Templabilidad del acero y ensayo Jominy de temple en extremo

La templabilidad no es la dureza

Un acero puede ser duro en su superficie sin templarse profundamente. Esta afirmación es clave para interpretar correctamente un resultado Jominy. La dureza es la resistencia de un material a la indentación o a otra forma especificada de deformación, medida mediante un método como Rockwell, Brinell o Vickers. La templabilidad es diferente: describe hasta qué profundidad y con qué uniformidad un acero desarrolla dureza cuando un tratamiento definido de austenitización y temple produce un historial de enfriamiento definido.

La distinción es importante porque la dureza es una condición medida en una ubicación concreta, mientras que la templabilidad describe la respuesta de un material a través de una sección. Un único valor Rockwell C obtenido en una superficie no identifica la velocidad de enfriamiento que lo produjo, la microestructura situada por debajo ni la dureza que permanece en el centro de una pieza. Calificar un acero simplemente de «duro» deja estas preguntas sin respuesta. Por ello, este artículo utiliza la terminología de ASTM A255 y ASM International, en lugar de tratar la dureza y la templabilidad como propiedades intercambiables.

Definiciones utilizadas por ASTM A255 y ASM International

ASTM A255-20 define la templabilidad como «la profundidad hasta la cual se templa el acero cuando se enfría bruscamente». La definición es breve, pero su palabra importante es profundidad. La templabilidad no es otro nombre para el número de dureza que figura en un certificado de ensayo. Se refiere a la penetración del temple desde la superficie hacia el interior durante el enfriamiento brusco.

Curva de templabilidad JominyCurva de templabilidad Jominy Gráfica que muestra la dureza medida en función de la distancia desde el extremo de una probeta normalizada templado en agua.

La misma norma especifica el ensayo cuantitativo de temple por enfriamiento en un extremo, o ensayo Jominy. Su probeta de ensayo es una barra cilíndrica de 1 pulgada de diámetro. Después de calentarla hasta la condición de austenitización prescrita, uno de sus extremos se enfría bruscamente mediante un chorro de agua controlado. A continuación, se realizan mediciones de dureza a distancias crecientes desde ese extremo enfriado. La gráfica resultante de dureza frente a distancia es la curva de templabilidad Jominy.

ISO 642:2024 especifica el ensayo de templabilidad de aceros por enfriamiento en un extremo, con una probeta de 25 mm de diámetro y al menos 100 mm de longitud. Las dimensiones son similares a las de la especificación de ASTM, pero no constituyen simplemente una reformulación informal de esta. Un resultado debe vincularse a la norma y a la edición que definieron la probeta, la práctica de calentamiento, la disposición del temple, las ubicaciones de medición y el método de presentación de los resultados. De lo contrario, «dureza Jominy» puede describir un número sin identificar un ensayo reproducible.

ASM International aporta el significado metalúrgico más amplio. En su capítulo de 1990 sobre aceros al carbono y de baja aleación, describe la templabilidad como la propiedad que gobierna la profundidad y distribución de la dureza producida por el temple. ASM también identifica la composición del acero y el tamaño de grano de la austenita como factores principales que afectan a la templabilidad. El contenido de carbono afecta a la dureza que puede obtenerse de la martensita, mientras que las adiciones de elementos de aleación pueden retrasar las transformaciones que compiten con la formación de martensita durante el enfriamiento. El tamaño de grano de la austenita también modifica el comportamiento de transformación. Estos factores actúan a través del historial térmico; no convierten la templabilidad en un valor fijo de dureza.

Por qué un acero duro puede tener una templabilidad limitada

Consideremos dos probetas cuyas superficies templadas muestran la misma dureza elevada. Esta observación solo demuestra que las regiones superficiales alcanzaron una microestructura y una condición capaces de producir esas lecturas. No demuestra que ambas probetas se hayan templado hasta la misma profundidad.

La superficie se enfría más rápidamente durante un temple convencional. Si el acero tiene una templabilidad limitada, la superficie puede transformarse principalmente en martensita, mientras que las regiones más interiores se enfrían con mayor lentitud y forman mezclas como bainita, perlita u otros productos de transformación. Esas regiones pueden tener una dureza mucho menor que la superficie. Por tanto, una pequeña probeta de laboratorio puede parecer completamente dura, mientras que un componente de mayor tamaño fabricado a partir de la misma colada desarrolla un núcleo más blando porque el calor escapa con menor rapidez desde su interior.

Por eso, la dureza y la templabilidad responden a preguntas de ingeniería diferentes. Un ensayo de dureza pregunta: «¿Qué resistencia ofrece esta ubicación al penetrador especificado?». Un ensayo de templabilidad pregunta: «¿Cómo cambia la dureza con la distancia desde una superficie templada bajo esta disposición de enfriamiento definida?». La primera pregunta puede satisfacerse en un punto mientras que la segunda sigue teniendo una respuesta deficiente.

La composición química del acero ilustra la diferencia. El carbono influye considerablemente en la dureza máxima de la martensita, pero una elevada dureza superficial potencial no garantiza un temple profundo. Por el contrario, los elementos de aleación que retrasan las transformaciones por difusión pueden permitir que un acero forme martensita a mayor distancia de la superficie templada, aunque la dureza en una ubicación concreta dependa del contenido de carbono y de la microestructura local. El tamaño de grano, el tratamiento térmico previo, el tamaño de la probeta y la severidad del temple también afectan al resultado observado. Por tanto, la templabilidad es una respuesta del acero en determinadas condiciones, no una etiqueta aislada asociada a un grado.

Una lectura de dureza superficial también puede ocultar una falta de uniformidad causada por descarburación, cascarilla, daños de rectificado, austenita retenida o una ubicación de medición inadecuada. Dicha lectura puede ser válida para esa superficie y, aun así, resultar inútil como evidencia de la distribución de dureza a través de la sección.

Profundidad y distribución de la dureza después del temple

El ensayo Jominy crea un intervalo controlado de velocidades de enfriamiento en una sola probeta. El procedimiento de la University of Illinois calienta una probeta cilíndrica hasta su temperatura de austenitización, enfría bruscamente uno de sus extremos con un chorro de agua y mide la dureza a distancias crecientes desde ese extremo. La University of Cambridge explica la base física: el extremo templado se enfría directamente en agua, mientras que el resto se enfría en aire, produciendo un intervalo continuo de velocidades de enfriamiento a lo largo de la barra.

Un descenso gradual y un descenso pronunciado representan respuestas de templabilidad diferentes, incluso cuando las probetas tienen una dureza similar cerca del extremo. Strong evidence

Por tanto, la distancia desde el extremo templado actúa como una forma práctica de muestrear diferentes historiales de enfriamiento. Cerca del extremo, la velocidad de enfriamiento es elevada y la dureza puede ser alta. Más lejos, el enfriamiento es más lento y la curva puede descender a medida que adquieren mayor importancia los productos de transformación distintos de la martensita. La forma y la posición de la curva describen la distribución de la dureza bajo las condiciones del ensayo. Un descenso gradual indica una respuesta diferente de la de un descenso pronunciado, aunque ambas probetas tengan una dureza similar en el primer punto de medición.

Una curva Jominy no reproduce directamente el perfil de dureza de todos los componentes reales. El componente puede tener un diámetro, una geometría, un estado superficial, un ciclo de austenitización, un nivel de agitación o un medio de temple diferentes. La extracción de calor de un cilindro en un dispositivo de temple en un extremo no es idéntica a la extracción de calor de un diente de engranaje, un eje, una placa o una esquina. La curva es una comparación normalizada y un dato de entrada para el diseño del proceso, no una garantía universal para cualquier tamaño de sección.

La curva tampoco mide la dureza a todas las velocidades de enfriamiento posibles con una precisión ilimitada. Su significado depende del procedimiento de ensayo y de la exactitud de las mediciones de dureza realizadas a las distancias especificadas. En consecuencia, la Materials Education Foundation describe el ensayo Jominy como una medición de la dureza a distancias crecientes desde un extremo templado para determinar la templabilidad del acero.

La dureza y la templabilidad son propiedades diferentes, y la dureza superficial por sí sola no puede sustituir a una curva de templabilidad. Strong evidence

[1][1] Standard Test Methods for Determining Hardenability of Steel. ASTM International. ASTM International standard, 2020.

La conclusión correcta es específica: la dureza indica la resistencia en una ubicación ensayada; la templabilidad indica la profundidad y la distribución de la dureza producida por un temple definido. ASTM A255-20, ISO 642:2024 y ASM International preservan esta distinción. La dureza superficial por sí sola no puede sustituir a una curva de templabilidad.

Qué mide el ensayo de temple en extremo Jominy

Un ensayo Jominy no asigna un único valor de dureza a un acero y denomina a ese valor su templabilidad. Mide cómo cambia la dureza a lo largo de una probeta que ha experimentado un intervalo controlado de condiciones de enfriamiento. El resultado es una curva de templabilidad: la dureza representada en función de la distancia desde el extremo templado.

Esta distinción es importante. La dureza es la resistencia de una ubicación determinada a la indentación o la deformación. La templabilidad es la capacidad del acero para desarrollar dureza hasta una profundidad determinada durante el temple. ASTM A255-20 define la templabilidad como «la profundidad hasta la cual se endurece el acero cuando se templa» y especifica el ensayo cuantitativo de temple en extremo, o ensayo Jominy, utilizando una probeta cilíndrica de 1 pulgada de diámetro. ISO 642:2024 especifica una pieza de ensayo de acero para temple en extremo de 25 mm de diámetro y al menos 100 mm de longitud. La pequeña diferencia dimensional refleja los requisitos establecidos en dos normas, no dos significados diferentes de templabilidad.

El ensayo crea distintos historiales de enfriamiento en una sola pieza de acero. Su extremo templado se enfría con mayor severidad, mientras que las ubicaciones más alejadas se enfrían a velocidades progresivamente menores. Si el acero forma martensita fácilmente en esas condiciones, la alta dureza se extiende más a lo largo de la barra. Si la transformación comienza antes de que las regiones más alejadas puedan formar una cantidad considerable de martensita, la dureza disminuye más rápidamente con la distancia. Por tanto, la curva muestra tanto la dureza desarrollada bajo un temple severo como la distancia a lo largo de la cual el acero puede conservar esa respuesta.

Austenización de la probeta cilíndrica

AustenizaciónAustenización Calentamiento del acero hasta un intervalo de temperatura prescrito para que la estructura inicial se transforme en austenita antes del temple.

El procedimiento comienza con una pieza de ensayo cilíndrica mecanizada. El Materials Technology and Innovation Laboratory de la University of Illinois describe la secuencia como el calentamiento de la probeta hasta su temperatura de austenización, la aplicación de un chorro de agua a un extremo, la medición de la dureza a distancias crecientes desde ese extremo y la representación de la dureza en función de la distancia. La austenización transforma la estructura inicial en austenita, la fase de alta temperatura a partir de la cual se forman los productos del temple. La temperatura de calentamiento y el tiempo de mantenimiento se seleccionan en función del acero y del procedimiento; no son detalles intercambiables.

Esta etapa de preparación establece la condición a partir de la cual se medirá la respuesta al enfriamiento. El contenido de carbono, las adiciones de elementos de aleación, la microestructura previa y el tamaño de grano de la austenita pueden afectar a lo que ocurre después de que la probeta abandona el horno. ASM International identificó la composición del acero y el tamaño de grano de la austenita como influencias principales sobre la templabilidad en su análisis de 1990 sobre la dureza y la templabilidad de los aceros. Un ensayo realizado después de un tratamiento de austenización inadecuado puede producir una lectura de dureza válida para esa probeta, pero no necesariamente representa la templabilidad especificada del grado.

La probeta también debe manipularse de modo que su historial térmico esté controlado antes de aplicar el chorro de agua. El objetivo no es reproducir todas las geometrías industriales de temple. Es crear una comparación reproducible en la que la probeta parta de una condición austenítica definida y, a continuación, se someta a una disposición conocida de temple en extremo. Por este motivo, un resultado Jominy debe ir acompañado de sus condiciones de ensayo, la designación del material y la norma aplicada. Una curva sin ese contexto constituye una evidencia incompleta.

La pieza de ensayo es cilíndrica porque una forma reproducible facilita la comparación de la respuesta de temperatura y transformación entre un ensayo y otro. ASTM A255-20 establece un diámetro de probeta de 1 pulgada, mientras que ISO 642:2024 establece un diámetro de 25 mm y una longitud de al menos 100 mm. Esas dimensiones deben notificarse tal como se utilizaron; no deben combinarse silenciosamente en una genérica «barra Jominy estándar».

Temple con agua de un extremo

Una vez colocada la probeta austenizada en el aparato, un chorro controlado de agua incide sobre uno de sus extremos. La descripción de la University of Illinois identifica este chorro de agua como la acción de temple característica. El recurso didáctico de ciencia de materiales de Cambridge, publicado en 2012, explica el resultado físico: un extremo se templa con agua, mientras que el resto de la barra se enfría al aire.

El extremo situado bajo el chorro experimenta el enfriamiento más severo. El calor abandona rápidamente esa región, lo que reduce el tiempo disponible para que la austenita se transforme en ferrita, perlita u otros productos de formación más lenta antes de que la temperatura alcance el intervalo martensítico. Por tanto, puede formarse una mayor fracción de martensita en el extremo templado, dependiendo de la composición del acero y de su condición austenítica previa. La dureza medida puede ser elevada, pero ese valor único solo representa la respuesta en una ubicación bajo la parte más severa de este historial de enfriamiento concreto.

El resto de la probeta no recibe el rociado directamente. Pierde calor a través de sus superficies expuestas y mediante la conducción hacia el extremo templado, mientras intercambia calor con el aire circundante. En consecuencia, su velocidad de enfriamiento es menor que la del extremo, aunque la velocidad exacta depende de la posición, la geometría de la probeta, las condiciones del agua, la temperatura, el estado superficial y las propiedades térmicas del acero. El ensayo no impone una única velocidad de enfriamiento uniforme a todo el cilindro.

