ASM Handbook, Tensiones Residuales y Distorsión en Aceros Templados y Revenidos")). Estas Tensiones coexisten con los cambios dimensionales causados por la contracción térmica, la Transformación de fase y la deformación plástica local. La revisión de 2022 publicada en *Journal of Materials Engineering and Performance* describe el resultado como una respuesta acoplada que involucra la transferencia de calor, la Transformación de fase, la geometría, el espesor de la sección, la selección del medio de Temple y la severidad del Temple ([revisión de 2022](https://doi.org/10.1007/s11665-022-06667-x "revisión de 2022")). El mecanizado se lleva a cabo después de ese historial, no sobre una pieza en bruto libre de Tensiones. ### Por qué el mecanizado puede revelar la Distorsión del Tratamiento Térmico Una superficie mecanizada puede parecer geométricamente correcta aunque la Pieza aún contenga Tensiones internas autoequilibradas. Una región puede estar sometida a compresión y otra a tracción, de modo que las fuerzas y los momentos opuestos se equilibran en todo el Componente. El equilibrio puede mantenerse estable hasta que una herramienta de corte elimina una de esas regiones. Este es el mecanismo práctico descrito en *Metallurgy of Heat Treatment*: las Tensiones de Temple no aliviadas pueden causar deformación durante el mecanizado porque la eliminación de material altera el equilibrio de las Tensiones Residuales ([archivo de datos de materiales de NIST](https://materialsdata.nist.gov/bitstream/handle/11115/189/Metallurgy%20of%20Heat%20Treatment.pdf "archivo de datos de materiales de NIST")). Una placa con tensión de tracción cerca de una cara y una compresión compensatoria a mayor profundidad puede doblarse después de retirar la superficie tensionada. Un anillo puede volverse ovalado. Un eje puede cambiar su rectitud después de eliminar una capa excéntrica. La herramienta ha modificado la distribución de fuerzas y el metal restante se deforma hasta alcanzar un nuevo equilibrio. La magnitud del desplazamiento depende de algo más que de la magnitud de la Tensión. La longitud de la Pieza, el espesor de pared, la simetría, la rigidez local, las transiciones de sección y la orientación del campo de Tensiones Residuales son factores relevantes. Una brida gruesa puede restringir un desplazamiento que sería evidente en un alma delgada. Una chavetero o un taladro transversal puede eliminar material de un lado e introducir un momento flector. Una capa cementada o nitrurada puede presentar un perfil de Tensiones y dureza diferente al del núcleo, por lo que cortar a través de la capa modifica tanto el equilibrio mecánico como la trayectoria local de carga. El historial del Tratamiento Térmico también es importante. La revisión de 2022 y el informe del Worcester Polytechnic Institute describen la Distorsión por Temple como el resultado acoplado de la transferencia de calor, la Transformación de fase, la Tensión, la deformación y la evolución microestructural ([informe de WPI](https://bpb-us-w2.wpmucdn.com/wp.wpi.edu/dist/3/125/files/2021/06/Distortion-and-Residual-Stress.pdf "informe de WPI")). Por tanto, dos Piezas nominalmente idénticas pueden responder de manera diferente si difieren su forja previa, fundición, trabajo en frío, estructura de grano, velocidad de calentamiento o agitación del medio de Temple. El Departamento de Energía de los Estados Unidos informa de que las Tensiones térmicas y Residuales en Piezas fundidas de Acero pueden contribuir a la Distorsión, el agrietamiento, el retrabajo, la reparación mediante soldadura, los errores dimensionales y la reducción del rendimiento en servicio ([informe del DOE](https://www.osti.gov/servlets/purl/1216205 "informe del DOE")). El historial de fundición no se borra con el mecanizado posterior. ### Eliminación de material y redistribución de Tensiones La sobremedida de mecanizado proporciona margen para esta incertidumbre, pero no garantiza que no se produzcan desplazamientos. La sobremedida debe considerarse junto con el perfil de Tensiones previsto y el orden en que se exponen las superficies. Eliminar una cantidad importante de un lado de una Pieza tratada térmicamente puede liberar flexión o torsión; eliminar cantidades comparables de lados opuestos puede reducir el desequilibrio neto, aunque la simetría por sí sola no garantiza la estabilidad dimensional. Por ese motivo, la eliminación escalonada de material suele considerarse un concepto de control dimensional, no una receta universal. El mecanizado de desbaste puede retirar la mayor parte de la sobremedida, dejando suficiente material para que la Pieza responda y para que una operación posterior corrija su posición. A continuación, una Inspección intermedia puede identificar el desplazamiento antes de comprometer la geometría final. Si el desbaste revela una curvatura o una excentricidad considerable, continuar directamente hasta la Dimensión terminada puede limitarse a reproducir el error, pero con menor capacidad de corrección restante. La estrategia de referencias debe seguir la geometría funcional de la Pieza y su estado cambiante de Tensiones. Establecer todas las operaciones a partir de una superficie que se desplazó durante el desbaste puede transferir la Distorsión a las características posteriores. Por el contrario, cambiar las referencias sin controlar la relación entre ellas puede crear otra forma de error acumulado. En un eje, puede ser necesario relacionar mediante Inspección el eje seleccionado, los asientos de cojinete y las caras extremas, en lugar de suponer que permanecen fijos. En una placa, puede ser necesario reevaluar la cara de referencia después del desbaste y la relajación de Tensiones. Por tanto, la Inspección posterior al desbaste forma parte de la lógica del proceso, no es simplemente una comprobación final de calidad. La rectitud, la planitud, la redondez, el paralelismo, la excentricidad y las posiciones de las características críticas pueden cambiar entre el desbaste, el Tratamiento de alivio de Tensiones, el sem acabado y el acabado. ASM identifica la “minimización de la Distorsión y de las Tensiones Residuales indeseables” como un criterio principal de diseño del Tratamiento Térmico del Acero ([Principios Básicos y Directrices de Diseño para el Tratamiento Térmico del Acero de ASM](https://doi.org/10.31399/asm.hb.mhde2.a0003195 "Principios Básicos y Directrices de Diseño para el Tratamiento Térmico del Acero de ASM")); la práctica de mecanizado no puede compensar cualquier condición inadecuada del Tratamiento Térmico. Una operación de alivio de Tensiones puede reducir el desplazamiento, pero su temperatura y duración deben ser compatibles con el grado de Acero, el requisito de dureza, la condición de Revenido y el Tratamiento superficial. El alivio mecánico de Tensiones también puede modificar las Dimensiones. No debe suponerse que ninguno de los dos métodos elimina todas las Tensiones Residuales. ### Tensiones de rectificado e integridad superficial Tensión residual en masa **Tensión residual en masa** Tensión residual distribuida a través de una profundidad o un volumen significativo de un componente, en lugar de estar confinada a una capa superficial poco profunda. El rectificado plantea un problema distinto porque sus efectos se concentran cerca de la superficie. La Tensión Residual volumétrica se refiere a la Tensión distribuida a través de una parte sustancial de la sección y capaz de producir flexión, torsión o cambios globales de forma cuando se elimina material. La Tensión inducida por el rectificado suele ser un efecto superficial poco profundo producido por la deformación mecánica y el calor. Ambas pueden coexistir, pero no son intercambiables. La revisión de *International Journal of Materials and Product Technology* atribuye las Tensiones Residuales en el Acero templado a la deformación plástica a microescala y analiza la influencia de las condiciones del medio de Temple, el endurecimiento superficial y de capa, y el rectificado final ([Parte I](https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007941 "Parte I"); [Parte II](https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007942 "Parte II")). El rectificado puede imponer Tensiones de tracción mediante un calentamiento localizado seguido de un enfriamiento rápido, o Tensiones de compresión mediante un rozamiento mecánico intenso y un flujo plástico. El signo y la profundidad dependen de la especificación de la muela, las condiciones de contacto, el suministro de refrigerante, la cantidad de material eliminado y la dureza y microestructura del Acero. Un calor excesivo durante el rectificado puede dañar la condición de Revenido, producir quemaduras de rectificado, ablandar zonas determinadas o generar un reendurecimiento y martensita no revenida. Estos cambios pueden no producir una deformación inmediata y llamativa, pero pueden reducir el rendimiento a fatiga o causar cambios dimensionales posteriores. Las grietas superficiales son especialmente peligrosas cuando una capa de Tensión Residual de tracción se combina con las cargas cíclicas de servicio. El análisis del rectificado final en la Parte II es fundamental para el control dimensional: la última operación elimina poco material, pero determina la superficie funcional y aún puede modificar su estado de Tensiones. Por tanto, el rectificado final debe tratarse como una etapa de acabado controlada, con una Inspección posterior de la geometría y de la integridad superficial. Una Pieza que cumplía las Dimensiones antes del rectificado no necesariamente cumple su condición final. La superficie final, la estructura tratada térmicamente subyacente y el campo de Tensiones deben considerarse conjuntamente. ## 11. Fisuración, retrabajo y consecuencias en servicio El tratamiento térmico puede dejar un componente de acero con un error dimensional y un campo de tensiones almacenado. Ambos fenómenos están relacionados, pero no son lo mismo. La distorsión describe un cambio de forma o tamaño; la tensión residual describe la tensión autoequilibrada que permanece después de retirar la carga térmica o mecánica externa. Una pieza puede parecer recta y, sin embargo, contener una tensión de tracción perjudicial, mientras que otra puede estar deformada, pero presentar un patrón de tensiones residuales que no sea inmediatamente crítico frente a la fisuración. La distinción es importante en las piezas fundidas de acero porque el calentamiento, el enfriamiento, el historial de solidificación, el mecanizado, la soldadura y las cargas de servicio modifican la condición final. ASM International identifica las tensiones residuales térmicas, de transformación y de endurecimiento como contribuyentes independientes en los aceros templados y revenidos. Del mismo modo, la revisión de 2022 de Totten y sus coautores en el *Journal of Materials Engineering and Performance* describe la distorsión como el resultado de la interacción entre la transferencia de calor, la transformación de fases, la geometría, el espesor de la sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple. Ninguna “tensión de temple” única explica todos los fallos. ### Cuándo la tensión residual se convierte en una fuerza impulsora de la fisuración La tensión residual se convierte en una fuerza impulsora de la fisuración cuando una tensión de tracción se concentra en un defecto o en una característica geométrica aguda y eleva la intensidad de tensiones local o la tasa de liberación de energía. La tensión almacenada no tiene que ser elevada en todo el componente. Un poro de fundición, una película de óxido, una cavidad de contracción, una inclusión no metálica, una zona de falta de fusión, una marca de mecanizado, un chavetero o un cambio brusco de sección pueden amplificar el campo local de tracción. A ello se suma la carga de tracción aplicada. Un componente que supera la inspección y el tratamiento térmico puede fisurarse posteriormente cuando la carga cíclica, la vibración, la presión o los ciclos térmicos aportan la fuerza impulsora restante. La misma interacción se aplica a la fisuración asistida por hidrógeno. El hidrógeno puede reducir la resistencia cohesiva y promover la plasticidad localizada, mientras que la tensión residual de tracción ayuda a abrir una fisura o a mantener su crecimiento. Por tanto, los aceros martensíticos de alta resistencia, las superficies endurecidas, las zonas afectadas por la soldadura y los componentes galvanizados o expuestos a sustancias químicas son sensibles a la condición combinada, no a la tensión residual de forma aislada. Una capa superficial de compresión puede retrasar la apertura de una fisura, pero la tensión de tracción subsuperficial, el daño por rectificado o un defecto