Esta disposición también explica por qué el ensayo Jominy no es simplemente un ensayo de dureza con un dispositivo especial. Un ensayo de dureza convencional puede proporcionar un valor de una ubicación seleccionada. El ensayo de temple en extremo produce intencionadamente una serie de ubicaciones con historiales térmicos diferentes y, a continuación, compara sus respuestas de dureza. La Materials Education Foundation describe el método en esos términos: se mide la dureza a distancias crecientes desde el extremo templado para determinar la templabilidad del acero.

Creación de un gradiente de velocidad de enfriamiento a lo largo de la pieza de ensayo

La medición clave es la distancia desde el extremo templado con agua. Inmediatamente en ese extremo, el enfriamiento es más severo. Al alejarse de él, el enfriamiento se vuelve progresivamente menos severo, lo que produce un intervalo continuo de velocidades de enfriamiento a lo largo de la barra, como explica Cambridge. De este modo, una sola probeta representa muchas condiciones de temple, desde una respuesta de temple severo con agua cerca del extremo hasta respuestas de enfriamiento más lento al aire en las zonas más alejadas.

Después del enfriamiento, se realizan mediciones de dureza a distancias crecientes desde el extremo templado. Estas lecturas se representan en función de la distancia, produciendo la curva de templabilidad Jominy. Una curva que desciende lentamente indica que una dureza considerable persiste más lejos del extremo; un descenso pronunciado indica que la dureza queda confinada más cerca de la región sometida al temple severo. La curva describe la distribución de dureza producida por esta disposición de enfriamiento definida, en consonancia con la definición del capítulo de ASM sobre aceros al carbono y de baja aleación, según la cual la templabilidad es la propiedad que gobierna la profundidad y la distribución de la dureza producida por el temple.

La curva no indica por sí sola la dureza de todos los componentes posibles. Un engranaje, una placa, un eje o una barra de gran espesor tiene sus propios gradientes de temperatura entre la superficie y el centro, y su medio de temple y su agitación pueden diferir de la disposición Jominy. Convertir una distancia Jominy en una respuesta esperada del componente requiere correlaciones adecuadas o un análisis independiente del tratamiento térmico. La curva tampoco elimina los efectos de la composición ni del tamaño de grano de la austenita. Estos factores contribuyen a determinar la curva desde el principio.

Por tanto, un ensayo Jominy puede utilizarse para comparar aceros o condiciones de tratamiento térmico cuando las probetas y los procedimientos están controlados. Puede mostrar hasta dónde se extiende la respuesta de dureza de un acero bajo el historial de temple en extremo prescrito. No puede convertir un único valor de indentación en una descripción completa de la templabilidad. El resultado útil es la relación entre la dureza y la distancia, vinculada a las dimensiones de la probeta, el tratamiento de austenización, las condiciones del temple con agua, el método de medición de la dureza y la norma aplicable.

Geometría de la probeta y normas de ensayo

Un resultado Jominy solo es significativo cuando se conocen la probeta, el ciclo de calentamiento, la disposición del temple, las mediciones de dureza y el método de informe. El ensayo no produce una constante del material desvinculada de su procedimiento. Registra cómo responde una probeta de acero determinada a un historial térmico definido, mientras la dureza medida cambia a medida que aumenta la distancia desde el extremo templado.

Esta distinción es importante porque la dureza y la templabilidad responden a preguntas diferentes. La dureza es la resistencia medida en una ubicación determinada mediante un método de ensayo especificado. La templabilidad es la profundidad y la distribución de la dureza producidas cuando se templa el acero. ASTM A255-20 la define como «la profundidad hasta la que se endurece el acero al templarlo». Por tanto, una curva Jominy necesita más información que un único valor de dureza: necesita la distancia desde el extremo templado y las condiciones que crearon el gradiente de enfriamiento.

ASTM A255 y la probeta de 1 pulgada

ASTM A255-20, Métodos de ensayo estándar para determinar la templabilidad del acero, especifica el ensayo cuantitativo de temple en el extremo, o ensayo Jominy, utilizando una probeta cilíndrica de 1 pulgada de diámetro. Esa dimensión no es una descripción informal de una barra de ensayo. Forma parte del método de ensayo y afecta a la respuesta térmica de la probeta antes, durante y después del temple en el extremo.

El procedimiento habitual comienza calentando la probeta cilíndrica hasta la temperatura de austenización requerida. A continuación, se coloca en el dispositivo de ensayo y un chorro de agua entra en contacto con uno de sus extremos. El extremo templado se enfría con mayor rapidez; las zonas más alejadas reciben un enfriamiento directo menor y, por tanto, se enfrían en condiciones diferentes. Después del enfriamiento, se mide la dureza a distancias crecientes desde el extremo templado y se representan esas lecturas para formar una curva de templabilidad. El Materials Technology and Innovation Laboratory de la University of Illinois describe esta secuencia como el calentamiento de una probeta cilíndrica hasta la temperatura de austenización, el temple de un extremo con un chorro de agua y la medición de la dureza a lo largo de la probeta.

La geometría crea un intervalo controlado, en lugar de una única velocidad de enfriamiento. Como explica la University of Cambridge, un extremo se templa con agua mientras el resto se enfría al aire, produciendo un intervalo continuo de velocidades de enfriamiento a lo largo de la barra. En consecuencia, la curva muestra hasta qué distancia el acero conserva su capacidad para formar productos de transformación duros a medida que disminuye la severidad del enfriamiento con la distancia.

Una caída pronunciada de la dureza puede indicar que el acero solo se endurece intensamente cerca del extremo templado. Una curva más plana indica que la dureza se conserva a mayor distancia de ese extremo en las condiciones del ensayo. Ninguna de estas observaciones debe convertirse en una afirmación universal sobre cualquier componente posible. Las piezas reales tienen diámetros, formas, historiales de horno, tiempos de transferencia y medios de temple diferentes. Una curva Jominy es una comparación normalizada de la respuesta, no un mapa directo de la dureza para todas las geometrías.

ASTM A255 también es importante cuando el material se identifica mediante una designación de grado. Un resultado comunicado para un acero al carbono o de baja aleación debería identificar el grado, la colada o la identidad de la muestra, cuando corresponda, la orientación de la probeta si es pertinente para el registro del ensayo y la edición aplicable del método. La composición del acero y el tamaño de grano de la austenita son influencias primarias sobre la templabilidad, como señala ASM International. Por tanto, la curva está vinculada tanto al material ensayado como a su condición térmica previa.

ISO 642:2024 y la pieza de ensayo de 25 mm por al menos 100 mm

ISO 642:2024, Acero: ensayo de templabilidad mediante temple en el extremo (ensayo Jominy), especifica una pieza de ensayo de 25 mm de diámetro y al menos 100 mm de longitud. Esta geometría se asemeja a la disposición de ASTM, pero «similar» no significa «idéntica». Un diámetro de 25 mm es aproximadamente 0,4 mm menor que 1 pulgada, o 25,4 mm. Esa diferencia puede parecer pequeña; sin embargo, un ensayo basado en una norma se define por sus dimensiones y procedimientos establecidos, no por el parecido visual.

La designación ISO también establece una longitud mínima: la pieza de ensayo debe tener al menos 100 mm de longitud. El diámetro y la longitud deben interpretarse conjuntamente con los requisitos relativos al calentamiento, el posicionamiento, el temple del extremo, la preparación superficial, el ensayo de dureza y la presentación de los resultados. Un laboratorio no puede demostrar la conformidad con ISO 642:2024 simplemente colocando cualquier barra bajo un chorro de agua y representando la dureza. El resultado se rige por el método completo.

Esto es especialmente importante cuando se transfieren datos entre laboratorios o se comparan con curvas publicadas. Dos registros pueden utilizar ambos la palabra «Jominy», pero uno puede identificar ISO 642:2024 y el otro ASTM A255-20. Su principio nominal de ensayo es el mismo: una pieza de acero calentada se templa en un extremo y se mide la dureza a distancias progresivamente mayores. No obstante, sus requisitos dimensionales y de procedimiento deben comprobarse antes de considerar que las curvas son directamente equivalentes.

La longitud mínima de la pieza de ensayo ISO también ilustra por qué una dimensión de la probeta no es un número aislado. Debe haber suficiente material más allá del extremo templado para proporcionar el intervalo previsto de respuesta al enfriamiento y las ubicaciones de medición. Cambiar la longitud, el estado del extremo, el dispositivo, el suministro de agua o los tiempos puede alterar el historial térmico. En ese caso, la curva medida describe el ensayo modificado, no necesariamente la respuesta especificada por ISO 642:2024.

Por qué no deben confundirse las normas con las dimensiones de la probeta

ASTM A255 e ISO 642:2024 describen ensayos de temple en el extremo estrechamente relacionados, pero las normas deben nombrarse, en lugar de agruparse bajo un «valor Jominy» indefinido. El método ASTM especifica una probeta cilíndrica de 1 pulgada de diámetro. ISO 642:2024 especifica una pieza de ensayo de 25 mm de diámetro y al menos 100 mm de longitud. Se trata de requisitos dimensionales concretos, no de etiquetas intercambiables.

Por tanto, un informe sólido debería indicar la norma y la edición, las dimensiones de la probeta, la identificación del acero, las condiciones de austenización, los detalles del temple, la escala de dureza, las distancias de medición y la curva o tabla de datos resultante. Si un laboratorio modifica una dimensión o un procedimiento exigido, el informe debería identificar el ensayo como modificado, en lugar de dar a entender que cumple exactamente la norma.

Esta disciplina de notificación evita un error común: asignar un único valor de dureza a la templabilidad. Una lectura de dureza a 10 mm, 20 mm u otra distancia describe un punto de una curva de respuesta. No establece toda la profundidad ni la distribución del endurecimiento. La Materials Education Foundation describe el ensayo Jominy como la medición de la dureza a distancias crecientes desde un extremo templado para determinar la templabilidad del acero; las múltiples ubicaciones de medición son fundamentales para el método.

La norma forma parte del resultado. Sin ella, «dureza Jominy» deja sin respuesta qué geometría de probeta, disposición de enfriamiento, reglas de preparación y criterios de medición se utilizaron. Con la norma identificada, la curva tiene un significado definido y puede compararse con la debida cautela.

De la distancia desde el extremo templado a una curva de templabilidad

Un ensayo Jominy transforma una probeta templada en un conjunto de observaciones de dureza. La variable clave no es simplemente la dureza del acero en un punto determinado, sino cómo cambia la dureza medida a medida que disminuye la velocidad local de enfriamiento al aumentar la distancia desde el extremo templado.

ASTM A255-20 define la templabilidad como la profundidad hasta la que se endurece el acero al templarlo. Su método cuantitativo de enfriamiento en extremo utiliza una probeta cilíndrica de 1 pulgada de diámetro (ASTM International, 2020). ISO 642:2024 especifica una pieza de ensayo de acero de 25 mm de diámetro y al menos 100 mm de longitud para el ensayo de enfriamiento en extremo (International Organization for Standardization, 2024). Estas dimensiones son similares, pero no deben considerarse descripciones intercambiables de todos los ensayos. La norma aplicable determina la probeta, el calentamiento, el temple, el método de medición de la dureza y los requisitos de informe.

El ensayo comienza calentando la pieza cilíndrica hasta la temperatura de austenización especificada. A continuación, uno de sus extremos se expone a un chorro de agua, mientras que el resto de la barra se enfría al aire. La University of Illinois describe esta secuencia como la base del procedimiento Jominy (University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory, 2024). Como el extremo templado pierde calor con mayor rapidez, experimenta el enfriamiento más severo. El enfriamiento se vuelve progresivamente menos severo a mayor distancia a lo largo de la barra. La University of Cambridge describe esta disposición como la que produce un intervalo continuo de velocidades de enfriamiento a lo largo de la probeta (University of Cambridge, 2012).

Preparación de las superficies para medir la dureza

La dureza no puede medirse de forma fiable sobre una superficie cubierta de cascarilla, material descarburado, marcas de mecanizado rugosas o una capa de óxido irregular. Una vez completado el temple prescrito y enfriada la probeta lo suficiente para poder manipularla, se prepara la superficie utilizada para las lecturas, de modo que el penetrador entre en contacto con acero sano y no con material alterado o dañado.

El propio extremo templado no es la única zona relevante. La superficie de medición se extiende longitudinalmente desde ese extremo, lo que permite tomar lecturas de dureza a distancias conocidas. Por tanto, la preparación superficial debe producir una franja razonablemente plana y limpia a lo largo de la barra. El rectificado o el mecanizado eliminan la cascarilla y la capa cercana a la superficie afectada por el calentamiento, mientras que un acabado controlado limita los errores causados por ranuras, ondulaciones o un calor excesivo de rectificado. La preparación no debe introducir un nuevo efecto térmico ni eliminar tanto material que se modifiquen la geometría prevista de la probeta y las ubicaciones de medición.

La práctica exacta de acabado, la escala de dureza, el espaciamiento y el formato de informe corresponden a la norma de ensayo seleccionada. ASTM A255-20 e ISO 642:2024 no deben combinarse de manera arbitraria: un laboratorio que siga los requisitos de ASTM debe preparar y medir la probeta conforme a las especificaciones de ASTM, mientras que un ensayo ISO debe ajustarse a ISO 642. La cuestión es de procedimiento, no estética. Una huella de dureza realizada sobre cascarilla o acero descarburado puede indicar el estado de esa superficie en lugar del estado del acero templado situado debajo.

La superficie también debe tener una anchura suficiente y una separación adecuada entre huellas para que las lecturas de dureza se mantengan independientes. Las indentaciones situadas demasiado cerca unas de otras, demasiado cerca de un borde o sobre una zona visiblemente defectuosa pueden distorsionar el resultado. Si la superficie es curva o presenta un acabado deficiente, el penetrador puede no asentarse correctamente. Por estas razones, un resultado Jominy constituye una secuencia de medición controlada y no una comprobación informal de dureza realizada en cualquier punto de la barra.

Medición de la dureza a distancias crecientes

Una vez preparada la superficie de medición, se registra la dureza a una serie de distancias crecientes desde el extremo enfriado con agua. La primera lectura representa el acero que se enfrió en la condición más severa del ensayo. Las lecturas posteriores representan zonas que se enfriaron más lentamente. La distancia se mide desde el extremo templado a lo largo de la probeta, y cada lectura se vincula con su posición exacta.

La Materials Education Foundation describe el ensayo Jominy como una medición de la dureza a distancias crecientes desde un extremo templado para determinar la templabilidad del acero (Materials Education Foundation, 2024). Esta formulación recoge la distinción esencial: el ensayo no pregunta únicamente «¿Qué dureza tiene este acero?», sino «¿Cómo cambia la respuesta de dureza del acero a medida que cambia la condición de enfriamiento a lo largo de una probeta definida?».

Debe identificarse la escala de dureza. En muchos resultados Jominy de aceros, la dureza se expresa mediante Rockwell C cuando el material es suficientemente duro para utilizar dicha escala, pero la norma seleccionada y el intervalo medido determinan el método permitido. Un valor sin su escala está incompleto. «52» podría referirse a HRC, a otra escala Rockwell o a un método de dureza diferente, y esos valores no pueden compararse como si describieran la misma propiedad.

Una sola lectura cerca del extremo templado puede mostrar la dureza alcanzada bajo una condición de enfriamiento severa. No establece hasta dónde se extiende esa dureza. Del mismo modo, una lectura de dureza tomada más lejos del extremo puede reflejar un enfriamiento más lento, pero por sí sola no puede describir la transición completa de dureza alta a baja. La templabilidad es una distribución de la respuesta, no un único número de dureza.

Según ASM International (1990), la composición química del acero y el tamaño de grano de la austenita son factores principales que influyen en esta respuesta. El carbono afecta a la dureza alcanzable de la estructura transformada, mientras que los elementos de aleación y el tamaño de grano afectan a las condiciones de enfriamiento necesarias para las transformaciones en competencia. La curva Jominy registra el resultado combinado de esos factores bajo el historial de ensayo especificado. Por sí sola, no aísla la influencia de la composición ni del tamaño de grano.

Representación de la dureza frente a la distancia desde el extremo templado

Las lecturas se convierten en una curva de templabilidad cuando la dureza se representa en el eje vertical frente a la distancia desde el extremo templado en el eje horizontal. El eje vertical debe indicar la escala de dureza, como HRC cuando corresponda. El eje horizontal debe indicar las unidades de distancia y el punto de referencia: cero corresponde al extremo enfriado con agua, y una distancia creciente significa un enfriamiento progresivamente menos severo.

La curva normalmente comienza con la dureza medida más cerca del extremo templado y después traza la respuesta de dureza a lo largo de la barra. Un descenso pronunciado significa que la dureza disminuye considerablemente en una distancia corta. En términos prácticos, el acero conserva su elevada dureza de temple únicamente en una parte relativamente limitada de esta probeta de ensayo. Un descenso más gradual significa que la dureza medida se mantiene más elevada a mayor distancia del extremo templado, lo que indica una mayor profundidad de endurecimiento bajo el gradiente de enfriamiento Jominy. La forma es tan importante como el primer punto.

La curva debe trazarse a partir de las observaciones medidas, no sustituirse por un único valor seleccionado. Los ensayos repetidos, los métodos de ajuste permitidos, la incertidumbre de medición y las reglas de informe de ASTM A255-20 o ISO 642:2024 determinan cómo se presenta el resultado final. Una línea suave puede ayudar a mostrar la tendencia, pero no debe ocultar lecturas dispersas ni sugerir una precisión que las mediciones no respalden.

Una curva Jominy es la respuesta a un historial definido de enfriamiento en extremo. Puede utilizarse para comparar aceros ensayados bajo los mismos requisitos y mostrar cómo cambia la dureza con la distancia. Por sí sola, no puede predecir el perfil exacto de dureza en un engranaje, una placa, un eje o una pieza fundida de gran espesor templados en un tanque determinado. La geometría de la pieza, la agitación, el medio de temple, el tiempo de transferencia, la práctica de austenización y la microestructura inicial modifican el historial de enfriamiento. Por tanto, la curva constituye una evidencia de la templabilidad bajo las condiciones de ensayo especificadas, no un sustituto del análisis del tratamiento térmico de un componente concreto.

Velocidad de enfriamiento, transformación y significado de la curva

Condiciones de enfriamiento continuo a lo largo de la probeta

Una probeta Jominy no experimenta una única severidad de temple de un extremo al otro. Experimenta un gradiente. En el ensayo normalizado, primero se calienta una probeta cilíndrica de acero hasta su temperatura de austenización; después, uno de sus extremos se expone a un chorro de agua, mientras el resto de la probeta se enfría en aire. El Materials Technology and Innovation Laboratory de la University of Illinois describe esta secuencia como el procedimiento Jominy básico (2024). El extremo enfriado con agua pierde calor rápidamente; las posiciones más alejadas reciben un enfriamiento directo menor e intercambian calor principalmente a través de la probeta y del aire circundante.

Esta disposición crea un intervalo continuo de condiciones de enfriamiento a lo largo de la barra, como explica la University of Cambridge en su descripción del ensayo (2012). El historial exacto de enfriamiento no está determinado únicamente por la distancia. También depende de la geometría de la probeta, la temperatura inicial, la disposición del chorro de agua, el estado del temple, las superficies expuestas y las propiedades térmicas del acero. Por tanto, la distancia es una ubicación controlada dentro del ensayo, no una conversión universal a una única velocidad de enfriamiento aplicable a todas las probetas o a todos los componentes de producción.

Las dimensiones forman parte del método; no son detalles accesorios. ASTM A255-20 especifica el ensayo cuantitativo de temple en un extremo con una probeta cilíndrica de 1 pulgada de diámetro. ISO 642:2024 especifica una pieza de ensayo de 25 mm de diámetro y al menos 100 mm de longitud. Estas designaciones y dimensiones no deben mezclarse de manera informal al comparar resultados, porque un cambio en la geometría o en el procedimiento puede modificar el flujo de calor y, por tanto, la respuesta a la transformación. Una curva Jominy solo tiene significado en relación con la norma y las condiciones de ensayo bajo las cuales se obtuvo.

La barra tampoco es un componente en miniatura con un patrón sencillo de enfriamiento de «superficie frente a centro». Un componente templado en aceite, agua, solución polimérica o gas desarrolla un campo espacial de enfriamiento determinado por su forma y por la transferencia de calor en sus superficies. La probeta Jominy proporciona, en cambio, un gradiente de laboratorio reproducible. Permite muestrear muchas severidades de enfriamiento en un solo ensayo, pero no reproduce todas las geometrías de los componentes.

Esta distinción es importante porque la templabilidad es una respuesta a un historial térmico definido. ASTM A255-20 la define como la profundidad hasta la cual se endurece el acero al templarlo. El capítulo de ASM sobre aceros al carbono y de baja aleación describe la misma propiedad como la que determina la profundidad y la distribución de la dureza producida por el temple (ASM International, 1990). Ninguna de las dos definiciones afirma que la templabilidad sea el valor de dureza del acero antes o después del temple.

Transformación de la austenita durante el temple

El calentamiento transforma la estructura inicial en austenita, siempre que el tratamiento de austenización seleccionado sea adecuado para el grado y el estado del material. A continuación, el temple extrae el calor con suficiente rapidez —o con suficiente lentitud en una posición determinada— para determinar qué transformaciones pueden producirse mientras la austenita se enfría. La cuestión fundamental no es simplemente hasta qué punto se enfría la probeta. Es cuánto tiempo permanece la austenita dentro de intervalos de temperatura en los que pueden formarse productos de transformación por difusión antes de que el material alcance condiciones de transformación a temperaturas más bajas.

En el extremo templado con agua, el historial de enfriamiento puede suprimir las transformaciones que, de otro modo, producirían ferrita, perlita o constituyentes bainíticos, permitiendo que una proporción mayor de la austenita se transforme en martensita durante el enfriamiento posterior. Más lejos del extremo templado, la trayectoria térmica menos severa ofrece a las transformaciones competidoras más oportunidades para iniciarse. La estructura final puede contener entonces una mezcla diferente de productos de transformación, y su dureza puede disminuir en consecuencia. La curva registra este cambio, pero por sí sola no identifica cada constituyente ni proporciona una fracción de fase.

Esta cautela es esencial. Una lectura de dureza no puede establecer un diagrama completo de transformación, y una curva Jominy no puede interpretarse como una lista directa de velocidades de enfriamiento a menos que dichas velocidades se hayan determinado por separado para el mismo equipo y las mismas condiciones. La curva es un registro indirecto: cada distancia corresponde a una respuesta térmica particular en ese ensayo, y la dureza medida refleja la microestructura producida por dicha respuesta.

La composición controla la facilidad con la que las transformaciones se retrasan o se producen durante el enfriamiento. El carbono influye notablemente en la dureza que puede alcanzar la martensita, mientras que los elementos de aleación pueden desplazar el comportamiento de transformación y aumentar la profundidad a lo largo de la cual un temple produce una estructura martensítica dura. El tamaño de grano de la austenita también es importante. ASM identifica la composición del acero y el tamaño de grano de la austenita como factores primarios que afectan a la templabilidad (ASM International, 1990). Un tamaño de grano de austenita previa mayor puede modificar las condiciones de nucleación y la cinética de transformación; por ello, dos probetas nominalmente del mismo grado pueden producir curvas diferentes si sus historiales térmicos o sus estructuras de grano difieren.

Por tanto, el ensayo mide la respuesta de un estado material particular, no la de una designación de grado abstracta. La temperatura de austenización, el tiempo de mantenimiento, el procesamiento previo, el tamaño de grano, el estado superficial y los detalles del temple influyen en aquello en lo que se transforma la austenita. Un resultado obtenido en un estado determinado no debe considerarse una prueba de que todos los tratamientos térmicos de esa designación producirán la misma curva.

Por qué cambia la dureza con la distancia

La dureza cambia con la distancia porque la distancia modifica el historial de enfriamiento, y el historial de enfriamiento modifica la microestructura resultante. Cerca del extremo templado, la probeta pierde calor con mayor intensidad. Más lejos, el calor permanece durante más tiempo en la barra y escapa en condiciones diferentes. Por consiguiente, las estructuras pueden variar desde un material predominantemente martensítico cerca del extremo hasta mezclas que contienen productos de transformación más blandos en las posiciones que se enfriaron con menor severidad. La transición exacta depende del grado y del estado del material; debe medirse, no inventarse a partir de un diagrama genérico.

El contenido de carbono contribuye al valor medido, pero no explica toda la curva. La dureza de la martensita depende considerablemente del carbono, por lo que dos aceros con diferentes contenidos de carbono pueden mostrar distintos niveles de dureza aunque su respuesta al endurecimiento sea, por lo demás, similar. A la inversa, aceros con contenidos de carbono comparables pueden presentar distinta dureza a la misma distancia Jominy cuando la aleación, el tamaño de grano, la limpieza o la práctica de austenización modifican el comportamiento de transformación.

El valor medido también depende del método de dureza y de la preparación del ensayo. La descarburación superficial, la rugosidad, la alineación, el espaciamiento entre las indentaciones, la escala de medición y los defectos locales pueden distorsionar el resultado. Normalmente, el ensayo se realiza a distancias sucesivas desde el extremo templado, después de preparar una superficie longitudinal plana u otra superficie de medición especificada; posteriormente, se representa la dureza frente a la distancia. The Materials Education Foundation describe esta interpretación básica: se mide la dureza a distancias crecientes desde el extremo templado para determinar la templabilidad (2024).

Por tanto, la línea trazada no es una clasificación directa de la dureza de todo el acero. Es un mapa de la respuesta de dureza bajo el gradiente térmico Jominy. Un valor relativamente alto lejos del extremo templado indica que el acero conservó su capacidad de endurecimiento bajo una condición de enfriamiento menos severa que la experimentada en el extremo. Un descenso rápido indica que la microestructura se vuelve más blanda a medida que disminuye la severidad del enfriamiento. Estas afirmaciones se refieren a la forma y la posición de la curva de respuesta, no a una clasificación universal basada en un único valor de dureza aislado.

Un ingeniero de componentes puede utilizar la curva para comparar la respuesta al enfriamiento de un acero con las condiciones de enfriamiento previstas en una pieza, pero solo después de tener en cuenta el tamaño de la sección, la geometría, el medio de temple y la práctica de tratamiento térmico. El resultado Jominy no demuestra que un componente vaya a presentar una dureza idéntica en cada ubicación correspondiente. Proporciona evidencia controlada sobre cómo se transforma el acero a medida que disminuye la severidad del enfriamiento. Ese es el significado de la curva y la razón por la que la templabilidad debe mantenerse separada de la dureza.

Composición y tamaño de grano de la austenita

La templabilidad no es sinónimo de dureza. La norma ASTM A255-20 define la templabilidad como la profundidad hasta la que se endurece el acero al templarlo, mientras que el ASM Handbook la describe como la propiedad que determina la profundidad y la distribución de la dureza producida por el temple. Un acero puede alcanzar una dureza elevada cerca de una superficie templada y, sin embargo, perder dureza rápidamente hacia el interior. Otro acero puede mostrar una dureza superficial similar, pero conservar martensita y, por tanto, una dureza útil, a mayor distancia de la superficie templada.