preexistente aún pueden controlar el fallo. La temperatura modifica este equilibrio. A una temperatura de servicio elevada, la relajación de tensiones y la fluencia pueden reducir parte de la tensión residual, pero las diferencias de expansión térmica pueden generar nuevas tensiones, y la oxidación o la degradación microestructural pueden debilitar la sección. A baja temperatura, la disminución de la tenacidad puede hacer que un defecto sea más peligroso aunque la tensión residual no haya aumentado. La transformación durante el servicio también puede modificar el volumen y la rigidez. El informe del Departamento de Energía de Estados Unidos sobre piezas fundidas de acero relaciona las tensiones térmicas y residuales generadas durante el calentamiento y el temple con la fisuración, la distorsión, el retrabajo, la reparación mediante soldadura y la reducción del rendimiento en servicio; su implicación es práctica: la inspección y el diseño deben considerar conjuntamente la combinación de tensiones, defectos y condiciones de servicio. La tensión residual también puede volverse peligrosa durante el acabado. *Metallurgy of Heat Treatment*, disponible a través del archivo de datos de materiales del National Institute of Standards and Technology, señala que las tensiones de temple no aliviadas pueden causar alabeo durante el mecanizado porque la eliminación de material altera el equilibrio original de tensiones. La eliminación de un lado de una sección puede liberar de manera desigual tensiones de tracción o de compresión. Entonces puede aparecer una fisura en un defecto recién expuesto, pero la operación de mecanizado no necesariamente creó el campo de tensiones original. ### Distorsión, reparación mediante soldadura y retrabajo La distorsión suele provocar retrabajo antes de causar una fractura. Una pieza fundida deformada puede no superar una inspección dimensional, quedar desalineada respecto de una pieza de acoplamiento, exceder la sobremedida de mecanizado o producir una superficie de sellado irregular. A continuación pueden realizarse operaciones de enderezado, calentamiento local, mecanizado adicional, granallado, alivio de tensiones o reparación mediante soldadura. Cada operación vuelve a modificar el historial térmico y mecánico. La reparación mediante soldadura no es una corrección neutra. La soldadura aplica una fuente de calor pequeña e intensa junto a un acero relativamente frío, lo que produce un nuevo gradiente térmico, una zona afectada por el calor, contracción durante el enfriamiento y, posiblemente, microestructuras duras y frágiles. Si la pieza fundida ya contiene tensiones de temple, el cordón de reparación puede superponer una tensión de tracción en una zona que contenga porosidad, inclusiones, defectos de contracción o fisuras previas. Por consiguiente, el control del hidrógeno, el precalentamiento, la temperatura entre pasadas, la selección del metal de aporte, el tratamiento térmico posterior a la soldadura y la inspección son tan importantes como el perfil visible de la soldadura. Los resultados del Departamento de Energía y los trabajos de la University of Iowa sobre piezas fundidas de acero son importantes porque relacionan la precisión dimensional final con el historial de fundición. La secuencia de solidificación, el espesor local de la sección, el sistema de alimentación, las restricciones al enfriamiento, los ciclos térmicos previos y el tratamiento térmico posterior afectan tanto al campo de tensiones inicial como a la respuesta a los procesos posteriores. Una predicción basada únicamente en el temple final no puede tener en cuenta las tensiones heredadas de la fundición. El informe de Iowa destaca específicamente la necesidad de incluir el historial de fundición al predecir las dimensiones finales y las tensiones residuales. El retrabajo puede revelar un segundo problema: un componente puede quedar dentro de la tolerancia del plano y, aun así, conservar una condición de tensiones deficiente. Un rectificado intenso puede eliminar una capa superficial de compresión y dejar al descubierto material sometido a tracción por debajo de ella. El enderezado local repetido puede provocar deformación plástica y reducir el margen frente a la fatiga. Por el contrario, un alivio de tensiones controlado puede reducir el riesgo de distorsión, pero un calentamiento excesivo o mal controlado puede modificar la dureza, la condición de revenido, la profundidad cementada, las capas nitruradas o el ajuste dimensional. Por ello, *Basic Principles and Design Guidelines for Heat Treating of Steel* de ASM considera la minimización de la distorsión y de las tensiones residuales indeseables criterios primarios de diseño, no problemas de inspección que deban corregirse al final. ### Cambio dimensional durante el servicio Un componente no tiene que fisurarse para dejar de cumplir su función. La inestabilidad dimensional puede modificar la precarga de los rodamientos, el juego entre engranajes, la alineación de los ejes, la holgura de las válvulas, la compresión de las juntas o la presión de contacto. En un conjunto de precisión, un pequeño desplazamiento puede causar rozamiento, fugas, distribución desigual de la carga o desgaste acelerado. La pieza permanece estructuralmente intacta, pero su rendimiento en servicio disminuye. Varios mecanismos pueden producir ese desplazamiento. La tensión residual puede relajarse durante el servicio, permitiendo la recuperación elástica o la redistribución plástica. La austenita retenida puede transformarse en martensita y provocar una expansión; el revenido puede reducir el volumen y la dureza de la martensita; y los ciclos térmicos pueden exponer repetidamente las diferencias entre la capa superficial y el núcleo. Las secciones cementadas, nitruradas, endurecidas por inducción y endurecidas en toda su profundidad no responden de manera idéntica porque difieren sus gradientes de composición, dureza, temperatura de transformación y tensión residual. El rectificado final también puede ser importante después del tratamiento térmico. Los estudios publicados en el *International Journal of Materials and Product Technology* identifican los gradientes de temple no uniformes como una fuente principal de distorsión y relacionan la tensión residual con la deformación plástica a escala microscópica, las condiciones del medio de temple, el endurecimiento superficial y de capa, y el rectificado final. El informe de la Worcester Polytechnic Institute presenta el mismo problema como un fenómeno acoplado de transferencia de calor, transformación de fases, tensión, deformación y cambio microestructural. Por tanto, la cualificación para el servicio debe abordar la deriva dimensional además de la iniciación de fisuras. Una pieza recta y sin fisuras en el momento del envío no es necesariamente una pieza estable durante el funcionamiento. ## 12. Medición de la Distorsión y de las Tensiones Residuales La Inspección posterior al Tratamiento Térmico debe combinar dos registros diferentes: un mapa dimensional que muestre cómo se desplazó el componente y una caracterización de las Tensiones que indique qué desequilibrio elástico o plástico permanece en su interior. La distorsión es un cambio de forma o tamaño. La tensión residual es un campo de tensiones autoequilibrado que permanece después de que hayan desaparecido las cargas externas y los gradientes de temperatura. Ambas están vinculadas, pero no son intercambiables. Una pieza puede cumplir una tolerancia dimensional y, al mismo tiempo, conservar una tensión de tracción que posteriormente provoque agrietamiento, desplazamientos durante el mecanizado o daños por fatiga. Por el contrario, una pieza visiblemente deformada puede haber experimentado una deformación de transformación considerable incluso después de que gran parte de sus tensiones residuales se haya relajado. ASM International identifica las tensiones residuales térmicas, de transformación y de endurecimiento como contribuyentes distintos en los aceros templados y revenidos. La revisión de 2022 realizada por los autores de *Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels* en *Journal of Materials Engineering and Performance* describe el resultado como una interacción entre la transferencia de calor, la transformación de fase, la geometría, el espesor de la sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple (doi:10.1007/s11665-022-06667-x). Por lo tanto, la medición debe conservar información suficiente sobre la pieza y su historial térmico para distinguir un defecto dimensional local de una respuesta general del proceso. ![Máquina de medición por coordenadas inspeccionando un eje de acero tratado térmicamente](/images/uploads/2e447bac-a3c4-4790-ab32-f5b73c8eafb4/wiki-inline-a-precision-steel-shaft-being-measured-on-a-coordinate-measuring-machine-after-h-1920x1434.jpg)[](/images/uploads/2e447bac-a3c4-4790-ab32-f5b73c8eafb4/wiki-inline-a-precision-steel-shaft-being-measured-on-a-coordinate-measuring-machine-after-h-1920x1434.avif "Ampliar imagen — Máquina de medición por coordenadas inspeccionando un eje de acero tratado térmicamente")Dimensional inspection records the visible result of the heat-treatment history. ### Inspección dimensional y selección de referencias #### Secuencia de inspección 1. **Línea base** Mida y registre el componente sin tratar, la orientación, el estado del material y las referencias. 2. **Medición posterior al tratamiento** Compare las dimensiones después del temple y el revenido utilizando la misma estrategia de referencia. 3. **Medición durante el mecanizado** Inspeccione después del desbaste y después de una eliminación considerable de material para identificar la liberación de tensiones. 4. **Caracterización de tensiones** Utilice un método cuya profundidad y dirección coincidan con el gradiente de tensiones sospechado. Una inspección dimensional significativa comienza antes del calentamiento. El componente sin tratar debe medirse, marcarse y fotografiarse, registrando su estado metalúrgico y su orientación. Un registro útil incluye la designación del acero, el número de lote o de colada, el estado de mecanizado previo, el tratamiento superficial, la orientación en el dispositivo de sujeción, el ciclo del horno, el tiempo de transferencia, la temperatura y la agitación del medio de temple, el ciclo de revenido y el tiempo transcurrido entre el tratamiento y la inspección. El archivo de datos de materiales del National Institute of Standards and Technology, en *Metallurgy of Heat Treatment*, advierte que las tensiones de temple no aliviadas pueden producir alabeo durante el mecanizado, ya que la eliminación de material modifica el equilibrio de las tensiones residuales. Por lo tanto, un registro «antes» no es opcional cuando después del temple se realiza un rectificado final o un mecanizado de desbaste. La selección de referencias controla el significado de todos los resultados posteriores. Las referencias deben estar vinculadas a superficies funcionales o a elementos geométricos estables, no simplemente al borde más conveniente. Una cara grande puede combarse durante el temple; utilizarla como plano perfecto puede ocultar ese combado al obligar al sistema de coordenadas a seguir el defecto. En un eje, el eje de rotación previo al tratamiento, los asientos de rodamiento y una cara extrema designada pueden definir el sistema de referencia. En una placa, puede ser apropiado utilizar un plano controlado y dos bordes ortogonales, siempre que no se espere que dichos elementos se transformen de manera desigual. Los dispositivos de sujeción solo deben constreñir el componente lo suficiente para posicionarlo. Un amarre excesivo durante la medición puede aplanar una pieza deformada y registrar la condición impuesta por el dispositivo en lugar de la geometría en estado libre. Las máquinas de medición por coordenadas pueden cartografiar la posición de los orificios, la desviación del perfil, el paralelismo, la perpendicularidad, la planitud y los cambios en la posición del eje. Una nube de puntos es más informativa que unas pocas lecturas máximas, porque revela si la distorsión consiste en una flexión global, una elevación localizada del borde, una ovalidad, una torsión o un cambio concentrado alrededor de una transición de sección gruesa a delgada. Antes y después del tratamiento deben utilizarse el mismo sistema de coordenadas y la misma estrategia de palpado. La compensación de temperatura es importante: un componente de acero medido a diferentes temperaturas puede mostrar un cambio dimensional aparente debido únicamente a la expansión térmica. Las piezas redondas requieren comprobaciones de redondez y cilindricidad en varias estaciones axiales. Medir un