La diferencia se hace evidente en el ensayo Jominy de temple en un extremo. La norma ASTM A255-20 especifica una probeta cilíndrica de 1 pulgada de diámetro; la norma ISO 642:2024 especifica una pieza de ensayo de 25 mm de diámetro y al menos 100 mm de longitud. Las dimensiones no son detalles intercambiables cuando se comparan resultados. La probeta se calienta hasta la condición de austenización especificada, se suspende verticalmente y se templa por uno de sus extremos mediante un chorro de agua. La University of Illinois describe las mediciones de dureza tomadas a distancias crecientes desde ese extremo templado, mientras que la University of Cambridge explica que el extremo enfriado por agua y el resto enfriado por aire generan un intervalo continuo de velocidades de enfriamiento a lo largo de la barra. La gráfica de la dureza en función de la distancia es la curva de templabilidad Jominy.

La curva es una respuesta a la composición, la historia térmica previa, la geometría de la probeta, el tratamiento de austenización y el patrón de enfriamiento impuesto. No es una única constante del material independiente de las condiciones del ensayo. ASM International identifica la composición del acero y el tamaño de grano de la austenita como factores principales que afectan a la templabilidad. Estos factores actúan mediante mecanismos diferentes y no deben reducirse a una sola pregunta: «¿Qué dureza tiene el acero?».

El papel de la composición del acero

TemplabilidadTemplabilidad Capacidad del acero para desarrollar y conservar la dureza hasta una mayor profundidad durante un temple definido; es distinta de la dureza máxima.

La composición afecta a la templabilidad principalmente al modificar las temperaturas y las velocidades a las que la austenita se transforma durante el enfriamiento. Los elementos de aleación, como el manganeso, el cromo, el níquel y el molibdeno, pueden retrasar las transformaciones de la austenita a ferrita, perlita o bainita. Al desplazarse estas transformaciones hacia tiempos más prolongados, una mayor proporción de una sección puede evitarlas durante el temple y formar martensita en su lugar. El resultado es un perfil de dureza más profundo, siempre que la velocidad de enfriamiento y el contenido de carbono del acero permitan la formación de martensita.

El carbono participa en este comportamiento, pero sus funciones deben distinguirse. Contribuye considerablemente a la dureza que puede alcanzar la martensita. Los elementos de aleación, en cambio, son especialmente importantes para modificar la cinética de transformación y, por tanto, la velocidad de enfriamiento necesaria para suprimir la formación de productos difusionales a través de la sección. El carbono también modifica el comportamiento de transformación, por lo que la división no es absoluta; se trata de una distinción de énfasis. Afirmar que «más aleación significa un acero más duro» es demasiado simplista. Una formulación más precisa es que el contenido de aleación puede hacer que un historial de enfriamiento determinado sea más capaz de producir martensita a profundidad, mientras que el carbono establece en gran medida la dureza alcanzable de esa martensita, junto con factores como el revenido y la microestructura.

Por tanto, la composición debe identificarse mediante el grado exacto, la especificación y la designación aplicable. «4140», por ejemplo, se refiere a una designación de acero aleado al cromo-molibdeno, pero un resultado comunicado aún requiere la especificación pertinente del producto, los límites de composición química, el tratamiento térmico y el método de ensayo. El nombre de un grado no elimina los intervalos de composición permitidos. Dos coladas pertenecientes a la misma designación pueden ocupar posiciones diferentes dentro de esos límites, y pequeños cambios en el contenido de carbono o de elementos de aleación pueden modificar el comportamiento de transformación. «Acero de baja aleación» es una descripción útil de una familia, pero no una definición química suficiente para comparar dos curvas Jominy.

La misma cautela se aplica a los aceros al carbono y a los grados destinados al endurecimiento superficial. Un acero al carbono simple y un acero al níquel-cromo-molibdeno pueden tener una dureza similar en el extremo templado, pero presentar pendientes diferentes y distancias diferentes a lo largo de las cuales se conserva la dureza. Por el contrario, una composición con alto contenido de carbono puede producir una dureza elevada cerca de la superficie sin endurecerse profundamente en una sección grande. La curva aporta la evidencia correspondiente a la condición de enfriamiento ensayada; el grado nominal, por sí solo, no.

El resultado Jominy tampoco puede transferirse directamente a cualquier forma de componente. Una barra cilíndrica, una placa y una pieza forjada compleja pierden calor de manera diferente. El tamaño de la sección, el estado superficial, la agitación del medio de temple y la presencia de esquinas modifican el historial local de enfriamiento. El análisis de templabilidad de Grossmann y otros métodos de ingeniería pueden relacionar la respuesta del material con la severidad del temple y la geometría de la sección, pero una curva Jominy, por sí sola, no indica la dureza en cada ubicación de una pieza arbitraria.

Contenido de carbono y dureza martensítica alcanzable

La martensita se forma cuando la austenita se enfría con suficiente rapidez para impedir o limitar la transformación difusional, pero la dureza de esa martensita depende en gran medida del carbono disuelto en la austenita antes del temple. El aumento del contenido de carbono generalmente eleva la dureza martensítica no revenida alcanzable dentro del intervalo útil de carbono, porque el carbono distorsiona la red martensítica y aumenta la resistencia a la deformación. Este es un efecto sobre la dureza, no una justificación para utilizar el contenido de carbono como medida completa de la templabilidad.

Un acero de bajo contenido de carbono puede endurecerse a través de una sección bajo un historial de enfriamiento adecuado y, aun así, mostrar una dureza máxima inferior a la de un acero con mayor contenido de carbono. El acero con mayor contenido de carbono puede mostrar un extremo Jominy muy duro y, sin embargo, presentar una disminución pronunciada de la dureza con la distancia si su composición no retrasa suficientemente la formación de perlita, ferrita o bainita. El acero aleado de bajo contenido de carbono puede mostrar un límite superior de dureza menor, pero mantener esa dureza a mayor distancia del extremo templado. Se trata de resultados diferentes: la dureza martensítica alcanzable frente a la profundidad de endurecimiento.

El carbono también afecta a la cantidad y la estabilidad de la austenita durante la austenización. Si el carbono no se disuelve adecuadamente, la composición de la austenita difiere de la composición nominal del volumen; si se produce una disolución excesiva, pueden producirse crecimiento de grano y otros cambios. En consecuencia, la curva medida refleja la temperatura de austenización seleccionada y la práctica de mantenimiento, no solo la composición química. Después del temple, el revenido modifica aún más la dureza, por lo que un perfil de dureza revenido no debe compararse con una curva Jominy en estado de temple como si ambos representaran la misma condición.

Por tanto, un número de dureza en el extremo templado con agua constituye una evidencia incompleta. Puede indicar la dureza disponible a partir de la composición martensítica local, pero no muestra con qué rapidez disminuye la dureza, dónde comienzan las microestructuras mixtas ni qué proporción de una sección mayor puede endurecerse. La curva dependiente de la distancia es la medición pertinente.

El tamaño de grano de la austenita como factor que influye en la templabilidad

El tamaño de grano de la austenita previa afecta a la templabilidad porque los productos de transformación, como la ferrita y la perlita, suelen nuclearse en los límites de grano de la austenita. Los granos de austenita más gruesos proporcionan una menor superficie de límites de grano por unidad de volumen, lo que reduce el número de sitios potenciales de nucleación y tiende a retrasar la transformación difusional durante el enfriamiento. Este retraso puede permitir que se forme martensita con una velocidad de enfriamiento menor, por lo que un tamaño de grano de austenita previa más grueso puede aumentar la templabilidad medida.

El efecto no constituye una mejora sin contrapartidas. El crecimiento de grano puede reducir la tenacidad y modificar el comportamiento dimensional, y un tamaño de grano excesivo puede resultar inaceptable incluso cuando aumenta la profundidad aparente de endurecimiento. Los granos finos suelen favorecer una transformación difusional más temprana, pero pueden proporcionar una mejor tenacidad y un comportamiento mecánico más estable. La elección adecuada depende del componente, del tratamiento térmico y de las propiedades requeridas, no de maximizar una única distancia Jominy.

El tamaño de grano también explica por qué las curvas no pueden compararse sin conocer sus historiales de tratamiento térmico previo. Dos probetas cortadas a partir de una misma especificación pueden producir resultados diferentes si una fue normalizada, otra se mantuvo durante más tiempo a una temperatura de austenización más elevada, o las prácticas de calentamiento y enfriamiento produjeron tamaños de grano de austenita previa diferentes. Los carburos, las partículas ricas en elementos de aleación no disueltas y la segregación pueden afectar aún más a la composición de la austenita disponible durante el temple. Por tanto, el informe del ensayo debe identificar la temperatura de austenización, el tiempo de mantenimiento, el estado de la probeta y el procedimiento de medición, además de la composición química.

Una curva Jominy es significativa cuando esas variables están controladas. La composición determina, entre otros aspectos, cómo responde la cinética de transformación al enfriamiento; el carbono contribuye a establecer la dureza de la martensita que se forma; y el tamaño de grano de la austenita modifica la facilidad con la que comienzan las transformaciones competidoras. En conjunto, estos factores explican por qué la templabilidad es una respuesta medida y no una etiqueta de dureza. Cuando el grado, el tamaño de grano, el tratamiento previo, las dimensiones de la probeta y la norma de ensayo están claramente establecidos, la curva puede respaldar una comparación justificable. Sin ellos, un valor de dureza o una curva sin identificar favorece exactamente la confusión que el ensayo pretende evitar.

Aceros al carbono, aceros de baja aleación y comparaciones entre calidades

Respuesta del acero al carbono al temple

El acero al carbono no presenta una única respuesta fija de templabilidad. Su comportamiento depende del contenido de carbono, el tamaño de grano de la austenita previa, el tamaño de la sección, la práctica de austenización y la severidad del temple. El contenido de carbono influye considerablemente en la dureza que puede alcanzar la martensita, pero este hecho por sí solo no establece hasta qué profundidad se templará un acero determinado desde una superficie templada. Una probeta pequeña puede desarrollar una elevada dureza superficial, mientras que una sección más grande puede conservar ferrita, perlita o bainita hacia su centro debido a que el interior se enfría más lentamente.

Esta distinción es fundamental en el capítulo de ASM Hardenability of Carbon and Low-Alloy Steels, publicado en 1990. El capítulo define la templabilidad como la propiedad que determina la profundidad y la distribución de la dureza producida por el temple, y no como la dureza máxima medida en un único punto. ASTM A255-20 emplea una formulación estrechamente relacionada y define la templabilidad como “la profundidad hasta la cual se endurece el acero al templarlo” (ASTM International, 2020). Por tanto, la dureza es un valor observado en un punto especificado; la templabilidad describe el patrón de respuesta a través del material.

En un acero al carbono simple, el aumento del contenido de carbono eleva generalmente la dureza alcanzable de las regiones completamente martensíticas, condicionada por la microestructura y el tratamiento térmico del acero. No se deduce de ello que toda calidad con mayor contenido de carbono produzca una zona templada más profunda o uniforme en cualquier condición de temple. El carbono también afecta al comportamiento de transformación de la austenita, mientras que el manganeso y los elementos residuales pueden desplazar la respuesta incluso cuando la designación se describe de forma general como “acero al carbono”. El intervalo real de composición química es importante.

El ensayo de temple en un extremo Jominy permite visualizar esta respuesta espacial. Según la descripción del Materials Technology and Innovation Laboratory de la University of Illinois, una probeta cilíndrica se calienta hasta su temperatura de austenización especificada y uno de sus extremos se templa con un chorro de agua (University of Illinois, 2024). A continuación, se mide la dureza a distancias crecientes desde el extremo templado. La gráfica resultante de dureza frente a distancia es la curva Jominy.

La curva existe porque la probeta no se enfría a una velocidad uniforme. El recurso sobre transformaciones de materiales de la University of Cambridge explica que el enfriamiento con agua en un extremo y con aire en el resto produce un intervalo continuo de velocidades de enfriamiento a lo largo de la barra (University of Cambridge, 2012). Cerca del chorro, la austenita experimenta el enfriamiento más severo; a mayor distancia, la velocidad de enfriamiento disminuye. Un acero al carbono cuya dureza cae bruscamente con la distancia presenta una respuesta de templabilidad diferente de la de otro que mantiene una dureza similar más lejos a lo largo de la probeta, aunque ambos muestren la misma dureza en el extremo templado.

La geometría y el procedimiento de ensayo deben permanecer vinculados al resultado. ASTM A255-20 especifica una probeta cilíndrica de 1 pulgada de diámetro para el ensayo cuantitativo de temple en un extremo. ISO 642:2024 especifica una probeta de 25 mm de diámetro y al menos 100 mm de longitud para el ensayo de temple en un extremo de aceros. Estas dimensiones son similares, pero no deben tratarse implícitamente como especificaciones intercambiables. La temperatura de austenización, el tiempo de mantenimiento, la atmósfera del horno, el tiempo de transferencia, la temperatura del agua, el estado del chorro, la escala de dureza, el espaciamiento entre mediciones y la preparación superficial pueden afectar a la curva registrada.

Adiciones de baja aleación y respuesta al temple en toda la sección

Las adiciones de baja aleación modifican la templabilidad principalmente al retrasar las transformaciones que compiten con la formación de martensita durante el enfriamiento. El manganeso, el cromo, el molibdeno y el níquel pueden alterar la temperatura y el momento de formación de ferrita, perlita y bainita. Al posponerse esas transformaciones, el interior, que se enfría más lentamente, todavía puede alcanzar el intervalo martensítico. Esta es la base metalúrgica de una mayor respuesta al temple en toda la sección en muchos aceros aleados.

El efecto no se reduce a una regla sencilla de “más aleación equivale a más dureza”. Los elementos de aleación pueden influir en la templabilidad, la formación de carburos, la respuesta al revenido, la austenita retenida y la dureza de la microestructura final mediante mecanismos diferentes. El cromo y el molibdeno, por ejemplo, pueden participar en las poblaciones de carburos y afectar a la cinética de transformación; el níquel modifica el comportamiento de transformación sin actuar exactamente del mismo modo que un elemento formador fuerte de carburos. El manganeso puede aumentar la templabilidad, pero su efecto debe considerarse junto con el carbono, el control del azufre, el procesamiento previo y el resto de la composición. Pequeñas adiciones de boro pueden ejercer un efecto considerable sobre la templabilidad cuando se encuentran en la condición metalúrgica correcta, pero su resultado depende del carbono, el nitrógeno, la práctica de adición de titanio o aluminio y el historial de procesamiento.

ASM identifica la composición del acero y el tamaño de grano de la austenita como factores primarios que afectan a la templabilidad (ASM International, 1990). El tamaño de grano es importante porque los granos más grandes de austenita previa proporcionan una menor superficie de límite de grano para la nucleación de algunos productos de transformación por difusión. Sin embargo, el engrosamiento del grano no constituye una mejora sin contrapartidas: puede perjudicar la tenacidad y el comportamiento dimensional, por lo que una comparación basada únicamente en una curva medida puede seguir siendo incompleta si el tratamiento térmico previsto es diferente.

El término “temple en toda la sección” requiere la misma precisión. No significa que toda sección transversal de una pieza de acero se vuelva uniformemente martensítica. Una curva Jominy proporciona una respuesta normalizada a un gradiente de velocidades de enfriamiento, no una predicción directa para cualquier diámetro, geometría, condición de agitación o medio de temple. Los métodos de ingeniería pueden utilizar datos Jominy junto con relaciones entre el tamaño de la sección y el enfriamiento, pero el resultado previsto sigue estando vinculado a las hipótesis en las que se basan dichos métodos. Una barra templada en agua, un engranaje templado en aceite y una placa templada en polímero no comparten un historial de enfriamiento universal.

Tampoco demuestra una elevada dureza en el extremo Jominy un temple profundo. El extremo está expuesto al enfriamiento más severo y puede formar martensita incluso en un acero cuya dureza disminuya rápidamente a poca distancia. Por el contrario, una dureza medida más baja puede reflejar el contenido de carbono, el revenido, la austenita retenida o una mezcla de fases, y no únicamente una baja templabilidad. La medición debe interpretarse teniendo en cuenta el tratamiento térmico y la microestructura.

Por qué las designaciones de calidad no sustituyen a los datos de ensayo

Una designación identifica una especificación, una composición nominal o un intervalo químico; no proporciona una curva Jominy medida. Comparar “acero al carbono” con “acero de baja aleación” es demasiado general para fundamentar una afirmación sobre la templabilidad. Incluso las comparaciones entre calidades designadas requieren la designación exacta tal como se especifica, la norma aplicable, la composición química de la colada o del producto y la condición del material ensayado.

Una comparación defendible debería identificar al menos cinco elementos: la designación del acero y la norma aplicable; el intervalo de composición química medido, incluidos los elementos de aleación y residuales pertinentes; la temperatura de austenización y el tratamiento de mantenimiento; el equipo y el medio de temple; y el método de medición y la escala de dureza. También debería indicar si el resultado procede de ASTM A255, ISO 642, otro procedimiento definido o un ensayo específico de planta. Una curva obtenida con una probeta ASTM de 1 pulgada no debería presentarse como si fuera automáticamente un resultado conforme a ISO 642, a pesar de la similitud de las dimensiones nominales de las probetas.

La variación de producción limita aún más lo que puede establecer una designación. Dos coladas comercializadas bajo la misma designación pueden diferir dentro del intervalo de composición química permitido. Las diferencias en el tamaño de grano, la reducción por forja, el historial de normalizado, la descarburación y la práctica de austenización pueden modificar la respuesta medida. Por tanto, una composición nominal publicada proporciona contexto, no una prueba de una curva de templabilidad concreta.

La Materials Education Foundation describe el método Jominy como la medición de la dureza a distancias crecientes desde un extremo templado para determinar la templabilidad del acero (Materials Education Foundation, 2024). Esta formulación refleja el límite adecuado del ensayo: mide una respuesta de dureza generada por un gradiente de enfriamiento definido. No convierte el nombre de una calidad en una clasificación universal de prestaciones ni sustituye a la validación específica de la sección cuando difieren las condiciones de enfriamiento o la geometría.

Por tanto, una comparación sólida entre calidades pregunta: “¿Qué respuesta se midió y en qué condiciones?”. No pregunta únicamente qué designación es supuestamente más dura. Solo la primera pregunta aborda la templabilidad.

Lectura y comparación de las curvas Jominy

Una curva Jominy es una gráfica de la dureza medida en función de la distancia desde el extremo templado de una probeta de acero. El eje horizontal normalmente comienza en el extremo enfriado con agua y avanza hacia el extremo enfriado por aire; el eje vertical indica la dureza en una escala especificada, como Rockwell C (HRC), Rockwell B (HRB) o dureza Vickers (HV). La curva debe interpretarse como un registro de la respuesta del acero a un intervalo controlado de condiciones de enfriamiento, no como un único valor de dureza.

ASTM A255-20 define la templabilidad como la profundidad hasta la que se endurece el acero al templarse y especifica el ensayo cuantitativo de temple en un extremo con una probeta cilíndrica de 1 pulgada de diámetro. ISO 642:2024 especifica una probeta de 25 mm de diámetro y al menos 100 mm de longitud. Estas dimensiones son similares, pero no debe suponerse que las normas sean intercambiables. El documento aplicable es el que rige el ensayo.

Altura de la curva cerca del extremo templado

La zona izquierda de la curva, correspondiente al extremo templado, muestra la dureza producida bajo la condición de enfriamiento más severa del ensayo. Un valor elevado en esa zona indica que el material ensayado formó un producto de transformación duro cerca de la superficie bajo esa práctica particular de austenización y temple en agua. Por sí solo, no demuestra una alta templabilidad.

Esta distinción es importante porque el contenido de carbono influye considerablemente en la dureza de la martensita, mientras que la templabilidad también depende de la facilidad con la que se suprimen durante el enfriamiento transformaciones como la perlita o la bainita. Dos aceros pueden alcanzar una dureza similar cerca del extremo templado y, sin embargo, divergir sustancialmente más adelante a lo largo de la probeta. El acero cuya dureza disminuye lentamente ha conservado una microestructura dura bajo un enfriamiento más lento y, por tanto, muestra una mayor profundidad de endurecimiento en este ensayo.

El valor en el extremo templado también puede verse afectado por condiciones que no son simplemente una propiedad del grado. La temperatura de austenización y el tiempo de mantenimiento influyen en el estado de la austenita. El tamaño de grano de la austenita es un factor principal que afecta a la templabilidad, como informó ASM International en su estudio de 1990 sobre la dureza y la templabilidad del acero, y un crecimiento excesivo del grano puede modificar la curva. La descarburación superficial, la oxidación, los daños producidos por el rectificado, una alineación incorrecta del chorro de agua o una huella de dureza colocada demasiado cerca de un borde pueden distorsionar las primeras lecturas.

Por esta razón, una curva que comienza más arriba no debe describirse automáticamente como “más templable”. Puede presentar una mayor dureza después del temple en el extremo, una mayor templabilidad o ambas cosas. El resto del perfil proporciona las pruebas necesarias para separar estos efectos.

La altura de la curva puede seguir siendo útil cuando la cuestión es la respuesta local de dureza. Por ejemplo, una especificación puede exigir una dureza mínima a una distancia Jominy determinada. Ese requisito es un criterio de aceptación, no una definición general del significado de la curva. La determinación de si un valor medido cumple debe basarse en la especificación aplicable del material o del producto.

Forma de la curva y retención de la dureza con la distancia

La característica central de una curva Jominy es su velocidad de pérdida de dureza a medida que aumenta la distancia. El procedimiento descrito por el Materials Technology and Innovation Laboratory de la University of Illinois calienta una probeta cilíndrica hasta su temperatura de austenización, templa un extremo con un chorro de agua, mide la dureza a distancias crecientes y representa los resultados en una gráfica. La University of Cambridge explica por qué se obtiene este perfil: el extremo templado se enfría rápidamente, mientras que las zonas más alejadas se enfrían progresivamente más despacio en el aire.

Una pendiente descendente pronunciada significa que la dureza se pierde en una distancia corta. Ese acero responde intensamente al cambio de un enfriamiento rápido a uno más lento. Una curva más plana indica que la dureza se conserva más lejos del extremo templado. En términos metalúrgicos prácticos, esta última respuesta indica que una mayor profundidad de la probeta puede transformarse en una estructura dura bajo un enfriamiento menos severo que el existente en el extremo.

La curva no tiene por qué ser una línea recta. Puede descender bruscamente cerca del extremo, aplanarse en una región intermedia o mostrar un cambio de pendiente asociado con transformaciones que tienen lugar a distintas velocidades de enfriamiento. Un breve tramo horizontal seguido de un descenso y de un segundo aplanamiento debe interpretarse como una secuencia de respuestas, no reducirse a un único número de “templabilidad media”. La forma refleja la composición, el tamaño de grano de la austenita, la microestructura previa y la historia térmica utilizada en el ensayo. El capítulo de 1990 de ASM sobre aceros al carbono y de baja aleación describe la templabilidad como el factor que determina la profundidad y la distribución de la dureza producida por el temple, razón por la cual es importante todo el perfil.

Una curva que permanece más alta a una distancia determinada ha conservado más dureza bajo esa condición de ensayo. Esto no demuestra que todas las secciones de un componente fabricado real presenten esa dureza. Un componente real tiene una geometría, una masa, una condición superficial y una trayectoria de enfriamiento diferentes. La conversión de un resultado Jominy en una respuesta prevista del componente requiere un modelo de enfriamiento definido o un método como el análisis de Grossman; una comparación visual por sí sola no puede proporcionar dicha conversión.

Tampoco una curva más alta hace que un grado sea universalmente preferible. Un diseño puede requerir una combinación específica de dureza, tenacidad, control de la distorsión, soldabilidad y respuesta al revenido. El ensayo Jominy aborda una respuesta a un historial de temple definido. No sustituye a los ensayos mecánicos ni a una especificación que regule la pieza terminada.

Al comparar curvas, deben compararse distancias correspondientes y escalas de dureza correspondientes. Una curva representada en HRC no puede compararse numéricamente con otra representada en HV sin un método de conversión adecuado y declarado. Las conversiones de dureza no son identidades físicas exactas, especialmente entre microestructuras diferentes. También importa la convención utilizada para representar los resultados: los puntos unidos mediante líneas rectas, una curva ajustada y una tabla interpolada pueden presentar de manera diferente las mismas mediciones.

Dispersión, repetibilidad y condiciones de comparación

Los datos Jominy reales contienen dispersión. Parte de la variación procede de la medición de la dureza, pero pueden producirse diferencias mayores debido a la preparación de la probeta y a la práctica térmica. La cara extrema debe recibir el chorro de agua previsto, la probeta debe estar correctamente centrada y la zona de medición de la dureza debe prepararse sin dejar material descarburado ni una superficie rugosa. Las mediciones deben espaciarse y notificarse de acuerdo con el procedimiento aplicable.

Un único punto irregular no debe considerarse un descubrimiento metalúrgico. Primero debe comprobarse si el punto se encuentra fuera de la repetibilidad de medición esperada, si el espaciamiento entre las huellas era adecuado y si la superficie de la probeta o la escala de dureza eran correctas. Los ensayos repetidos que muestran el mismo cambio en la forma de la curva tienen más peso que una única lectura alta o baja aislada.

Una comparación significativa requiere más que ensayar probetas con la misma designación nominal de grado. Deben utilizarse la misma norma, las mismas dimensiones de probeta, la misma preparación superficial, la misma temperatura de austenización, la misma práctica de mantenimiento, el mismo tiempo de transferencia, la misma disposición de temple, la misma escala de dureza, las mismas ubicaciones de medición y la misma convención de presentación de resultados. ASTM A255-20 especifica una probeta de 1 pulgada de diámetro, mientras que ISO 642:2024 especifica un diámetro de 25 mm y una longitud mínima de 100 mm; los resultados obtenidos conforme a esas normas deben etiquetarse en consecuencia, en lugar de combinarse sin indicarlo.

También debe tenerse en cuenta el estado previo del acero. La composición es importante, pero también lo es el tamaño de grano de la austenita establecido durante el calentamiento. No puede suponerse que una curva de laboratorio obtenida con un tratamiento térmico represente todos los lotes de acero de la misma designación si difiere la práctica de austenización. Esta es una de las razones por las que una curva debe incluir sus condiciones de ensayo cada vez que se reproduzca.

Por último, debe separarse la interpretación del cumplimiento. La lectura de la curva puede mostrar que la dureza disminuye rápidamente, que se conserva más lejos del extremo templado o que los ensayos repetidos presentan dispersión. Solo la especificación aplicable puede establecer el intervalo permitido, el valor mínimo, el requisito de muestreo y la decisión de aceptación. Una curva Jominy es una evidencia de la templabilidad bajo condiciones definidas, no una recomendación independiente de producto, una clasificación de grados ni un sustituto de los requisitos de aceptación asociados al material.

Ensayos de Jominy, Grossman y templabilidad al aire

La templabilidad no es la misma propiedad que la dureza. La norma ASTM A255-20 define la templabilidad como «la profundidad hasta la cual se templará el acero al enfriarlo bruscamente», mientras que la dureza es la resistencia medida en una ubicación determinada mediante un método de ensayo específico. Un acero puede presentar una dureza superficial elevada y, sin embargo, templarse solo a poca distancia por debajo de la superficie. Otro acero puede alcanzar una dureza superficial similar y conservarla mucho más profundamente en la sección.

El ASM Handbook considera los ensayos de Jominy, Grossman y templabilidad al aire como métodos relacionados para examinar esta respuesta, no como ensayos intercambiables. Cada uno impone un historial térmico diferente. El ensayo de Jominy genera un intervalo controlado de velocidades de enfriamiento a lo largo de una probeta; el análisis de Grossman relaciona la respuesta del acero con la severidad del temple y el tamaño del componente; un ensayo de templabilidad al aire examina qué sucede cuando el medio de enfriamiento especificado es el aire. El resultado de un método no puede sustituirse por el resultado de otro sin una conversión o un modelo definidos.