solo diámetro puede no detectar la lobulación ni un eje combado. La rectitud debe comprobarse a lo largo de varias generatrices y, cuando sea pertinente, a lo largo del eje neutro o funcional. Un anillo puede conservar su diámetro medio y, sin embargo, volverse ovalado; un engranaje puede conservar la separación entre dientes en un radio determinado mientras su corona desarrolla una excentricidad de giro. La comparación por secciones es útil en piezas complejas: deben compararse perfiles transversales a través de paredes delgadas, cubos, nervaduras, radios de acuerdo y secciones pesadas, y después comparar las secciones correspondientes antes y después del tratamiento. El patrón suele señalar la existencia de un gradiente térmico o de una incompatibilidad de transformación. La inspección debe distinguir la distorsión en estado libre de la distorsión causada por la liberación, el corte o la sujeción. Si un componente se secciona para realizar un examen metalográfico o una medición de tensiones, sus dimensiones deben registrarse antes del corte y después de cada etapa de liberación. El historial de fundición también puede ser relevante. Informes del U.S. Department of Energy y de la University of Iowa relacionan las tensiones de calentamiento y temple en piezas de acero fundido con la distorsión, el agrietamiento, el retrabajo, la reparación mediante soldadura, los errores dimensionales y la reducción del rendimiento en servicio; el trabajo de Iowa incluye específicamente el historial de fundición al predecir las dimensiones y tensiones finales. ### Métodos de medición de las tensiones residuales Los métodos de medición de tensiones residuales miden diferentes partes del campo de tensiones. | Método | Profundidad o característica del muestreo | Limitación principal | |---|---|---| | Difracción de rayos X | Deformación de red cercana a la superficie | Por sí sola, no describe el campo de tensiones del núcleo | | Taladrado de orificios | Perfil incremental a poca profundidad | Semidestructivo y dependiente del modelo | | Medición del contorno o seccionamiento | Liberación de tensiones mediante un corte | Destructivo y sensible a los efectos del corte | | Difracción de neutrones | Mayor penetración interna | Requiere acceso especializado y datos de la red de referencia | La difracción de rayos X (XRD) mide la deformación reticular cercana a la superficie observando los desplazamientos de los picos de difracción. Con constantes elásticas adecuadas y un plano de difracción apropiado, esas deformaciones se convierten en tensiones. El método es generalmente sensible a la superficie, por lo que resulta valioso para capas carburizadas, superficies rectificadas y capas templadas, pero por sí solo no puede describir el campo de tensiones en el centro de una sección gruesa. La rugosidad superficial, la textura cristalográfica, la austenita retenida, la descarburación y la radiación seleccionada pueden alterar el resultado. Las mediciones deben realizarse en ubicaciones elegidas a partir del mapa dimensional: los lados convexos y cóncavos de una curvatura, cerca de los radios de acuerdo, en secciones delgadas y gruesas y a lo largo de ambas direcciones principales. El método de perforación incremental es semidestructivo. Se introduce progresivamente un pequeño orificio mientras galgas extensométricas o métodos ópticos detectan la relajación elástica local. Un cálculo inverso estima la tensión original en función de la profundidad. Permite muestrear a mayor profundidad que la XRD convencional, pero sigue siendo una técnica cercana a la superficie, y el cálculo supone una geometría definida, una respuesta elástica y una variación de tensiones suficientemente conocida. Un orificio próximo a un borde, un radio de acuerdo, una reparación mediante soldadura o un gradiente pronunciado de dureza puede invalidar esos supuestos. El propio orificio también interrumpe la pieza, por lo que su ubicación debe seleccionarse en un punto donde el daño resultante sea aceptable. La medición de contornos, el seccionado y otros métodos destructivos relacionados revelan las tensiones al permitir que un cuerpo constreñido se relaje. En los métodos de contorno, un componente se corta a lo largo de un plano, se mide la superficie recién expuesta y un modelo elástico reconstruye la tensión normal que produjo el desplazamiento. El seccionado puede revelar directamente los movimientos de flexión y apertura, pero el corte libera un campo de tensiones tridimensional y puede requerir correcciones por distorsión de corte, plasticidad y ruido de medición. Estos métodos son potentes para secciones gruesas y soldaduras, pero no proporcionan una comprobación no destructiva para producción. La difracción de neutrones puede medir la deformación reticular a profundidades considerablemente mayores que la XRD, ya que los neutrones penetran más profundamente en muchos aceros. Puede cartografiar las tensiones internas a través de una sección sin cortar el componente, siempre que se cumplan los requisitos de acceso, volumen de medida, textura, fase y red de referencia. Es especialmente útil cuando las mediciones superficiales y la respuesta al mecanizado sugieren un gradiente de tensiones enterrado. No debe esperarse que los resultados de la difracción de neutrones, la XRD y la perforación incremental coincidan en la misma ubicación nominal, a menos que sus volúmenes y profundidades de muestreo sean comparables. ### Separación del error del proceso y del error de medición Una discrepancia entre dos inspecciones no demuestra automáticamente que el proceso de tratamiento térmico haya cambiado. La incertidumbre de medición debe estimarse por separado de la variación del proceso. Repita la misma medición sin mover el componente; después, retírelo, vuelva a colocarlo y repita la medición. La diferencia permite separar la repetibilidad del instrumento de los efectos de reubicación de las referencias y de la actuación del operario o del dispositivo de sujeción. Los patrones calibrados, la medición trazable de la temperatura, la cualificación del palpador y una rutina de alineación documentada permiten establecer si el sistema de coordenadas es estable. El estado superficial es una fuente frecuente de interpretaciones erróneas. La cascarilla, los óxidos, el material descarburado, las quemaduras de rectificado, las capas granalladas y la rugosidad pueden afectar tanto al palpado dimensional como a la difracción. Mida antes y después de la limpieza siguiendo un procedimiento definido y registre cualquier eliminación de material. Si después del temple se realiza un rectificado, inspeccione la superficie antes del rectificado y después de cada etapa significativa de mecanizado. Un cambio en la excentricidad de giro después de eliminar material puede deberse a la liberación de tensiones residuales, no a un nuevo defecto de temple, mientras que un cambio en la tensión medida mediante XRD puede reflejar la eliminación de una capa superficial tensionada. La simetría proporciona un diagnóstico importante. Deben compararse los puntos equivalentes situados en lados opuestos de un componente nominalmente simétrico, pero no deben promediarse ciegamente. Un proceso simétrico debería producir un resultado simétrico; una diferencia persistente en un solo lado puede indicar un flujo desigual del medio de temple, un contacto irregular con el dispositivo de sujeción, una carga asimétrica del horno o un error de mecanizado preexistente. Los gradientes de tensiones también hacen que las lecturas de un solo punto sean poco fiables. Cartografíe varias profundidades, orientaciones y zonas geométricas, y después compare el patrón con la dureza, la microestructura, el contenido de austenita retenida y el ciclo térmico registrado. Worcester Polytechnic Institute describe la distorsión durante el temple como un problema acoplado que implica transferencia de calor, transformación de fase, tensión, deformación y evolución microestructural. El sistema de inspección debe ser igualmente riguroso al separar esos efectos de los errores introducidos por la propia medición. ## 13. Modelado y simulación de la distorsión durante el tratamiento térmico La simulación del tratamiento térmico no es una calculadora de la velocidad de temple a la que se añade posteriormente una corrección por distorsión. Un modelo fiable predice la evolución acoplada de la temperatura, las fracciones de fase, la deformación, la tensión y la geometría mientras el acero se calienta, se mantiene a temperatura, se templa, se reveniene y, en ocasiones, se mecaniza. La distorsión es el cambio de forma o de dimensiones; la tensión residual es la tensión interna que permanece después de que hayan desaparecido las cargas externas y los gradientes de temperatura. Son resultados diferentes de la misma historia de proceso. Una pieza puede presentar una tensión residual considerable con poca distorsión visible, o una deformación evidente después de que las tensiones se liberen mediante el mecanizado. ASM International identifica las tensiones residuales térmicas, de transformación y de endurecimiento como contribuyentes diferenciados en los aceros templados y revenidos. La tensión térmica surge de la expansión y contracción restringidas. La tensión de transformación se desarrolla cuando distintas regiones se transforman a temperaturas diferentes y cambian de volumen en momentos distintos. La tensión de endurecimiento está asociada con la respuesta mecánica de la microestructura en evolución, incluidos los cambios en el límite elástico y en el flujo plástico. Una simulación que omita cualquiera de estos mecanismos puede seguir produciendo una curva de temperatura suave, pero sus dimensiones predichas pueden ser erróneas. ### Acoplamiento térmico, metalúrgico y mecánico El campo térmico es el punto de partida, no la respuesta completa. El solucionador debe calcular la conducción de calor a través del acero, la radiación y la convección en las superficies expuestas, la conducción de contacto en los dispositivos de sujeción y la extracción de calor hacia el fluido de temple. La transferencia de calor superficial suele expresarse mediante una condición de contorno o un coeficiente de transferencia de calor dependiente de la temperatura. Dicho coeficiente cambia durante la ebullición, la ebullición nucleada, la ebullición de transición y la convección líquida o de vapor. También varía con la agitación, la orientación de la pieza, la temperatura del medio de temple, la composición del fluido y el estado local de la superficie. La revisión de 2022, «Tensión residual y distorsión durante el endurecimiento por temple de los aceros», publicada en *Journal of Materials Engineering and Performance*, subraya que la transferencia de calor, la transformación de fase, la geometría, el espesor de la sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple interactúan entre sí. Una temperatura uniforme del baño no produce una historia de enfriamiento uniforme si una cara está protegida, un taladro retiene vapor o un cubo grueso se enfría más lentamente que un aro delgado. Los artículos de *International Journal of Materials and Product Technology* de las Partes I y II identifican igualmente los gradientes térmicos no uniformes como una fuente principal de la distorsión durante el temple y relacionan la tensión residual con las condiciones del medio de temple, el endurecimiento superficial y de capa, y el rectificado final. El modelo metalúrgico convierte la temperatura y la composición en una evolución de fases. La austenita puede transformarse en ferrita, perlita, bainita, martensita o austenita retenida, dependiendo de la trayectoria local de enfriamiento y de la templabilidad. Cada transformación puede producir una deformación de transformación, incluido un componente volumétrico y, en algunos modelos, un componente dependiente de la orientación. El modelo constitutivo combina entonces la deformación térmica, la deformación de transformación, la deformación elástica y la deformación plástica: \\\[ \\boldsymbol{\\varepsilon}\_{total} = \\boldsymbol{\\varepsilon}\_{elastic} + \\boldsymbol{\\varepsilon}\_{plastic} + \\boldsymbol{\\varepsilon}\_{thermal} + \\boldsymbol{\\varepsilon}\_{transformation}. \\\] Esta descomposición es un marco de modelado, no una afirmación de que las deformaciones se produzcan de forma independiente. Interactúan a través del estado tensional y del límite elástico dependiente de la temperatura. Una región martensítica puede formarse mientras la austenita circundante aún está caliente y presenta un comportamiento más dúctil; un enfriamiento posterior puede invertir el patrón local de tensiones. También puede producirse plasticidad inducida por