El método Jominy de temple por un extremo

El ensayo de temple por un extremo de Jominy es una forma normalizada de obtener una curva de templabilidad a partir de una probeta cilíndrica. La norma ASTM A255-20 especifica una probeta cilíndrica de 1 pulgada de diámetro para el ensayo cuantitativo de temple por un extremo. La norma ISO 642:2024 especifica una pieza de ensayo de acero de 25 mm de diámetro y al menos 100 mm de longitud. En términos prácticos, estas dimensiones son similares, pero las normas siguen siendo documentos independientes, con sus propios requisitos de preparación, calentamiento, temple, medición de la dureza y presentación de resultados.

La secuencia básica es sencilla. Una probeta mecanizada se calienta hasta la temperatura de austenización especificada, se mantiene el tiempo suficiente para alcanzar la condición térmica prescrita y se transfiere a un dispositivo de sujeción. Un chorro de agua incide sobre uno de sus extremos. El University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory describe esta secuencia de calentamiento y enfriamiento con agua por un extremo en su procedimiento Jominy de 2024. Tras el enfriamiento, normalmente se prepara una superficie plana a lo largo de la probeta y se toman mediciones de dureza a distancias crecientes desde el extremo templado.

La física es lo que confiere valor al ensayo. El extremo templado experimenta el enfriamiento más severo, mientras que las zonas más alejadas reciben un enfriamiento progresivamente menos rápido, porque se enfrían indirectamente y, en parte, por el aire. La University of Cambridge explica que esta disposición produce un intervalo continuo de velocidades de enfriamiento a lo largo de la barra. Por tanto, una gráfica de la dureza frente a la distancia muestra cómo cambia la respuesta de dureza medida del acero a medida que disminuye la velocidad de enfriamiento.

Cerca del extremo templado, la dureza depende en gran medida del contenido de carbono y de que la austenita se transforme en martensita en lugar de hacerlo en productos más blandos, como perlita o bainita. Más lejos del extremo, los elementos de aleación y el tamaño de grano de la austenita adquieren importancia, porque retrasan las transformaciones difusionales durante el enfriamiento más lento. ASM International identificó la composición del acero y el tamaño de grano de la austenita como influencias primarias sobre la templabilidad en su tratamiento de 1990 sobre dureza y templabilidad.

La curva es el resultado, no un único valor de dureza. Su forma puede indicar hasta qué profundidad un acero mantiene una determinada respuesta de dureza, pero no expresa directamente la distribución de dureza en cada componente real. Una barra, un engranaje, una placa o una pieza forjada tienen su propio diámetro, geometría, estado superficial, historial de austenización y trayectoria de enfriamiento. La probeta Jominy también presenta un gradiente térmico unidimensional especial que no se reproduce en todas las zonas de una pieza gruesa.

Una curva Jominy no puede establecer por sí sola que una pieza se templará completamente hasta su centro en aceite, agua, polímero o aire. Tampoco puede un valor de dureza obtenido en el extremo templado describir la templabilidad completa del acero. La curva debe interpretarse teniendo en cuenta el tamaño de sección previsto y el historial de temple.

Análisis de Grossman del diámetro crítico

El análisis de Grossman aborda una cuestión de ingeniería diferente: ¿cómo se combinan la respuesta de transformación del acero, el tamaño de la sección y la severidad del temple para determinar la profundidad de endurecimiento? Distingue dos conceptos que a menudo se confunden. El acero tiene una respuesta intrínseca al endurecimiento, mientras que el medio de temple y la geometría de la pieza controlan la rapidez con la que se extrae el calor.

Factor H de GrossmanFactor H de Grossman Parámetro utilizado para representar la severidad del temple, relacionando la transferencia de calor superficial con el tamaño de la sección y la respuesta del acero al endurecimiento.

El método utiliza la severidad del temple, representada habitualmente por el factor $H$ de Grossman, para describir la eficacia de la transferencia de calor en la superficie. Un temple más severo extrae el calor con mayor rapidez que uno menos severo, aunque el resultado real también depende de la agitación, la temperatura, el comportamiento de la película de vapor, el estado superficial y la forma de la pieza. A continuación, el análisis de Grossman relaciona esta severidad con el tamaño de la sección y con una condición límite de endurecimiento.

El diámetro crítico ideal es el diámetro de una barra redonda hipotética que alcanzaría una condición central especificada bajo un temple idealizado. El diámetro crítico real aplica la severidad de temple seleccionada a la pieza. Estos términos no son nombres alternativos para la distancia Jominy. Una distancia Jominy es una posición a lo largo de una barra de ensayo; un diámetro crítico es un resultado relativo al tamaño de la sección, obtenido mediante un análisis de la severidad del temple y de la respuesta del acero.

Los datos Jominy pueden proporcionar la información de entrada sobre la respuesta del acero para los cálculos o diagramas de Grossman, pero el cálculo añade supuestos sobre la geometría y la transferencia de calor. En consecuencia, dos componentes fabricados a partir de la misma colada de acero pueden templarse hasta profundidades diferentes si difieren sus tamaños o sus condiciones de temple. El mismo acero también puede producir diámetros críticos diferentes con distintos valores de $H$. Por tanto, el análisis de Grossman es un puente entre la respuesta de laboratorio y una situación de temple definida, no un ensayo de dureza independiente.

Ensayos de templabilidad al aire

Los ensayos de templabilidad al aire examinan un acero durante el enfriamiento en aire, en lugar de imponer el chorro de agua de Jominy o asignar un valor de severidad de temple de Grossman. La probeta se austeniza conforme al procedimiento especificado, se retira del horno y se enfría en aire en las condiciones del ensayo. A continuación, se mide la dureza, la microestructura o la variación de la dureza a través de la sección, según lo requiera el método.

Esta distinción es importante porque «templabilidad al aire» no significa que el acero tenga una dureza fija independiente del tamaño. El enfriamiento en aire quieto, aire forzado y una atmósfera controlada produce condiciones diferentes de transferencia de calor. Una probeta pequeña puede enfriarse con la rapidez suficiente para formar una cantidad considerable de martensita, mientras que el centro de una sección más grande se enfría más lentamente y forma una mezcla diferente de productos de transformación. La temperatura del horno, las dimensiones de la probeta, los apoyos, el flujo de aire y el estado superficial pueden afectar a la respuesta medida.

Por tanto, un resultado de templabilidad al aire describe el comportamiento bajo el historial de enfriamiento en aire establecido. No sustituye a una curva Jominy, porque no crea el mismo gradiente continuo de enfriamiento de un extremo al otro. Tampoco sustituye al análisis de Grossman, porque por sí solo no expresa la relación entre la severidad del temple y un intervalo de tamaños de sección. Los tres métodos responden a cuestiones relacionadas, pero sus resultados conservan significados diferentes.

El capítulo de 1990 de ASM sobre aceros al carbono y de baja aleación define la templabilidad como la propiedad que determina la profundidad y la distribución de la dureza producida por el temple. Esa formulación constituye la prueba práctica: hay que preguntar cómo se distribuye la dureza después de un historial térmico especificado, no simplemente qué dureza alcanza un punto.

De una curva Jominy a un componente real

Una curva Jominy describe la respuesta de un acero a una disposición de enfriamiento controlada. No predice la dureza en cada punto de un componente terminado sin un análisis adicional. La diferencia es importante porque una probeta normalizada es pequeña y sencilla, y se enfría de una manera prescrita, mientras que un componente puede contener bordes delgados, cubos gruesos, orificios, esquinas, condiciones superficiales variables y regiones que se enfrían a velocidades muy diferentes.

ASTM A255-20 define la templabilidad como la profundidad hasta la que se endurece el acero al templarlo. Su procedimiento cuantitativo de ensayo de templabilidad en extremo utiliza una probeta cilíndrica de 1 pulgada de diámetro. ISO 642:2024 especifica una probeta de acero para el ensayo de templabilidad en extremo de 25 mm de diámetro y al menos 100 mm de longitud. Estas dimensiones y las condiciones prescritas del ensayo crean una comparación reproducible entre coladas, calidades o condiciones de procesamiento; no convierten la probeta en un modelo a escala de una pieza de maquinaria.

En el procedimiento descrito por el Laboratorio de Tecnología e Innovación de Materiales de la Universidad de Illinois, la probeta se calienta hasta su temperatura de austenización y uno de sus extremos se templa con un chorro de agua. A continuación, se mide la dureza a distancias crecientes desde el extremo templado. La gráfica resultante de dureza frente a distancia es la curva Jominy. Como explica la Universidad de Cambridge, el extremo enfriado con agua y el resto enfriado al aire producen un intervalo continuo de velocidades de enfriamiento a lo largo de la barra. Por tanto, cada posición representa una respuesta térmica diferente dentro de la misma probeta.

Esta respuesta es útil, pero debe interpretarse cuidadosamente.

Espesor de la sección y gradientes térmicos

El espesor de la sección de un componente controla cuánto calor debe salir de su interior antes de que comience la transformación. Una pared delgada tiene un trayecto corto hasta la superficie y puede enfriarse rápidamente en gran parte de su sección. Un resalte, eje, brida o preforma de engranaje gruesos retienen calor en su centro; la superficie puede atravesar el intervalo de transformación martensítica mientras el núcleo se enfría con suficiente lentitud para que se formen bainita, perlita o ferrita, según la composición y el ciclo térmico real.

La barra Jominy también presenta un gradiente térmico, pero se trata de un gradiente longitudinal dispuesto deliberadamente. El extremo templado recibe el enfriamiento directo más intenso, mientras que las posiciones más alejadas se enfrían progresivamente con mayor lentitud. Un componente real normalmente presenta gradientes en más de una dirección. El calor puede fluir radialmente desde el núcleo hacia la superficie, axialmente hacia un extremo y a través de elementos adyacentes. Una esquina puede perder calor a través de varias caras. Un taladro puede modificar el trayecto de enfriamiento desde el interior, mientras que el contacto con un dispositivo de sujeción puede restringir localmente el flujo de calor o proporcionar otro sumidero térmico.

Esta diferencia hace que el tamaño de la sección sea algo más que una simple corrección dimensional. Dos ubicaciones situadas a la misma distancia de una superficie externa pueden experimentar historiales de enfriamiento diferentes si una se encuentra cerca de una esquina y la otra en el centro de una sección gruesa. El centro de una barra cilíndrica, por ejemplo, no equivale a un punto próximo a la superficie simplemente porque ambos pertenezcan al mismo grado de acero. Tampoco el centro de un componente grande está representado automáticamente por el extremo más alejado de una curva Jominy. La geometría del componente determina el campo de flujo térmico, y el temple determina la rapidez con la que dicho campo pierde calor.

La composición y el tamaño de grano de la austenita siguen siendo variables iniciales importantes. ASM International identifica ambos factores como influencias principales sobre la templabilidad. La temperatura de austenización, el tiempo de mantenimiento, la microestructura previa y el crecimiento de grano también pueden modificar la respuesta a la transformación que se presenta al temple. En consecuencia, un resultado Jominy obtenido en una condición de tratamiento térmico no debe separarse de dicha condición al aplicarlo a un componente.

El estado superficial añade otra complicación. La cascarilla, la descarburación, las marcas de mecanizado, los recubrimientos y los residuos pueden modificar el contacto entre el acero y el medio de temple. Una superficie descarburada puede mostrar una dureza medida inferior incluso cuando el acero subyacente presenta una respuesta sustancialmente diferente. Una superficie rugosa o contaminada puede retener vapor o reducir el contacto con el líquido durante el temple. Por tanto, la dureza medida después de eliminar por mecanizado dicha capa puede diferir de la dureza medida directamente sobre la superficie tal como quedó después del temple.

Medio de temple y severidad del temple

El agua del aparato Jominy no es un símbolo genérico de «temple rápido». El caudal, la temperatura, la presión, la alineación y el área expuesta del chorro se controlan porque afectan a la transferencia de calor en el extremo templado. Las partes opuestas de la probeta se enfrían al aire. En cambio, un componente de producción puede sumergirse en agua agitada, una solución polimérica, aceite, sal fundida u otro medio, y cada uno produce un trayecto de enfriamiento diferente.

La severidad del temple describe la capacidad de un sistema de temple para extraer calor en relación con una condición de referencia. Depende del medio, pero también de la agitación, la temperatura del fluido, la circulación, la orientación de la pieza, el comportamiento de la película de vapor y la relación entre la superficie expuesta y el volumen. Un líquido estacionario alrededor de una pieza grande puede extraer calor con mucha menor eficacia que un líquido en movimiento alrededor de una pieza pequeña. Incluso en un mismo tanque, las superficies orientadas hacia un flujo intenso pueden enfriarse de manera diferente a las superficies protegidas.

La agitación es especialmente importante durante la etapa inicial del temple, cuando puede formarse una envolvente de vapor alrededor del acero caliente. El movimiento puede romper dicha envolvente y renovar el contacto con el líquido más frío. Sin embargo, si la pieza se transfiere lentamente desde el horno, comienza a enfriarse antes de que se inicie el temple previsto. Por tanto, el tiempo de transferencia forma parte del historial térmico y no es simplemente un detalle de manipulación. Un retraso de duración desconocida dificulta la comparación de un temple nominalmente idéntico con la condición Jominy.

El medio también puede crear diferencias locales dentro de una misma pieza. Un eje vertical puede drenar el fluido de manera diferente que uno horizontal. Un taladro ciego puede atrapar vapor. Los canales estrechos pueden restringir el flujo, mientras que las grandes caras planas pueden generar películas de vapor persistentes. Estos efectos pueden causar una dispersión de dureza que una sola curva Jominy no puede revelar.