la transformación cuando la tensión favorece la transformación o cuando la deformación de transformación promueve el flujo plástico. Por tanto, el acoplamiento mecánico debe incluir el módulo elástico, la tensión de fluencia, el comportamiento de endurecimiento, el coeficiente de Poisson y la deformación de transformación, todos ellos dependientes de la temperatura y de la fase, así como, cuando sea necesario, la respuesta de fluencia o viscoplástica. Las restricciones impuestas por dispositivos de sujeción, matrices de prensado, núcleos o secciones adyacentes deben representarse explícitamente. Una barra libre, un anillo sujeto y un engranaje apoyado sobre un dispositivo de sujeción no presentan la misma distorsión predicha, aunque estén fabricados con el mismo acero y se enfríen en el mismo baño de temple. ### Datos del material y cinética de transformación Los datos del material determinan si la simulación describe un determinado grado de acero o únicamente un acero genérico. Las entradas necesarias suelen incluir la composición química, la densidad, la conductividad térmica, el calor específico, la emisividad, las temperaturas de transformación de fase, el calor latente, las fracciones de fase, la cinética de transformación, las deformaciones de transformación y las propiedades mecánicas de cada fase relevante. Los datos de templabilidad, como un perfil de Jominy o un comportamiento de transformación en enfriamiento continuo calibrado, pueden ayudar a establecer si una sección forma martensita o una mezcla de bainita y perlita. La cinética debe corresponderse con el ciclo térmico. Los datos de transformación isotérmica por sí solos pueden no predecir el comportamiento de una pieza forjada o colada enfriada de forma continua. Los modelos basados en diagramas de transformación tiempo-temperatura, diagramas de transformación en enfriamiento continuo, relaciones de martensita de tipo Koistinen–Marburger o rutinas calibradas de campo de fases y elementos finitos incorporan supuestos sobre la nucleación, la incubación, la composición y la estructura de grano de la austenita previa. Los gradientes de carbono debidos a la carburación, los gradientes de nitrógeno debidos a la nitruración y la segregación procedente de la colada requieren entradas espacialmente variables, en lugar de asignar una única composición a todos los elementos. El archivo de datos de materiales del National Institute of Standards and Technology proporciona una fuente útil de información sobre tratamientos térmicos, pero los datos archivados aún deben comprobarse con respecto al grado real, el tamaño de la sección, el estado superficial y el equipo utilizado. Los valores publicados pueden haberse medido con geometrías de probeta o velocidades de enfriamiento diferentes. Un modelo calibrado para un temple en aceite no debe transferirse sin ensayos a una solución polimérica, agua, gas o un temple interrumpido. La condición de contorno del temple forma parte del conjunto de datos del material y del proceso. La calibración debe comparar las temperaturas, fracciones de fase, durezas, dimensiones y tensiones predichas con las mediciones del proceso especificado. Los termopares, las mediciones infrarrojas cuando sean viables, la dilatometría, los perfiles de dureza, los recuentos metalográficos de fases, los escaneos con una máquina de medición por coordenadas y la difracción de rayos X o de neutrones pueden evaluar distintas partes del modelo. La calibración de la distorsión debe incluir varias características: el diámetro del taladro, la planitud de las caras, el descentramiento, la longitud y el cambio angular. Ajustar una única dimensión final puede ocultar errores compensatorios en la transferencia de calor y en la deformación de transformación. La sensibilidad al mallado es importante porque las paredes delgadas, los empalmes de pequeño radio, los chaveteros, los orificios, las transiciones de profundidad de capa y las regiones de contacto generan gradientes pronunciados. Es más significativo refinar la malla hasta que la dimensión final predicha cambie solo ligeramente que seleccionar desde el principio una malla visualmente fina. Las hipótesis de contorno merecen el mismo nivel de revisión. Un enfriamiento perfectamente simétrico, coeficientes de transferencia de calor perfectamente rígidos y constantes, y apoyos sin fricción pueden producir un resultado ordenado que el horno nunca genera. Los estudios de sensibilidad deben variar la densidad de la malla, los coeficientes superficiales, la rigidez de los dispositivos de sujeción, la fricción, la temperatura inicial y los parámetros cinéticos de las fases para identificar qué incertidumbres controlan el resultado. ### Historia de la colada y predicción de las dimensiones finales El historial de fundición y el procesamiento previo pueden afectar materialmente a las dimensiones finales previstas y a las tensiones residuales. Limited evidence En el caso del acero colado, la condición inicial ya constituye una historia térmica y mecánica. La solidificación produce segregación, estructura dendrítica, porosidad, tensión residual y una estructura de grano no uniforme. El enfriamiento posterior al desmoldeo, la retirada de mazarotas, el mecanizado basto, la reparación mediante soldadura y el alivio de tensiones pueden alterar el campo tensional antes de que comience el endurecimiento. El U.S. Department of Energy informa de que las tensiones térmicas y residuales en las piezas de acero colado pueden contribuir a la distorsión, el agrietamiento, los reprocesos, las reparaciones mediante soldadura, los errores dimensionales y la reducción del rendimiento en servicio. Un modelo que comienza con un bloque libre de tensiones y composicionalmente uniforme a temperatura ambiente ha descartado la evidencia que controla gran parte de la respuesta posterior. El informe de la University of Iowa señala lo mismo en términos de predicción: la historia de la colada debe incluirse al estimar las dimensiones finales y las tensiones residuales. Esto puede requerir un flujo de trabajo secuencial. Una simulación de colada predice primero la solidificación, el enfriamiento, la contracción y la tensión residual; los campos resultantes de temperatura, fase, composición y tensión se convierten entonces en el estado inicial para la austenización y el temple. A continuación puede modelarse el mecanizado basto eliminando elementos o modificando las restricciones, seguido de otro cálculo de equilibrio. Esta secuencia captura la redistribución de tensiones que un único paso de tratamiento térmico no puede reproducir. En consecuencia, la geometría final predicha es específica del proceso. Depende de la carga del horno, el tiempo de austenización, el retraso de transferencia, el movimiento del fluido de temple, el contacto con los dispositivos de sujeción, el revenido, el enfriamiento entre operaciones y la historia del material. La simulación no produce un valor abstracto de distorsión perteneciente al «acero» con independencia de esas condiciones. Predice la respuesta de una geometría, un grado, un estado inicial, una configuración del equipo y un programa de proceso definidos. Esta distinción también explica por qué la simulación debe respaldar los ensayos de proceso, en lugar de sustituir las mediciones. El informe del Worcester Polytechnic Institute describe la distorsión durante el temple como un problema acoplado que implica transferencia de calor, transformación de fase, tensión, deformación y cambio microestructural. El modelo es fiable cuando reproduce el comportamiento medido en más de una pieza o condición, pone de manifiesto las sensibilidades dominantes y muestra dónde se liberará la tensión residual durante el mecanizado. Por ello, las directrices de ASM sobre el diseño de tratamientos térmicos consideran la minimización de la distorsión y de la tensión residual indeseable como criterios primarios de diseño, no como correcciones posteriores al proceso. ## 14. Estrategias de Proceso y Diseño para Controlar la Distorsión El control de la distorsión debe organizarse en torno a la reducción de las deformaciones incompatibles, no a la promesa de un cambio dimensional nulo. Durante el calentamiento y el temple, distintas regiones de una pieza se dilatan, contraen, transforman y ceden en momentos diferentes. ASM International identifica las tensiones residuales térmicas, de transformación y de endurecimiento como contribuyentes separados, aunque en el componente real se desarrollan conjuntamente. La revisión de 2022 publicada en *Journal of Materials Engineering and Performance* describe igualmente la distorsión durante el temple como una interacción entre la transferencia de calor, la transformación de fase, la geometría, el espesor de la sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple. Por tanto, un proceso adecuado limita las diferencias entre regiones adyacentes. No se limita a seleccionar un medio de temple más rápido ni a aplicar una mayor sobremedida de mecanizado. ### Diseño para un calentamiento y enfriamiento uniformes La geometría es la primera variable del proceso. Los cubos gruesos conectados a almas delgadas, los resaltes abruptos, los chaveteros afilados, los agujeros ciegos y las secciones de pared desiguales generan diferentes velocidades de calentamiento y enfriamiento. También producen restricciones locales: una región intenta contraerse mientras otra permanece caliente y dilatada. La tensión resultante puede causar deformación plástica antes de que se forme martensita, o puede liberarse posteriormente cuando se redistribuyen las tensiones residuales. Simplificar la forma reduce estas incompatibilidades. Utilice transiciones graduales de sección, radios de acuerdo generosos y espesores de pared lo más uniformes posible cuando el diseño funcional lo permita. Evite cambios bruscos de sección cerca de asientos de rodamientos, dientes de engranajes o superficies de posicionamiento. Una transición que parece moderada en el plano puede tener un efecto considerable durante el temple, porque la región más delgada puede alcanzar la temperatura de inicio de la martensita mientras la región más gruesa todavía experimenta contracción térmica. *International Journal of Materials and Product Technology* identifica los gradientes térmicos no uniformes durante el temple como una fuente principal de distorsión. El calentamiento también debe ser uniforme en toda la carga. Las piezas deben espaciarse de modo que la atmósfera del horno pueda circular a su alrededor, en lugar de estar apretadas y en contacto entre sí. Las cestas pesadas, los componentes apilados y las superficies protegidas pueden retrasar localmente el calentamiento. El precalentamiento resulta útil cuando, de otro modo, se desarrollaría una gran diferencia de temperatura entre la superficie y el núcleo, especialmente en piezas gruesas, complejas o muy aleadas. Un ciclo escalonado puede reducir el choque térmico, pero el precalentamiento no elimina la necesidad de controlar la temperatura de austenización y el tiempo de mantenimiento. Una exposición excesiva puede aumentar el tamaño de grano de la austenita, incrementar la oxidación o la descarburación y modificar la respuesta de transformación final. La uniformidad del enfriamiento es tan importante como la uniformidad en el horno. El medio de temple debe alcanzar todas las superficies relevantes a una velocidad similar, con temperatura, agitación y limpieza controladas. Las capas de vapor, las bolsas estancadas, los pasos obstruidos y los patrones de pulverización desiguales crean historiales locales de enfriamiento. El resultado puede ser una superficie martensítica dura junto a una región que contenga bainita, perlita o austenita retenida, acompañadas de diferentes cambios de volumen y distintos estados de tensión residual. La agitación del medio de temple debe eliminar el vapor y proporcionar una transferencia de calor reproducible sin obligar a una característica delgada a doblarse bajo las cargas del fluido o de la manipulación. Las sobremedidas de mecanizado deben reflejar este comportamiento. Los puntos de referencia críticos pueden dejarse con material suficiente para las operaciones de acabado posteriores al temple y al revenido, mientras que no debe añadirse material innecesario de forma indiscriminada, porque aumenta la masa térmica y puede incrementar las diferencias de sección. La operación final de rectificado también merece atención: el estudio de IJMPT sobre acero templado relaciona la tensión residual con las condiciones del medio de temple, el endurecimiento superficial y por cementación, y el rectificado final. ### Selección de la templabilidad y de las condiciones de temple La