Por esta razón, a un acero con una dureza Jominy determinada a una distancia seleccionada no se le puede asignar una dureza garantizada en el componente basándose únicamente en la distancia. La curva indica cómo responde el material a un intervalo conocido de condiciones de enfriamiento. No especifica la velocidad de enfriamiento en una ubicación del componente, ni demuestra que dicha ubicación vaya a formar la misma microestructura que la posición Jominy correspondiente.

Relación entre la respuesta de laboratorio y las ubicaciones del componente

La pregunta práctica no es «¿Qué dureza tiene este grado?», sino «¿Qué historial de enfriamiento recibirá esta ubicación y qué dureza y microestructura producirá el acero bajo dicho historial?». Una curva Jominy proporciona parte de la respuesta. La evaluación del componente debe aportar el resto.

Los ingenieros suelen estimar las condiciones locales de enfriamiento a partir de la geometría de la sección y de la práctica de temple, y después comparan dichas condiciones con datos normalizados de templabilidad o utilizan un método basado en el tamaño de la sección, como el enfoque de Grossman. La comparación debe preservar la diferencia entre la respuesta del material y el resultado del proceso. Los datos Jominy describen la primera; el trayecto de enfriamiento calculado o medido la relaciona con el segundo.

Las ubicaciones deben considerarse individualmente. La superficie de un eje grueso puede enfriarse con suficiente rapidez para volverse mayoritariamente martensítica, mientras que su centro desarrolla una estructura mixta y una dureza inferior. Un alma delgada puede endurecerse en toda su sección, mientras que un cubo cercano puede no hacerlo. Un radio de acuerdo puede enfriarse más rápidamente que el cuerpo adyacente, mientras que un rebaje roscado o un taladro ciego puede enfriarse más lentamente porque el movimiento del fluido está restringido. Para comprobar estas predicciones pueden ser necesarios perfiles de dureza, muestras metalográficas, termopares o cálculos validados de transferencia de calor.

La ubicación relevante también está definida por la especificación. Un plano puede exigir la dureza en la superficie, a una profundidad determinada o en el centro de una sección de referencia. Estos son puntos de aceptación diferentes. Medir únicamente en la cara expuesta más accesible puede pasar por alto un núcleo blando o un borde localmente demasiado duro.

Por tanto, la curva Jominy es una herramienta comparativa de respuesta del material, no una garantía de que cada ubicación de una pieza alcance una dureza determinada. ASTM A255-20 e ISO 642:2024 hacen reproducible el ensayo mediante el control de la geometría de la probeta y de las condiciones de enfriamiento. Aplicar sus resultados de manera responsable requiere relacionar dichos datos con el espesor de la sección, la geometría, el estado superficial, el tiempo de transferencia, el medio de temple, la agitación y el historial térmico local del componente. Un valor de dureza solo adquiere significado cuando también se comprende el trayecto de enfriamiento que lo produjo.

Interpretaciones erróneas comunes y errores de notificación

Considerar que la templabilidad es lo mismo que la dureza

La dureza y la templabilidad están relacionadas, pero no son la misma propiedad. La dureza es la resistencia de un material a la indentación, que suele notificarse a partir de una medición Rockwell, Brinell o Vickers. La templabilidad describe hasta qué profundidad y con qué uniformidad el acero puede desarrollar estructuras martensíticas u otras estructuras transformadas endurecidas durante un temple determinado. ASTM A255-20 define la templabilidad como «la profundidad hasta la cual se endurecerá el acero al templarlo» (ASTM International, 2020). La definición se refiere a la respuesta a través de la sección, no a un único valor de dureza obtenido en un solo punto.

Esta distinción es importante porque el contenido de carbono influye fuertemente en la dureza que puede alcanzar la martensita, mientras que la aleación y el tamaño de grano de la austenita influyen considerablemente en la severidad de enfriamiento necesaria para formar dicha martensita. ASM International identifica la composición del acero y el tamaño de grano de la austenita como influencias principales sobre la templabilidad (ASM International, 1990). Un acero con alto contenido de carbono puede mostrar una dureza muy elevada cerca del extremo templado, pero perderla rápidamente a poca distancia de este. Un acero aleado con menor contenido de carbono puede mostrar una dureza máxima inferior, pero conservar una dureza útil a mayor distancia de la superficie templada. Llamar al primer acero «más templable» únicamente porque su dureza en el extremo es mayor confunde el potencial de dureza con la profundidad de endurecimiento.

El mismo error aparece cuando un informe proporciona solo un valor máximo. «Dureza Jominy: 62 HRC» no describe un resultado de templabilidad a menos que se indique la distancia desde el extremo templado. Incluso entonces, el número representa únicamente un punto de una curva de respuesta. El ensayo Jominy mide la dureza a distancias crecientes desde el extremo templado, y la gráfica resultante de dureza frente a distancia es la curva de templabilidad, tal como describe Materials Education Foundation (2024). La curva muestra cómo responde el acero a medida que la velocidad de enfriamiento local se vuelve menos severa.

Por tanto, el contenido de carbono debe tenerse en cuenta al interpretar un valor bajo a mayor distancia del extremo. Una disminución de 60 HRC cerca del extremo a 35 HRC a una distancia especificada no tiene el mismo significado en un acero de contenido medio de carbono que en un acero de bajo contenido de carbono. La interpretación también depende de si la región medida contiene martensita, bainita, perlita o una mezcla, así como de la escala de dureza utilizada. Un único valor de dureza no puede identificar la microestructura transformada ni establecer la profundidad a la que se mantiene la dureza requerida.

Suponer que el extremo templado representa todo el acero

El extremo templado es la parte de una probeta Jominy que se enfría con mayor rapidez, no un promedio representativo de toda la barra. En la disposición normalizada, un extremo se expone a un chorro de agua mientras el resto se enfría al aire. Esto crea un intervalo continuo de velocidades de enfriamiento a lo largo de la probeta, desde un enfriamiento severo en el extremo hasta un enfriamiento progresivamente más lento al aumentar la distancia. La University of Cambridge describe este gradiente como la base física del ensayo (2012), mientras que el procedimiento de la University of Illinois especifica calentar una probeta cilíndrica hasta su temperatura de austenización, templar un extremo con un chorro de agua y medir la dureza a distancias crecientes (2024).

Esta disposición hace que el extremo sea útil, pero limitado. Proporciona un punto de referencia para la máxima severidad de enfriamiento del ensayo y normalmente produce la dureza más elevada a lo largo de la trayectoria de medición preparada. No demuestra que una sección grande de producción se endurezca hasta la misma profundidad. El tamaño de la sección, la geometría de la pieza, el estado superficial, las prácticas del horno, el tiempo de transferencia, la agitación del medio de temple y el historial real de enfriamiento pueden diferir de la configuración Jominy. Una curva Jominy representa una respuesta controlada del material, no un mapa directo de dureza para cualquier componente posible.

Tampoco una dureza elevada en el extremo demuestra una templabilidad profunda. El extremo puede enfriarse con suficiente rapidez para formar una estructura dura incluso en un acero cuyo interior se transformaría en productos más blandos durante un enfriamiento más lento. La evidencia de una templabilidad profunda procede de la forma y la persistencia de la curva: una dureza que se mantiene a una distancia especificada a medida que el enfriamiento se vuelve menos severo. Debe identificarse la distancia pertinente y definirse el criterio de dureza requerido.

También es común cometer el error contrario. Una dureza baja a mayor distancia del extremo no constituye automáticamente una prueba de mala calidad del acero o de un ensayo fallido. Puede reflejar el nivel de carbono del acero, el tamaño de grano de la austenita, el contenido de elementos de aleación, el tratamiento de austenización o la formación de una mezcla más blanda en esa ubicación. El análisis de ASM sobre los aceros al carbono y de baja aleación define la templabilidad como el factor que gobierna la profundidad y la distribución de la dureza producida por el temple (ASM International, 1990). «Distribución» es la palabra importante: el cambio a lo largo de la probeta es el resultado, no una complicación indeseada que deba ignorarse.

Una curva Jominy puede respaldar estimaciones del comportamiento de un componente únicamente cuando se combina con un modelo de enfriamiento adecuado, un método basado en el tamaño de la sección o una correlación validada. Limited evidence

Una curva Jominy puede establecer la respuesta comparativa al endurecimiento en las condiciones del procedimiento de ensayo. Por sí sola, no puede establecer el perfil final de dureza de una pieza templada en aceite, polímero, gas u otro medio. Convertir un resultado Jominy en una dureza estimada del componente requiere un método declarado y supuestos sobre la geometría y el enfriamiento.

Notificar un resultado sin indicar la norma ni las condiciones del ensayo

Un resultado Jominy sin la norma y las condiciones del ensayo está incompleto. La designación «dureza Jominy a 10 mm» no contiene información suficiente para una comparación fiable, a menos que el informe también identifique la geometría de la probeta, el tratamiento de austenización, la disposición de temple, el método de medición de la dureza y el criterio utilizado para medir la distancia.

ASTM A255-20 especifica el ensayo de temple en un extremo con una probeta cilíndrica de 1 pulgada de diámetro (ASTM International, 2020). ISO 642:2024 especifica una probeta de acero para temple en un extremo de 25 mm de diámetro y al menos 100 mm de longitud (International Organization for Standardization, 2024). Esas dimensiones son similares en cuanto al diámetro, pero no son intercambiables simplemente porque ambos procedimientos se denominen ensayos Jominy. El informe debe indicar la norma aplicable, como ASTM A255-20 o ISO 642:2024, en lugar de utilizar «Jominy normalizado» como si solo existiera un procedimiento.

También debe notificarse el tratamiento térmico. Esto incluye la designación del acero, el estado de la probeta, la temperatura de austenización, el tiempo de mantenimiento, la atmósfera del horno cuando sea pertinente y el tiempo de transferencia hasta el temple. La disposición del chorro de agua, la temperatura del agua o el intervalo especificado, el estado de la boquilla y la duración del temple pueden afectar al historial de enfriamiento. Si el ensayo se aparta de la norma indicada, dicha desviación debe formar parte del resultado.

Los datos de dureza requieren la misma precisión. Debe indicarse si las mediciones están expresadas en HRC, HRB, HBW, HV u otra escala; identificar el instrumento o el método cuando sea necesario; y registrar la separación y la preparación de la trayectoria de medición de la dureza. «10 mm desde el extremo» debe significar la distancia medida desde la cara templada a lo largo de la superficie especificada, no una posición indeterminada en la probeta. Si una norma define una sobremedida de rectificado, una superficie plana o una línea de medición determinados, ese detalle debe conservarse.

Por último, debe notificarse la curva completa o los pares individuales distancia–dureza, y no únicamente la lectura más alta. Deben incluirse la identificación de la probeta y, cuando estén disponibles, la composición química o la designación del grado del acero. Una declaración defendible podría redactarse así: «Templabilidad Jominy mediante temple en un extremo, ensayada conforme a ASTM A255-20 en una probeta de 1 pulgada de diámetro, austenizada a la temperatura especificada, templada con agua en un extremo y medida en HRC a las distancias normalizadas». Sin esas condiciones, el número es una observación de dureza desvinculada del historial de enfriamiento que da significado a la templabilidad.

Cómo especificar y documentar un resultado de templabilidad

Un resultado de templabilidad solo es significativo cuando se identifican conjuntamente el acero, la probeta, el ciclo térmico, el temple, el método de medición y el formato de presentación de los resultados. Un valor de dureza sin esa información describe una condición medida; no establece hasta qué profundidad ni con qué uniformidad puede templarse el acero. ASTM A255-20 define la templabilidad como la profundidad hasta la que se endurece el acero al templarlo, mientras que el capítulo de ASM sobre aceros al carbono y de baja aleación la describe como la propiedad que determina la profundidad y la distribución de la dureza producida por el temple. Por lo tanto, el registro debe conservar el historial completo del ensayo, no solo el valor máximo obtenido cerca del extremo templado.

Identidad requerida del material y del tratamiento térmico

Comience con la designación del material exactamente tal como aparece en el documento de compra, el certificado del material o la especificación aplicable. Registre el grado, la norma, el número de colada o de lote térmico, la forma del producto y la identificación de la probeta. Por ejemplo, “AISI 4140” por sí sola puede ser insuficiente si el requisito aplicable está redactado como ASTM A193/A193M Grade B7, EN 10083-3:2006 42CrMo4 u otra designación especificada. No sustituya la designación formal por una abreviatura utilizada en el taller. Si el material ha sido normalizado, recocido, forjado, laminado o procesado de otro modo antes del ensayo, indique esa condición e identifique cualquier tratamiento térmico previo pertinente.

El número de colada es particularmente importante porque la templabilidad depende de la composición y del historial metalúrgico previo. ASM International identifica la composición del acero y el tamaño de grano de la austenita como factores principales que afectan a la templabilidad. Por lo tanto, el informe debe vincular la probeta Jominy con el análisis químico o el registro certificado de la colada, cuando estén disponibles, incluidos el carbono y los elementos de aleación controlados por la especificación aplicable. Si se midió el tamaño de grano, registre el método y el resultado; si no se midió, no dé a entender que se conoce la estructura de grano de la austenita.

Identifique la orientación y la ubicación de la probeta dentro del producto cuando esos detalles afecten a la interpretación. El centro de una barra, una muestra superficial, una sección forjada y una sección laminada pueden no representar el mismo historial térmico o de deformación. Registre si la probeta se mecanizó directamente a partir del producto suministrado o si se fabricó por separado a partir de la misma colada.

El registro de austenización debe indicar el horno o método de calentamiento, la temperatura objetivo, el intervalo de temperatura real, el tiempo de mantenimiento y la base utilizada para establecer dicho tiempo, por ejemplo, el tiempo transcurrido después de que la probeta alcanzara la temperatura. Incluya la atmósfera del horno o la protección empleada, ya que la oxidación, la descarburación y la carburación pueden alterar el perfil de dureza. Registre si la probeta se introdujo en un horno precalentado o si se calentó junto con el horno, y anote cualquier cascarilla visible o daño superficial. Estos detalles son importantes en el extremo templado, donde una pequeña capa descarburada puede distorsionar las primeras lecturas de dureza.