composición química del acero determina la rapidez con la que debe enfriarse una sección para evitar productos de transformación por difusión y obtener la microestructura requerida. La selección debe guiarse por la templabilidad, no simplemente por la dureza nominal. Por ejemplo, AISI 4140 generalmente presenta mayor templabilidad que un acero al carbono simple con un contenido de carbono comparable, porque el cromo y el molibdeno retrasan la transformación; AISI 52100 se selecciona para aplicaciones de rodamientos con alto contenido de carbono, pero requiere un control minucioso de la austenización y el temple, porque su población de carburos y el tamaño de la sección afectan al comportamiento de transformación. El grado adecuado depende del perfil de dureza requerido, la tenacidad, la resistencia al desgaste, las dimensiones y las tensiones de servicio. La selección de un acero con una templabilidad adecuada puede permitir un temple menos severo. Esto reduce la diferencia de temperatura entre la superficie y el núcleo y disminuye la tensión térmica necesaria para producir la estructura objetivo. Un temple muy severo puede producir una elevada dureza superficial, pero también puede aumentar la distorsión, el riesgo de fisuración y la tensión residual sin mejorar las propiedades requeridas del núcleo. Por el contrario, una severidad insuficiente puede dejar zonas blandas o cantidades excesivas de bainita y perlita. La decisión es un compromiso metalúrgico, no una preferencia general por aceite, agua, polímero, gas o sal. La concentración, la temperatura, el movimiento y el mantenimiento del medio de temple deben especificarse como variables del proceso. Las soluciones de polímero pueden modificar el comportamiento de enfriamiento al cambiar la concentración y la agitación; la viscosidad y la temperatura del aceite afectan a la circulación y a la transferencia de calor; el temple con gas depende de la presión, la velocidad y la exposición de la pieza. El temple en sal o el temple escalonado pueden reducir el intervalo de temperatura en el que se desarrollan gradientes térmicos severos, pero el ciclo aún debe proporcionar la transformación requerida. La revisión de 2022 de JMEP subraya que la selección del medio de temple y la severidad del temple no pueden separarse de la geometría y el espesor de la sección. Las rutas de endurecimiento superficial y por cementación requieren especial cuidado. La cementación modifica el contenido de carbono cercano a la superficie y, por tanto, la temperatura de transformación, la templabilidad y el cambio de volumen. La nitruración produce una capa endurecida de compuestos o una zona de difusión con mucha menos transformación masiva que la cementación, pero la distorsión aún puede originarse en las tensiones de mecanizado previas, el calentamiento, la restricción del dispositivo y el rectificado posterior al tratamiento. El tratamiento térmico al vacío puede mejorar el control de la atmósfera, pero no produce automáticamente un enfriamiento uniforme si la disposición de la carga o el flujo de gas son deficientes. El revenido debe realizarse después del temple, dentro de la ventana de proceso especificada. Reduce el riesgo de que la martensita no revenida y la tensión de temple permanezcan disponibles para provocar posteriormente fisuración o alabeo. Cuando la tensión residual sigue siendo inaceptable, puede ser adecuado aplicar un alivio de tensiones mecánico o térmico, siempre que el tratamiento no comprometa la dureza, la profundidad de capa, las tolerancias dimensionales o el estado superficial. Las directrices de diseño de ASM sobre tratamiento térmico identifican la minimización de la distorsión y de las tensiones residuales indeseables como criterios de diseño primordiales. ### Dispositivos de sujeción, orientación y secuenciación del proceso Los dispositivos de sujeción deben restringir el movimiento sin imponer una nueva trayectoria de carga concentrada. Sujetar rígidamente una pieza que intenta contraerse puede sustituir la distorsión libre por una elevada tensión residual, deformación local o fisuración. Cuando sea posible, los apoyos deben entrar en contacto con regiones resistentes y no funcionales, y la presión de contacto debe mantenerse constante mientras la pieza cambia de temperatura. Los anillos, placas y ejes delgados pueden requerir mandriles, dispositivos de suspensión o apoyos guiados, pero el dispositivo debe permitir la contracción térmica prevista, en lugar de bloquearla por completo. La orientación de la pieza controla tanto los efectos de la gravedad como el acceso del medio de temple. Los ejes largos pueden suspenderse verticalmente para limitar la flexión, mientras que las placas planas pueden requerir una orientación que evite las bolsas de vapor y permita que ambas caras se enfríen de manera similar. Las cavidades, los dientes de engranaje, las ranuras y los agujeros deben orientarse hacia el flujo de forma que se evite el vapor atrapado o el fluido estancado. La orientación de la carga debe validarse en la cesta real, porque las piezas adyacentes pueden proteger determinadas superficies y modificar las velocidades locales de enfriamiento. La secuenciación es igualmente importante. Realice el mecanizado en bruto antes del tratamiento térmico, conserve una sobremedida de acabado controlada y, después del temple y el revenido, efectúe el mecanizado o rectificado de acabado cuando se conozca el estado de tensión residual. En el caso de grandes piezas fundidas o forjadas, la advertencia del informe técnico de Iowa es significativa: el historial de fabricación afecta a las dimensiones finales y a las tensiones residuales. La estructura de solidificación, los ciclos térmicos previos, las reparaciones mediante soldadura y las sobremedidas desiguales pueden persistir hasta el tratamiento térmico y modificar la respuesta prevista. El alivio de tensiones antes del endurecimiento puede reducir las tensiones de mecanizado y fabricación que, de otro modo, se combinarían con las tensiones de temple. Una operación de alivio de tensiones posterior al temple puede reducir el riesgo de alabeo en aceros adecuados, pero no constituye un remedio universal. El material de NIST, *Metallurgy of Heat Treatment*, documenta que las tensiones de temple no aliviadas pueden causar alabeo durante el mecanizado cuando la eliminación de material altera el equilibrio de tensiones residuales. Por tanto, el plan de proceso debe medir las dimensiones críticas después de cada operación importante, no únicamente durante la inspección final. La combinación correcta de geometría, composición química del acero, templabilidad, tamaño de la sección, microestructura requerida, medio de temple, dispositivo de sujeción, orientación y programa de alivio de tensiones debe establecerse para el componente y el equipo específicos. La modelización puede ayudar a relacionar la transferencia de calor, la transformación de fase, la tensión, la deformación y la evolución microestructural, tal como describe Worcester Polytechnic Institute, pero siguen siendo necesarios los ensayos en planta y la medición dimensional, porque la disposición de la carga y el historial del material suelen determinar si la deformación prevista es compatible en la práctica. ## 15. Consideraciones sobre la designación del grado, las normas y las especificaciones del proceso ### Por qué la designación del grado por sí sola no predice la distorsión Un grado de acero identifica la composición y, en algunas normas, los límites de las propiedades mecánicas, la limpieza, el estado de suministro o la templabilidad. No prescribe la forma final de un componente después del tratamiento térmico. Dos piezas fabricadas con el mismo grado pueden desarrollar cambios dimensionales diferentes porque su geometría, espesor de sección, microestructura previa y secuencia de mecanizado son distintos. Un eje largo y esbelto, un cubo grueso y una placa delgada no experimentan el mismo historial térmico durante el temple. Sus superficies se enfrían a velocidades diferentes respecto de sus núcleos, y las esquinas, los orificios, los chaveteros y los cambios bruscos de sección concentran las deformaciones térmicas y de transformación. Por lo tanto, una pieza nominalmente uniforme puede contener regiones de tensiones residuales de tracción y compresión que se equilibran internamente, pero que aun así producen flexión, ovalidad o desplazamientos locales cuando se elimina material. La designación del material tampoco indica la templabilidad efectiva del acero bajo un ciclo concreto de horno y temple. La composición de la aleación influye en la respuesta de transformación tiempo-temperatura, pero también lo hacen el tamaño de grano de la austenita, el estado previo ferrítico-perlítico o bainítico, la segregación, la distribución de carburos y el trabajo en frío previo. Un grado suministrado en estado normalizado no responderá exactamente igual que el mismo grado suministrado en estado templado y revenido. El historial de fundición puede añadir porosidad, segregación y tensiones preexistentes; los trabajos técnicos de la Universidad de Iowa sobre piezas de acero fundido subrayan que este historial debe incluirse al predecir las dimensiones finales y las tensiones residuales. La revisión de 2022 publicada en *Journal of Materials Engineering and Performance*, “Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels: A Review”, describe el resultado como una interacción entre la transferencia de calor, la transformación de fase, la geometría, el espesor de sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple. Ese es el marco de ingeniería correcto. ASM International también distingue entre tensiones residuales térmicas, de transformación y de endurecimiento en su análisis de los aceros templados y revenidos en el *ASM Handbook*. Estas tensiones están acopladas a la distorsión: las deformaciones de transformación pueden desencadenar flujo plástico, mientras que los gradientes térmicos pueden modificar cuándo y dónde se forman la martensita, la bainita o la perlita. Por lo tanto, una designación como **42CrMo4** conforme a **EN 10083-3**, o **AISI 4140** conforme a una especificación ASTM o SAE aplicable, debe registrarse exactamente como se especifica, pero no debe tratarse como una garantía contra la distorsión. Los nombres informales y las denominaciones comerciales pueden ocultar diferencias en los límites de composición química, la forma del producto, el estado de suministro y la templabilidad requerida. La norma es importante; también lo es el certificado real del material. ### Especificaciones para el endurecimiento integral y el endurecimiento superficial Un requisito de endurecimiento integral debe indicar algo más que “templar y revenir”. Debe identificar la temperatura de austenización o el intervalo permitido, el método de calentamiento, el criterio para determinar el tiempo de mantenimiento, el tiempo de transferencia, el medio de temple, la agitación, la temperatura de temple, la temperatura de revenido, el tiempo de revenido y la dureza o microestructura requeridas en ubicaciones definidas. El tamaño de la sección debe acompañar al requisito, porque un objetivo de dureza medido cerca de la superficie dice poco sobre el centro de una sección grande. Un acero de alto contenido de carbono o aleado puede formar martensita en toda una sección pequeña, pero solo una estructura mixta en el centro de una sección gruesa. Esta diferencia modifica tanto el cambio de volumen como el desarrollo de tensiones. Un temple lo bastante severo para cumplir el objetivo de dureza del núcleo puede aumentar los gradientes de temperatura entre la superficie y el núcleo, el riesgo de fisuración y la distorsión. Un temple más suave o interrumpido puede reducir los gradientes, pero no alcanzar el intervalo de transformación especificado. La especificación debe abordar este compromiso en lugar de atribuir la responsabilidad al nombre del grado. El endurecimiento superficial introduce variables adicionales. La cementación, la carbonitruración, la nitruración y el endurecimiento por inducción producen una capa endurecida sobre una estructura de núcleo diferente, por lo que deben especificarse la profundidad de capa, el estado del carbono o nitrógeno superficial, el límite de austenita retenida, la dureza del núcleo y el perfil de transición. La literatura de *International Journal of Materials and Product Technology* identifica el endurecimiento superficial y el endurecimiento de capa como factores que contribuyen a las tensiones residuales, junto con las condiciones del medio de temple y el rectificado final. Un engranaje cementado puede distorsionarse por la transformación de la capa, la transformación del núcleo, la geometría de los dientes y la exposición térmica asociada con la cementación, aunque su grado global no haya cambiado. En el endurecimiento por inducción o por llama, la frecuencia, la densidad de potencia, la velocidad de barrido, el solapamiento, la disposición de las boquillas de pulverización y la temperatura inicial pueden alterar la zona calentada y la secuencia de transformación. En la nitruración, el requisito de la capa de compuestos y la dureza de la zona de difusión pueden controlar el crecimiento dimensional de forma diferente a como lo hace una capa martensítica. La austenita retenida también es importante: una transformación posterior durante el servicio, el revenido, el rectificado o el almacenamiento puede modificar las dimensiones después del temple inicial. Las directrices de ASM para el diseño de tratamientos térmicos identifican la minimización de la distorsión y de las tensiones residuales indeseables como criterios primarios de diseño, no como cuestiones de inspección que deban abordarse únicamente después del procesamiento. El análisis de 2005 publicado en IJMPT sobre los gradientes térmicos no uniformes los identifica como una fuente principal de la distorsión durante el temple. En consecuencia, la geometría, el utillaje, la disposición de la carga, el movimiento del medio de temple y la orientación de la pieza deben figurar en la especificación del proceso cuando afecten a la uniformidad del enfriamiento. ### Registro completo del estado de tratamiento térmico Un registro útil relaciona la especificación del material con el historial térmico y mecánico real. Como mínimo, debe identificar la norma y la designación del grado, la forma del producto, el número de colada o de fundición, el estado de suministro, el tamaño de la sección y cualquier requisito de templabilidad indicado. A continuación, debe registrar el ciclo completo: tipo de horno y atmósfera, disposición de la carga, etapas de precalentamiento, temperatura de austenización, tiempo a la temperatura, retraso de transferencia, identidad y concentración del medio de temple, temperatura del baño, agitación o flujo, método de interrupción y programa de revenido. El registro también debe definir qué se entiende por éxito. Las ubicaciones de medición de la dureza, la microestructura del núcleo y de la superficie, la profundidad de capa, el límite de austenita retenida, la rectitud, la redondez, la excentricidad, la planitud y el cambio dimensional admisible deben poder medirse conforme a criterios establecidos. La inspección antes y después del tratamiento debe utilizar los mismos datums siempre que sea posible, porque cambiar los datums puede confundir el movimiento producido por el tratamiento térmico con un error de mecanizado. La secuencia de mecanizado forma parte del registro. *Metallurgy of Heat Treatment*, archivado por el National Institute of Standards and Technology, señala que las tensiones de temple no aliviadas pueden causar alabeo cuando el mecanizado elimina material y altera el equilibrio de tensiones residuales. Por lo tanto, el mecanizado de desbaste antes del endurecimiento, el alivio de tensiones entre operaciones, la sobremedida para el rectificado y la dirección del rectificado final pueden cambiar el resultado observado sin que cambien el grado del acero ni la receta de temple. El U.S. Department of Energy informa de que las tensiones de calentamiento y temple en piezas de acero fundido pueden contribuir a la distorsión, la fisuración, los retrabajos, las reparaciones mediante soldadura, los errores dimensionales y la reducción del rendimiento en servicio. Un informe del Worcester Polytechnic Institute también considera la distorsión durante el temple como un problema acoplado que involucra la transferencia de calor, la transformación, las tensiones, las deformaciones y la evolución microestructural. Los registros del proceso deben conservar información suficiente para comparar esas variables de una carga a la siguiente. Un certificado del grado por sí solo no puede hacerlo. ## 16. Marco diagnóstico para fallos de distorsión Un fallo de distorsión debe tratarse como un problema de historial del proceso, no como una prueba de que el medio de temple fue demasiado severo. La forma final de la pieza registra varios eventos a la vez: calentamiento, expansión térmica, transformación de fase, deformación plástica, temple, revenido, mecanizado y, en ocasiones, rectificado. La tensión residual y la distorsión están acopladas, pero no son idénticas. Una pieza puede cumplir su límite dimensional y conservar al mismo tiempo una peligrosa tensión de tracción, o puede deformarse después del mecanizado cuando la operación de corte libera un equilibrio de tensiones que había permanecido oculto. La primera tarea consiste en definir el defecto mediante mediciones. Registre la magnitud y la dirección de la flecha, el cambio angular asociado con la torsión, el cambio dimensional entre las características de referencia y la ubicación y orientación de cualquier grieta. Una descripción basada en una regla, como «el eje se dobló», es inadecuada. Mida el descentramiento en varias estaciones, trace un mapa de planitud sobre toda la superficie e identifique si el error es simétrico respecto al eje central de la pieza. Compare los estados después del temple, después del revenido, después del mecanizado de desbaste y después del rectificado de acabado cuando existan esos registros. La secuencia suele mostrar cuándo apareció el defecto. ### Clasificación de la flecha, la torsión, el crecimiento y el agrietamiento La flecha es un error de curvatura, producido comúnmente cuando un lado de una placa, un eje, un diente o una viga experimenta una deformación térmica o de transformación diferente de la del lado opuesto. Una gran diferencia entre diámetro y espesor, un patrón de orificios descentrado, una profundidad de capa desigual o el contacto con un dispositivo de sujeción pueden hacer que ese desequilibrio sea direccional. Una flecha que se invierte al voltear la pieza puede reflejar el apoyo utilizado para la medición o la gravedad; una flecha que sigue la misma característica del material en cualquier orientación tiene más probabilidades de ser metalúrgica o geométrica. La torsión es diferente. Indica una variación de la deformación alrededor de la dirección longitudinal o circunferencial. La distorsión helicoidal de un eje puede deberse a un flujo asimétrico del medio de temple, a un contacto interrumpido con un dispositivo de sujeción, a una profundidad de cementación no uniforme o a la liberación de una tensión torsional durante la transformación. Una pieza con chaveteros, dientes de engranaje, estrías o espesores de pared desiguales es especialmente sensible, porque la distribución de su masa modifica la velocidad local de enfriamiento. El crecimiento o la contracción deben separarse en componentes térmicos, de transformación y de mecanizado. La formación de austenita generalmente modifica el volumen de manera diferente a la formación posterior de martensita, bainita o perlita, y el cambio dimensional neto depende del contenido de carbono, la composición de la aleación, la velocidad de enfriamiento y la austenita retenida. Por tanto, un engranaje cementado de SAE 8620 no puede evaluarse con la misma expectativa dimensional que un eje de AISI 4140 templado en todo su espesor. El resultado relevante no es simplemente «más grande» o «más pequeño», sino el cambio en cada dimensión controlada y su relación con la microestructura. El agrietamiento constituye una clase de fallo distinta, aunque las mismas tensiones que causan el alabeo pueden contribuir a producirlo. Las grietas de temple suelen seguir concentraciones de tensión, esquinas agudas, chaveteros, quemaduras de rectificado o regiones con alta dureza y baja tenacidad. El agrietamiento intergranular o en red puede apuntar a sobrecalentamiento, crecimiento excesivo del grano, daño por cementación o fragilización, más que a una severidad excesiva del temple por sí sola. Registre el origen, la orientación y la profundidad de la grieta, así como si está asociada con descarburación, austenita retenida, carburos o daño por rectificado. La inspección por partículas magnéticas, la inspección por líquidos penetrantes, las secciones metalográficas y el examen de la fractura deben responder a aspectos diferentes de esta cuestión. ### Trazado del historial térmico y de transformación Después de definir el defecto, relaciónelo con la geometría y la distribución de la masa. Marque las paredes delgadas, los resaltes, las nervaduras, los orificios, los dientes, las cavidades ciegas, las transiciones agudas y las secciones gruesas. Estas características gobiernan el flujo de calor y pueden producir diferencias locales en el inicio y el final de la transformación. La revisión de 2022 de los autores de *Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels: A Review*, publicada en *Journal of Materials Engineering and Performance*, describe la transferencia de calor, la transformación de fase, la geometría, el espesor de la sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple como variables que interactúan. Esa interacción debe orientar la investigación. Revise el registro del horno antes de modificar el temple. Confirme la temperatura de carga, el tiempo de mantenimiento, el potencial de la atmósfera, la uniformidad del horno, la ubicación de los termopares, la masa de la carga, la disposición de las bandejas y el espaciamiento entre las piezas. Un horno puede cumplir su requisito de uniformidad con la cámara vacía mientras una carga densamente empaquetada desarrolla diferencias considerables de temperatura entre piezas y entre la superficie y el núcleo. Compare las piezas situadas en la parte superior, central y periférica de la carga. Si solo una posición produce el defecto, las pruebas apuntan hacia la carga o el flujo, y no hacia una respuesta universal del material. A continuación, reconstruya el temple. Registre el tiempo de transferencia, la temperatura del baño o del polímero, la agitación o el movimiento de las boquillas, la orientación de inmersión, el espaciamiento entre las piezas y la posibilidad de que se hayan formado mantos de vapor o bolsas atrapadas. *International Journal of Materials and Product Technology* identifica los gradientes térmicos no uniformes como una fuente principal de distorsión durante el temple, mientras que su análisis complementario relaciona la tensión residual con las condiciones del medio de temple, el endurecimiento superficial y de capa y el rectificado final. Las curvas de enfriamiento o las piezas testigo instrumentadas pueden mostrar si la superficie se enfrió rápidamente mientras el núcleo permanecía caliente, o si un lado recibió una transferencia de calor más eficaz. Verifique el resultado metalúrgicamente. Los perfiles de dureza deben incluir la superficie, la zona subsuperficial y el núcleo cuando el tamaño de la sección lo permita. Examine el tamaño de grano de la austenita previa, la distribución de martensita o bainita, la austenita retenida, los carburos, la descarburación, la profundidad de capa y cualquier banda blanda. Un valor de dureza dentro de especificación no demuestra que la transformación haya ocurrido de manera uniforme. En un engranaje cementado, por ejemplo, mida la profundidad de capa en varios dientes y alrededor de la circunferencia, en lugar de basarse en una sola sección. La medición de la tensión residual está justificada cuando la liberación dimensional, el agrietamiento, el comportamiento a fatiga o los movimientos repetidos durante el mecanizado no pueden explicarse únicamente por la geometría y la dureza. La difracción de rayos X puede caracterizar la tensión cercana a la superficie; el método del taladro proporciona un perfil a poca profundidad; y los métodos de neutrones o de radiación sincrotrón pueden examinar regiones más profundas cuando están disponibles. Interprete cada resultado teniendo en cuenta su profundidad y dirección de medición. Un valor compresivo en la superficie no descarta la existencia de tensión de tracción por debajo de la capa o en una transición. ### Acción correctiva sin cambiar ciegamente una sola variable Compare varias piezas defectuosas y satisfactorias, no solo un fallo espectacular. Relacione cada pieza con su posición en el horno, número de colada, ruta de mecanizado previa, lote de temple, ciclo de revenido y resultado de inspección. Revise el historial de fabricación del acero y de fundición cuando sea pertinente: la segregación, la porosidad, la reducción previa por forja, la reparación mediante soldadura o una eliminación desigual de