Norma, geometría y detalles del temple

Indique la norma de ensayo y su edición en cada informe. ASTM A255-20 especifica el ensayo cuantitativo de temple en un extremo, o ensayo Jominy, utilizando una probeta cilíndrica de 1 pulgada de diámetro. ISO 642:2024 especifica una probeta de acero para ensayo de temple en un extremo de 25 mm de diámetro y al menos 100 mm de longitud. Aunque estas dimensiones son prácticamente similares, no constituyen instrucciones intercambiables. El informe debe indicar si el trabajo se realizó conforme a ASTM A255-20, ISO 642:2024 o a un procedimiento de cliente o nacional derivado de una de ellas.

Registre las dimensiones de la probeta tal como se midieron realmente, incluidos el diámetro, la longitud, la preparación del extremo, los chaflanes y el estado de la cara templada. Si las dimensiones difieren de las indicadas en la norma citada, documente la desviación antes de presentar el resultado como conforme a la norma. El informe también debe identificar el número de probeta y, cuando se hayan ensayado varias, distinguir cada curva en lugar de promediarlas de forma implícita.

La disposición de temple debe describirse con suficiente detalle para reconstruir el historial de enfriamiento. El procedimiento de la University of Illinois calienta una probeta cilíndrica hasta la temperatura de austenización y templa un extremo con un chorro de agua. La University of Cambridge explica por qué esta disposición produce un perfil útil: el extremo templado se enfría rápidamente, mientras que el resto se enfría al aire, creando a lo largo de la barra un intervalo continuo de velocidades de enfriamiento. Indique qué extremo se templó, cómo se sostuvo la probeta y cuál era la fuente y el estado del agua. Registre la temperatura del chorro, la información sobre la boquilla u orificio, la presión o el caudal del agua cuando se especifique, la alineación del chorro y la distancia entre la boquilla y el extremo de la probeta. Registre también el tiempo transcurrido entre la extracción del horno y el inicio del temple con agua.

No describa el resultado simplemente como “templado en agua”. La temperatura del agua, la estabilidad del caudal, la forma del chorro, la posición de la probeta y el retraso en la transferencia pueden modificar la respuesta de enfriamiento. El informe debe indicar si la disposición se verificó antes del ensayo y si se produjo alguna interrupción, salpicadura, desalineación o incidencia anormal de enfriamiento. Una desviación no implica automáticamente que el ensayo sea inválido, pero debe ser visible para cualquier persona que evalúe el resultado.

El ciclo térmico y el registro de temple deben estar vinculados a la identidad del material mediante un número de ensayo único. Este vínculo evita que una curva se separe de sus condiciones de tratamiento térmico al copiar los resultados en una hoja de cálculo o un certificado.

Datos de dureza, presentación de la curva y trazabilidad

Después del temple, identifique el método de dureza, la escala, el instrumento, el penetrador, la carga, el estado de calibración y la preparación de la superficie de ensayo. El informe debe indicar si las lecturas se tomaron en Rockwell C, Rockwell B, Vickers u otra escala permitida; “dureza” por sí solo es un dato incompleto. Registre la identificación del instrumento y su estado de verificación, especialmente cuando los resultados se utilicen para la aceptación.

El método Jominy mide la dureza a distancias crecientes del extremo templado. La Materials Education Foundation describe esta respuesta dependiente de la distancia como la base para determinar la templabilidad del acero. Indique el punto de referencia correspondiente a la distancia cero, la preparación del lado de medición y cada ubicación de medición. Las distancias deben incluir sus unidades y deben informarse tal como se midieron, no inferirse a partir de una plantilla genérica. Si la superficie se rectificó o mecanizó antes del ensayo, registre la cantidad de material eliminado y la dirección de preparación.

Presente las lecturas originales en una tabla antes de cualquier curva suavizada o ajustada. Una tabla útil incluye el número de probeta, la distancia desde el extremo templado, el valor de dureza, la escala de dureza, las lecturas repetidas, la media cuando se haya calculado y las observaciones. Si se midieron lados opuestos o varias trayectorias, identifique cada trayectoria. No oculte la dispersión informando únicamente un promedio. La curva debe representar la dureza en el eje vertical y la distancia desde el extremo templado en el eje horizontal, con las unidades, la escala, la identidad de la probeta, la norma de ensayo y la escala de dureza en el pie de figura. Si se utilizaron interpolación, ajuste de curvas o conversión entre escalas de dureza, indique el método y conserve las lecturas originales.

La curva muestra la respuesta de dureza producida por el historial documentado de temple en un extremo. Por sí sola, no establece la dureza de un componente de producción específico, no garantiza una microestructura ni predice el comportamiento después de un temple, un tamaño de sección o un tratamiento de revenido diferentes. La composición, el tamaño de grano de la austenita, la geometría de la probeta, el tiempo de transferencia y las condiciones de temple afectan a la interpretación. Un único valor de dureza, incluso uno tomado en el extremo templado, no puede sustituir al registro de distancia frente a dureza.

Por último, identifique el criterio de aceptación por separado del resultado medido. ASTM A255-20 e ISO 642:2024 proporcionan marcos para el ensayo; la especificación aplicable del material, el plano, el requisito de compra o el documento del cliente determina si una curva o un valor tabulado cumple. El informe debe citar dicho requisito y su revisión cuando corresponda. Si no se especifica ningún límite de aceptación, indique que el resultado es descriptivo y no invente una dureza mínima, una distancia máxima, una clasificación del grado ni una conclusión de conformidad o no conformidad. Conserve el archivo original del instrumento, el registro de calibración, el registro del tratamiento térmico, las fotografías de la probeta cuando sean pertinentes, la tabla de datos originales, la curva representada, la identidad del operador, la fecha del ensayo y las desviaciones bajo el mismo número de ensayo trazable.

Límites del método Jominy

El ensayo de temple por el extremo Jominy es una comparación controlada, no una versión a escala reducida de cada operación de temple. ASTM A255-20 define la templabilidad como «la profundidad hasta la que se endurece el acero al templarlo» y especifica una probeta cilíndrica de 1 pulgada de diámetro para el ensayo cuantitativo de temple por el extremo (ASTM International, 2020). ISO 642:2024 especifica una pieza de ensayo de 25 mm de diámetro y al menos 100 mm de longitud (International Organization for Standardization, 2024). Esas dimensiones, el tratamiento de austenización, la disposición del chorro de agua y el procedimiento de medición de la dureza forman parte del resultado. Si se modifican, la respuesta puede cambiar.

Por tanto, una curva Jominy responde a una pregunta definida: ¿cómo varía la dureza con la distancia desde uno de los extremos de una probeta estándar después de un historial térmico especificado? No proporciona un único número independiente de la geometría que indique «cuán duro» es un acero. Tampoco garantiza que una pieza de producción desarrolle el mismo perfil de dureza.

Qué puede representar el enfriamiento unidimensional

El ensayo comienza calentando la probeta cilíndrica hasta su temperatura de austenización especificada. A continuación, uno de sus extremos se templa mediante un chorro de agua, mientras el resto de la barra se enfría al aire. La University of Illinois describe esta secuencia como la base del ensayo (University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory, 2024); la University of Cambridge explica que crea un intervalo continuo de velocidades de enfriamiento a lo largo de la barra (University of Cambridge, 2012). Cerca del extremo templado, el calor se extrae rápidamente. Más lejos, el calor debe conducirse hacia el extremo enfriado y escapar por la superficie expuesta, por lo que la velocidad de enfriamiento disminuye progresivamente.

Esta disposición es útil porque una sola probeta permite muestrear numerosos grados de severidad de enfriamiento. La curva resultante de dureza frente a distancia puede mostrar si un grado conserva la dureza martensítica a mayor distancia del extremo templado, donde aumentan las probabilidades de que se formen productos de transformación como bainita, o ferrita y perlita. También muestra la distribución de la respuesta, en lugar de una sola lectura de dureza. Por ello, una dureza baja en una posición alejada no puede interpretarse como prueba de que el acero era «blando» antes del temple; puede indicar que la velocidad de enfriamiento local fue insuficiente para suprimir la transformación difusiva.

El campo térmico unidimensional es una aproximación. Un componente real se enfría a través de varias superficies, puede contener esquinas, orificios, resaltes, chaveteros o interfaces de contacto, y puede experimentar una agitación que varía con la orientación. Su centro puede permanecer caliente mientras su superficie ya está transformándose. El flujo de calor puede ser radial, axial o fuertemente tridimensional. Una barra Jominy no presenta ninguna de esas condiciones de contorno específicas del componente.

El ensayo tampoco reproduce el historial exacto de enfriamiento de un temple en aceite, polímero, salmuera, gas o de un temple interrumpido. Un chorro de agua dirigido a un extremo impone una condición de contorno particular; no constituye un sustituto universal de un tanque, un rociador, un gas presurizado o un temple escalonado. La curva puede utilizarse para comparar coladas, composiciones y condiciones del grano de austenita cuando el procedimiento se mantiene constante, pero convertir directamente la distancia a lo largo de la barra en una ubicación dentro de un componente requiere un análisis térmico o una correlación validada.

La composición y el tamaño de grano de austenita son factores de gran importancia. ASM identifica ambos como influencias primarias sobre la templabilidad (ASM International, 1990). En consecuencia, un resultado Jominy también es sensible al procesamiento previo de la probeta, al crecimiento de grano durante la austenización y a la composición química real del acero. La designación de un grado, por sí sola, no elimina esas variables.

Sensibilidad a la preparación y la medición

El método Jominy condensa numerosas decisiones metalúrgicas en un ensayo que parece sencillo. La probeta debe tener las dimensiones y el estado superficial especificados, calentarse uniformemente, alcanzar el estado austenítico previsto y transferirse rápidamente al dispositivo de temple. Las demoras, la descarburación, la oxidación, una temperatura incorrecta del horno o un tiempo de mantenimiento modificado pueden alterar la respuesta de transformación antes incluso de que comience el chorro de agua.

La preparación superficial posterior al temple es igualmente importante. Normalmente, las lecturas de dureza se toman a distancias crecientes del extremo templado, sobre una superficie plana preparada o una pista mecanizada. Si el rectificado sobrecalienta la superficie, si quedan cascarillas o si la huella se coloca demasiado cerca de una impresión anterior o de un borde, el valor medido puede no representar el acero subyacente. También importa el método de lectura: las escalas Rockwell, Vickers u otras no pueden intercambiarse sin más, sin tener en cuenta los requisitos de la norma y los límites de conversión aplicables.

Los errores pequeños se hacen especialmente visibles cerca de una zona pronunciada de la curva. Un ligero error de distancia puede asociar un valor de dureza con una posición de enfriamiento incorrecta, mientras que la dispersión de las mediciones de las huellas puede hacer que una región casi plana parezca inclinada. Informar únicamente de la dureza máxima, o solo del valor correspondiente a una distancia, descarta la distribución que hace útil al método. The Materials Education Foundation describe el ensayo como una medición de la dureza a distancias crecientes del extremo templado para determinar la templabilidad (Materials Education Foundation, 2024). Las lecturas múltiples no son un adorno opcional; constituyen la evidencia.

Una curva también necesita contexto. El informe debe identificar la norma utilizada, las dimensiones de la probeta, las condiciones de austenización, el medio y la disposición de temple, la escala de dureza, las posiciones de medición y cualquier desviación respecto del procedimiento. Comparar una curva obtenida conforme a ASTM A255-20 con otra obtenida conforme a ISO 642:2024 puede ser razonable únicamente después de confirmar que las condiciones pertinentes y las convenciones de presentación de resultados son equivalentes. «Valor Jominy» sin esa información es una descripción incompleta.

Cuándo se necesita otro método de evaluación

El análisis de Grossmann es apropiado cuando la cuestión de ingeniería se refiere a la interacción entre la templabilidad del acero y la severidad del temple. Combina la respuesta intrínseca de un acero con la severidad de enfriamiento de un entorno de temple especificado, expresada a menudo mediante un factor $H$, para estimar la dureza o la profundidad transformada en una geometría determinada. Una curva Jominy describe la respuesta a lo largo de su propia probeta; el análisis de Grossmann añade un modelo del temple y de la geometría. No convierte el resultado Jominy en una medición directa de una pieza de producción.

Los ensayos de templabilidad al aire abordan un problema diferente. En los aceros destinados a endurecerse en aire en reposo o forzado, un ensayo de enfriamiento al aire puede mostrar la dureza y la microestructura producidas por esa trayectoria de enfriamiento. Su resultado no es intercambiable con una curva de temple por el extremo en agua, porque la probeta experimenta un historial térmico y una condición de transferencia de calor superficial diferentes. La elección debe ajustarse al proceso real.

Los ensayos del proceso se vuelven necesarios cuando la carga del horno, el tiempo de transferencia, la agitación, el enmascaramiento, los dispositivos de sujeción, el control de la distorsión o la interrupción del temple pueden afectar al resultado. Un ensayo con piezas representativas puede revelar efectos que una barra estándar no puede mostrar. Incluso en ese caso, la dureza debe medirse en ubicaciones vinculadas al requisito de diseño, y puede ser necesario realizar un examen metalográfico para distinguir la martensita de la bainita, la ferrita, la perlita o las estructuras revenidas.

En componentes críticos, la cualificación debe ser específica para el componente. Un cigüeñal, un engranaje, un eje o una placa gruesa pueden requerir termopares, perfiles de dureza, verificaciones de la microestructura, mediciones de tensiones residuales o de distorsión y repeticiones del temple representativas de la producción. El ensayo Jominy sigue siendo valioso para comparar aceros mediante un procedimiento común, pero constituye evidencia sobre una respuesta normalizada, no una exención de la validación.

Referencias

1. [1]ASTM International. Standard Test Methods for Determining Hardenability of Steel. ASTM International standard, 2020. https://store.astm.org/a0255-20.html