material pueden influir tanto en el flujo de calor como en el campo de tensiones residuales. Los informes del U.S. Department of Energy y de University of Iowa sobre piezas fundidas de acero relacionan las tensiones de calentamiento y temple con la distorsión, el agrietamiento, el retrabajo, la reparación mediante soldadura y el comportamiento en servicio, y destacan que el historial de fundición debe formar parte de las predicciones dimensionales. La acción correctiva debe modificar un conjunto controlado de variables y conservar al mismo tiempo un grupo de comparación. Entre las medidas posibles se incluyen mejorar la simetría de la carga, añadir soportes que no restrinjan la transformación, cambiar la orientación de la pieza, perfeccionar la práctica de austenización, aplicar un precalentamiento adecuado, modificar la agitación o la temperatura del medio de temple, incorporar un temple interrumpido o cambiar el ciclo de revenido. Ninguna opción debe seleccionarse únicamente a partir de los datos de distorsión; posteriormente deben comprobarse la dureza, la microestructura, la inspección de grietas y la tensión residual. Cambiar únicamente la severidad del medio de temple puede intercambiar la flecha por el agrietamiento, o reducir un error dimensional mientras aumenta la austenita retenida y el crecimiento posterior. Un enfriamiento más lento puede reducir los gradientes térmicos, pero permitir la formación de productos de transformación más blandos; un enfriamiento más rápido puede mejorar la respuesta de templabilidad y, al mismo tiempo, aumentar la tensión de transformación. Como explica el informe de Worcester Polytechnic Institute, la distorsión durante el temple acopla la transferencia de calor, la transformación de fase, la tensión, la deformación y la evolución microestructural. Por tanto, un diagnóstico sólido sigue toda la cadena y modifica el proceso en el punto en que las pruebas identifican el desequilibrio que lo controla. ## 17. Distinciones clave y conceptos erróneos comunes La distorsión del tratamiento térmico y la tensión residual están relacionadas, pero no son descripciones intercambiables de una misma condición. Una pieza puede mostrar pocos cambios de forma medibles y, al mismo tiempo, conservar una tensión interna considerable, o puede distorsionarse después del mecanizado aunque la tensión original no fuera visible en la superficie. La evaluación correcta debe seguir las fuentes de deformación: gradientes térmicos, transformaciones de fase, deformación plástica, geometría, espesor de sección, historial del material y proceso de temple. *Residual Stresses and Distortion in Quenched and Tempered Steels*, de ASM International, identifica las tensiones residuales térmicas, de transformación y de endurecimiento como contribuyentes diferenciados. La revisión de 2022, “Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels”, publicada en el *Journal of Materials Engineering and Performance*, trata asimismo la transferencia de calor, la transformación de fase, la geometría, el espesor de sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple como variables que interactúan, en lugar de considerarlas causas aisladas. ### La distorsión no es sinónimo de tensión residual La distorsión es un cambio en las dimensiones o la geometría de una pieza: un eje se dobla, un anillo se vuelve ovalado, una placa desarrolla un alabeo en forma de plato o un orificio se desplaza de su posición prevista. La tensión residual es un campo de tensiones internas que permanece después de retirar las cargas externas y eliminar las diferencias de temperatura. Puede ser de tracción en una región y de compresión en otra, equilibrándose en todo el componente sin producir un cambio evidente en sus dimensiones generales. Ambas condiciones se acoplan cuando la tensión residual provoca deformación plástica. Durante el temple, la superficie se enfría y se contrae antes de que el núcleo, más caliente, pueda contraerse con ella. Si la tensión local supera el límite elástico dependiente de la temperatura, permanece una deformación permanente. Posteriormente, la transformación martensítica vuelve a modificar el equilibrio, porque la martensita ocupa más volumen que la austenita progenitora. Por tanto, una pieza puede salir del temple con una forma modificada y, al mismo tiempo, con un campo de tensiones autoequilibrado. Un resultado de dureza no resuelve esta distinción. Un engranaje de AISI 8620 cementado puede cumplir la dureza superficial especificada y, aun así, conservar un error de flexión, austenita retenida o un gradiente de tensiones perjudicial bajo la superficie. Un eje de AISI 4140 puede alcanzar la dureza requerida después del temple en aceite y el revenido, y, no obstante, desplazarse cuando se mecaniza una chavetero o se elimina el sobremetal. *Metallurgy of Heat Treatment*, conservado en el archivo de datos de materiales del National Institute of Standards and Technology, describe específicamente el alabeo durante el mecanizado cuando la eliminación de material altera el equilibrio de las tensiones residuales. La difracción de rayos X en la superficie o las mediciones mediante taladrado de orificios también tienen limitaciones. Describen una región cercana a la superficie, pero no determinan automáticamente el estado tensional en todo el núcleo. La difracción de neutrones, los métodos de contorno, el seccionamiento o los modelos de proceso validados pueden ser necesarios cuando una pieza forjada, fundida o cementada de gran espesor presenta un gradiente pronunciado de tensiones. El valor medido en la superficie puede incluso tener un signo opuesto al del valor en el núcleo. ### El temple no es la única fuente de cambios dimensionales A menudo se culpa al temple porque sus cambios de temperatura son rápidos, pero el cambio dimensional comienza antes de que la pieza entre en el medio de temple. El calentamiento puede liberar tensiones de mecanizado, modificar la distribución de carburos y producir una expansión no uniforme. Una pieza fundida puede contener ya tensiones residuales procedentes de la solidificación, el enfriamiento desigual, los puntos calientes, las mazarotas, las reparaciones mediante soldadura o el mecanizado basto. Los informes del U.S. Department of Energy y de la University of Iowa sobre piezas fundidas de acero relacionan estas tensiones térmicas y residuales con la distorsión, el agrietamiento, el retrabajo, los errores dimensionales y la reducción del rendimiento en servicio. Por tanto, el historial de fundición debe incluirse en cualquier predicción de las dimensiones finales. La deformación de transformación no se limita a la martensita. La perlita, la bainita, la ferrita y la martensita se forman en distintos intervalos de temperatura y tienen diferentes volúmenes específicos. La plasticidad de transformación puede producirse cuando una transformación de fase avanza bajo tensión, permitiendo la deformación con tensiones inferiores al límite elástico ordinario. La austenita retenida puede transformarse posteriormente durante el revenido, la refrigeración, la aplicación de cargas en servicio o el calor de rectificado, provocando una expansión adicional o un cambio local de forma. En aceros cementados como AISI 52100 o AISI 8620, el gradiente de carbono modifica la templabilidad, las temperaturas de transformación, la fracción volumétrica de martensita y el contenido de austenita retenida desde la superficie hasta el núcleo. La geometría controla el desarrollo de estos efectos. Una nervadura delgada se enfría rápidamente, mientras que un cubo pesado permanece caliente; una esquina aguda concentra el flujo térmico y las tensiones; un taladro modifica el área de enfriamiento y la restricción alrededor de la sección. La severidad y la uniformidad del temple son importantes, pero también lo son la temperatura del medio de temple, su movimiento, la agitación, la orientación de la pieza, la densidad de carga y el comportamiento de la película de vapor. La revisión de 2022 del *Journal of Materials Engineering and Performance* describe directamente estas interacciones. El informe del Worcester Polytechnic Institute presenta la distorsión por temple como un problema acoplado que involucra la transferencia de calor, la transformación de fase, la tensión, la deformación y la evolución microestructural. El mecanizado y el rectificado pueden añadir una etapa posterior de cambio dimensional. Una eliminación desigual de material expone o redistribuye las tensiones, mientras que el rectificado puede crear una capa superficial delgada afectada térmicamente y tensiones relacionadas con la transformación si el calor no se controla. Las Partes I y II del *International Journal of Materials and Product Technology* identifican los gradientes térmicos no uniformes como una fuente principal de la distorsión por temple y analizan las condiciones del medio de temple, el endurecimiento superficial y de capa, la austenita retenida y el rectificado final. ### El alivio de tensiones no garantiza la estabilidad dimensional El revenido reduce algunas tensiones generadas por el temple y modifica la estructura martensítica, pero no elimina todos los componentes de tensión ni garantiza que las dimensiones permanezcan fijas. El resultado depende de la temperatura y el tiempo de revenido, de la uniformidad del calentamiento y el enfriamiento, del espesor de sección, de la composición de la aleación, de la transformación previa y de la cantidad de austenita retenida. Un revenido a baja temperatura puede dejar una tensión considerable; un tratamiento a mayor temperatura puede desencadenar una recuperación adicional, la precipitación de carburos o la transformación de austenita inestable. El alivio mecánico de tensiones tiene una limitación similar. El tratamiento vibratorio, el estirado o los ciclos térmicos controlados pueden redistribuir las tensiones sin corregir una geometría inadecuada, una microestructura no uniforme o un defecto de fundición. El alivio de tensiones también puede poner de manifiesto un desplazamiento que antes estaba restringido. *Basic Principles and Design Guidelines for Heat Treating of Steel*, de ASM International, identifica la minimización de la distorsión y de las tensiones residuales indeseables como criterios fundamentales de diseño, no como resultados que se obtienen automáticamente al cumplir los requisitos de dureza. La estabilidad dimensional requiere control y verificación del proceso: medir antes y después del tratamiento térmico, inspeccionar los elementos geométricos críticos, tener en cuenta la secuencia de mecanizado, examinar la austenita retenida cuando sea pertinente y seleccionar mediciones de tensión que representen la profundidad y la geometría de la pieza. Un perfil de dureza es una evidencia útil de la transformación, pero no demuestra que todo el campo de tensiones ni la forma final sean aceptables. ## 18. Tablas de referencia y lista de comprobación práctica Los registros del tratamiento térmico deben interpretarse como una cadena de causas, no como valores aislados del horno y del temple. ASM International distingue entre tensiones residuales térmicas, de transformación y de endurecimiento, mientras que la revisión de 2022 publicada en *Journal of Materials Engineering and Performance* describe la transferencia de calor, la transformación de fases, la geometría, el espesor de la sección, la selección del medio de temple y la severidad del temple como variables interrelacionadas. Por lo tanto, una pieza puede cumplir un objetivo de dureza y aun así desplazarse durante el mecanizado, el rectificado o el servicio. ### Tabla de mecanismos y síntomas | Mecanismo o condición | Observación probable | Qué comprobar antes de asignar la causa | |---|---|---| | Enfriamiento desigual de la superficie, agitación interrumpida o diferente espesor local de la sección | Combadura, torsión, ovalidad, conicidad o alabeo no uniforme después del temple | Orientación de la pieza, carga en el bastidor, flujo del medio de temple, comportamiento de la película de vapor, transiciones bruscas, orificios y cambios de secciones delgadas a gruesas | | Contracción térmica antes de que se haya enfriado el núcleo | Tensión superficial de tracción, tensión de compresión en el núcleo, cambio dimensional o deformación localizada | Historial de temperatura a través de la sección, coeficientes de transferencia de calor y si la pieza estaba restringida | | Deformación de transformación por la formación de martensita, bainita o perlita a partir de austenita | Crecimiento, contracción, cambio del tamaño del orificio, cambio de longitud o cambio de forma que no se explica únicamente por la contracción térmica | Calidad del acero, contenido de carbono y de elementos de aleación, templabilidad, secuencia de transformación, velocidad de enfriamiento y temperaturas de inicio de la transformación | | Diferentes tiempos de transformación en la superficie y el núcleo | Flexión, distorsión alrededor de resaltes, gradientes de tensiones residuales o movimiento retardado durante el revenido | Espesor de la sección, profundidad de la capa, microestructura del núcleo, austenita retenida y uniformidad de la temperatura | | Alta severidad de temple o diferencia excesiva de temperatura | Grietas de temple, grietas en las esquinas, grietas de rectificado o fallo repentino durante la inspección | Tipo de medio de temple, temperatura, concentración, movimiento, tiempo de transferencia, limpieza de la pieza y radios de las esquinas | | Redistribución de tensiones residuales durante la eliminación de material | Una cara mecanizada se desplaza, un orificio se cierra o se abre, o una pieza previamente recta se dobla | Material eliminado de cada lado, sobrematerial de mecanizado en desbaste, tratamiento de alivio de tensiones y orden de las operaciones | | Transformación de la austenita retenida después del temple | Crecimiento dimensional retardado, variación de la dureza o movimiento durante el revenido, el tratamiento subcero o el servicio | Temperatura final de temple, contenido de elementos de aleación, ciclo de revenido, medición de la austenita retenida y tiempo transcurrido | | Calentamiento localizado durante el rectificado o eliminación excesiva de sobrematerial | Quemadura de revenido, tensión superficial de tracción, grietas de rectificado o conicidad dimensional | Especificación de la muela, intervalo de reavivado, suministro de refrigerante, tiempo de contacto, recorrido en vacío y comprobación de quemaduras | | Historial previo de fundición, forja, soldadura o mecanizado | Distorsión que varía entre piezas nominalmente idénticas | Microestructura inicial, segregación, inclusiones, alivio de tensiones previo, enderezado y certificados del material | Esta tabla es una herramienta de diagnóstico, no un sustituto de la metalografía ni de un historial térmico medido. El enfriamiento no uniforme apunta de forma más directa al alabeo; la deformación de transformación, al crecimiento o al cambio de forma; y la redistribución de tensiones residuales, al movimiento durante el mecanizado. Una tensión térmica o de transformación excesiva aumenta el riesgo de agrietamiento, pero este también depende de los defectos, la geometría, el estado superficial y la sensibilidad a la fractura del acero. ### Lista de comprobación de los registros del proceso #### Elementos esenciales del registro del proceso - **Material** Registre la designación exacta, la forma del producto, el número de colada o de lote térmico, la composición química y el estado previo. - **Geometría** Registre el espesor de sección, las transiciones, los orificios, los redondeos, las referencias y la sobremedida de mecanizado. - **Calentamiento** Registre el horno, la disposición de la carga, la atmósfera, las etapas de precalentamiento, la rampa y la condición de austenización. - **Temple** Registre el medio, la temperatura, la concentración o la viscosidad, la agitación, la orientación y el retraso en la transferencia. - **Acabado** Registre el revenido, la eliminación de sobrematerial durante el mecanizado, las condiciones de rectificado y las etapas de inspección. Registre el estado del material antes de seleccionar una explicación relacionada con el tratamiento térmico. Identifique exactamente la designación suministrada, como AISI 4140, ASTM A681 D2 o ASTM A295 52100, y registre la norma de producto aplicable, el número de colada, el análisis químico, el estado previo recocido o normalizado, el tamaño de grano, la segregación, las inclusiones y el trabajo en frío previo. Una calidad nominal por sí sola es insuficiente al comparar resultados de distintos proveedores o normas. En cuanto a la geometría, conserve la revisión del plano y mida las dimensiones generales, los espesores de sección, las relaciones longitud-diámetro, el espesor de pared, los orificios, las chaveteras, las roscas, los redondeos, las ranuras, las esquinas agudas, la asimetría, el sistema de referencias y el sobrematerial de mecanizado. Indique si la pieza fue forjada, laminada, fundida, soldada o ensamblada antes del tratamiento térmico. El informe técnico de la University of Iowa sobre piezas fundidas de acero muestra por qué el historial de fundición debe mantenerse en la evaluación de las dimensiones finales y de las tensiones residuales. Los registros de calentamiento deben incluir la identificación del horno, el estado de calibración, la masa de la carga, el patrón de carga, los puntos de apoyo, la atmósfera o el nivel de vacío, las etapas de precalentamiento, las velocidades de calentamiento, el tiempo de recuperación del horno y las mediciones de temperatura de la pieza cuando estén disponibles. Para la austenización, registre la temperatura objetivo, el tiempo a temperatura, la igualación estimada o medida de la temperatura en el núcleo, el potencial de carbono cuando corresponda, la composición de la atmósfera, el estado superficial y si el temple fue precedido por cementación, carbonitruración, nitruración o procesamiento al vacío. Los registros del temple deben incluir más que el nombre del medio. Registre la composición del aceite, agua, polímero, salmuera, gas o baño de sales; la temperatura del medio de temple; la concentración o viscosidad; la velocidad y dirección de la agitación; la uniformidad del flujo; el retraso de transferencia; la disposición de la carga; la orientación de inmersión y cualquier interrupción o demora. Los artículos de *International Journal of Materials and Product Technology* señalan que el estado del medio de temple, la severidad del temple, el endurecimiento superficial y de capa, y el rectificado final son factores relevantes para las tensiones residuales. Para el revenido, registre el tiempo de transferencia desde el temple, la temperatura de revenido, la duración a la temperatura de la pieza, el número de ciclos, la uniformidad del horno, el método de enfriamiento y cualquier tratamiento criogénico o de estabilización. Mida la dureza por ubicación, en lugar de depender únicamente de una lectura en una superficie. Incluya las mediciones dimensionales antes del tratamiento térmico, después del temple, después del revenido, después del mecanizado de desbaste, después del mecanizado de acabado y después del rectificado. Los registros de mecanizado deben identificar los cambios de referencias, el material eliminado en cada operación, las fuerzas de sujeción, la distorsión causada por los dispositivos de fijación, la trayectoria de la herramienta y el tiempo entre el desbaste y el acabado. Los registros de rectificado deben incluir el tipo de muela, el intervalo de reavivado, la penetración, la velocidad transversal, el refrigerante, el recorrido en vacío y las comprobaciones de temperatura superficial o de quemaduras. La inspección debe abarcar el mapeo de dureza, las referencias dimensionales, la rectitud, la redondez, el descentramiento, las grietas superficiales, los resultados del ensayo de partículas magnéticas o de líquidos penetrantes, la austenita retenida cuando sea pertinente y las mediciones de tensiones residuales cuando el riesgo las justifique. Las entradas de simulación deben especificar la composición química o la calidad del acero, los datos de transformación de fases, las propiedades dependientes de la temperatura, el calor latente, los datos constitutivos elastoplásticos, la deformación de transformación, la cinética de transformación, la templabilidad, la microestructura inicial, las condiciones de contacto, el comportamiento de transferencia de calor del medio de temple, la agitación, la restricción ejercida por los dispositivos de fijación, la sensibilidad a la malla y la geometría real del horno y de la carga. Un modelo que omite la deformación de transformación puede predecir el enfriamiento y, al mismo tiempo, pasar por alto la principal fuente del cambio de forma. ### Preguntas para interpretar datos publicados Pregunte primero qué acero y qué estado del producto se ensayaron. «Acero para herramientas» puede significar ASTM A681 D2, AISI H13 u otro material con distinta templabilidad y comportamiento de transformación. ¿Era la probeta una muestra delgada, un anillo, un engranaje, una pieza fundida o una barra forjada? El espesor de la sección y la geometría pueden modificar el gradiente de temperatura lo suficiente como para invertir el efecto aparente de un ajuste del temple. A continuación, pregunte si la temperatura indicada es la del horno, la de la superficie o la del núcleo. ¿Se midió la agitación del medio de temple o simplemente se describió como «moderada»? ¿Se controlaron la concentración, la viscosidad, la temperatura del baño, el tiempo de transferencia y la disposición de la carga? Sin esos datos, un valor numérico de distorsión no puede extrapolarse de forma fiable. Compruebe el método de medición y el sistema de referencias. Un cambio de longitud notificado puede incluir recuperación elástica, liberación de la sujeción, transformación de la austenita retenida o una referencia de medición diferente de la del plano de producción. Determine si el resultado se obtuvo después del temple, del revenido, del mecanizado o del rectificado. Por último, separe la evidencia de la recomendación. Un resultado de la revisión de 2022 *Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels* respalda el razonamiento basado en procesos acoplados; no establece una severidad de temple ni una distorsión admisible de aplicación universal. Ningún límite numérico de distorsión ni ajuste universal del proceso debe transferirse entre componentes sin validar la calidad del acero, la norma, la geometría, el equipo y el historial del tratamiento térmico. **Referencia resumida:** enfriamiento no uniforme → alabeo; deformación de transformación → crecimiento o cambio de forma; redistribución de tensiones residuales → movimiento durante el mecanizado; tensión térmica o de transformación excesiva → riesgo de agrietamiento. Estas relaciones están respaldadas por ASM International, la revisión de 2022 publicada en *Journal of Materials Engineering and Performance*, el informe de Worcester Polytechnic Institute sobre la transferencia de calor acoplada y el cambio microestructural, el archivo de datos de materiales de National Institute of Standards and Technology y los estudios de *International Journal of Materials and Product Technology*. ## Referencias 1. \[1\] Authors in the review. [Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels: A Review](https://doi.org/10.1007/s11665-022-06667-x). Journal of Materials Engineering and Performance, 2022. [](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#wiki-cite-ref-1) https://doi.org/10.1007/s11665-022-06667-x 2. \[2\] Authors of the IJMPT discussions. [Residual Stresses in Quenched Steel: Parts I and II](). International Journal of Materials and Product Technology, 2005. [](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#wiki-cite-ref-2) https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007941; https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007942 3. \[3\] Worcester Polytechnic Institute report authors. [Distortion and Residual Stress](https://bpb-us-w2.wpmucdn.com/wp.wpi.edu/dist/3/125/files/2021/06/Distortion-and-Residual-Stress.pdf). Worcester Polytechnic Institute report, 2021. [](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#wiki-cite-ref-3) https://bpb-us-w2.wpmucdn.com/wp.wpi.edu/dist/3/125/files/2021/06/Distortion-and-Residual-Stress.pdf 4. \[4\] Authors of Metallurgy of Heat Treatment. [Metallurgy of Heat Treatment](https://materialsdata.nist.gov/bitstream/handle/11115/189/Metallurgy%20of%20Heat%20Treatment.pdf). National Institute of Standards and Technology materials-data archive. [](/es/wiki/tratamiento-t%C3%A9rmico/distorsi%C3%B3n-por-tratamiento-t%C3%A9rmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero#wiki-cite-ref-4) https://materialsdata.nist.gov/bitstream/handle/11115/189/Metallurgy%20of%20Heat%20Treatment.pdf **A simple vista** Principales fuentes de tensión residual Tensiones térmicas, de transformación y de endurecimiento Principales modos de distorsión Abombamiento, flexión, torsión, ovalidad, conicidad, crecimiento y contracción Variables clave del proceso Gradientes de temperatura, cambios de fase, geometría, espesor de sección y severidad del temple [Volver a Tratamiento térmico](/es/wiki/tratamiento-térmico "Tratamiento térmico — Steel Wiki")