Tratamiento térmico y estados de temple para las aleaciones CNC
Estados de temple para aleaciones CNC: dureza por temple y revenido del acero, de 6061-O a T651, 7075-T73 y 17-4PH de H900 a H1150, con los límites NACE.
Acero al carbono y aleado: procesos de tratamiento térmico y dureza típica
| Proceso | Qué hace | Dureza típica | Aplicación típica | Norma rectora |
|---|---|---|---|---|
| Annealing | Calentar por encima o cerca de la temperatura crítica y luego enfriar muy lentamente en el horno para ablandar y aliviar tensiones | 160–217 HB (grade-dependent) | Material para mecanizar, conformado en frío, alivio de tensiones antes de volver a endurecer | GB/T 16923; ASTM A29; SAE J412 |
| Normalizing | Calentar 30–50 °C por encima de Ac3/Acm y luego enfriar al aire en reposo para refinar el grano y homogeneizar la estructura | 187–300 HB (grade-dependent) | Forjas grandes, piezas estructurales donde el temple arriesga deformación | GB/T 16923; ASTM A29 |
| Quenching + tempering | Austenitizar, templar a martensita en agua o aceite y luego recalentar por debajo de Ac1 para aliviar tensiones y ajustar la dureza | 24–57 HRC (depends on tempering temperature) | Piezas mecánicas terminadas: ejes, engranajes, elementos de fijación | GB/T 16924; ASTM A29 |
| Quench and high temper (Q&T) | Temple seguido de revenido a alta temperatura a 500–650 °C, que produce sorbita revenida con el mejor equilibrio resistencia-tenacidad | 28–34 HRC (common supply band) | Bielas, pernos, engranajes, ejes bajo carga alterna | GB/T 16924; GB/T 7232 |
¿Qué dureza debo esperar del acero 1045 recocido frente al normalizado?
El 1045 recocido se sitúa sobre 160–200 HB (163 HB típico en laminado en caliente), mientras que el 1045 normalizado alcanza sobre 187 HB con 640 MPa de tracción; el normalizado intercambia algo de mecanizabilidad por una estructura más resistente y uniforme.
| Condición | Tracción (MPa) | Límite elástico (MPa) | Alargamiento (%) | Dureza | Fuente |
|---|---|---|---|---|---|
| Hot-rolled / annealed | 565 (typical hot-rolled) | 310 | 16 | 163 HB; annealed band 160–200 HB | S21 / S22 / S5 |
| Normalized | 640 | 410 | 22 | 187 HB | S6 / S5 |
| Quenched and tempered | — | — | — | 220–290 HB | S5 |
| As-quenched (water, surface) | — | — | — | 55–60 HRC | S5 |
| Flame / induction hardened (surface) | — | — | — | 55–58 HRC, case depth 1.5–5 mm | S5 |
¿Con qué dureza se suministra el 4140 en la condición precuatemplada?
El 4140 precuatemplado llega a 28–34 HRC; el tratamiento térmico estándar revenido a 540 °C se sitúa en 28–32 HRC y 1,000–1,100 MPa de tracción. El cromo y el molibdeno dan al 4140 una templabilidad muy superior a la del 1045, de modo que conserva su dureza revenida en secciones mayores; verifique las barras grandes en el certificado de fábrica, porque la dureza cae con el tamaño de sección.
| Condición / temperatura de revenido | Tracción (MPa) | Límite elástico (MPa) | Alargamiento (%) | Dureza | Fuente |
|---|---|---|---|---|---|
| Annealed | ~655 | ~415 | 25 | 197–217 HB | S4 |
| Normalized | ~1,020 | ~650 | 17 | 250–300 HB | S4 |
| As-quenched (oil) | — | — | — | 55–60 HRC | S4 |
| Q&T at 205 °C | ~2,000 | ~1,600 | 8 | 52–57 HRC | S4 |
| Q&T at 315 °C | ~1,700 | ~1,450 | 10 | 45–50 HRC | S4 |
| Q&T at 425 °C | ~1,400 | ~1,250 | 12 | 38–42 HRC | S4 |
| Q&T at 540 °C (standard HT) | 1,000–1,100 | 850–950 | 18 | 28–32 HRC | S4 |
| Q&T at 650 °C (high ductility) | ~850 | ~700 | 22 | 24–28 HRC | S4 |
| Pre-hardened as-supplied | — | — | — | 28–34 HRC | S4 |
¿Qué dureza tiene el acero inmediatamente después del temple, antes del revenido?
Tanto el 1045 (temple en agua) como el 4140 (temple en aceite) alcanzan sobre 55–60 HRC tal como salen del temple; pero esa martensita sin revenir es demasiado frágil para servicio, de modo que toda pieza templada se revierte de nuevo a su dureza de trabajo antes de usarse.
| Acero | Medio de temple | Tal como sale del temple (HRC) | Dureza de servicio tras revenido | Nota |
|---|---|---|---|---|
| 1045 | Water | 55–60 | 220–290 HB (Q&T) | Acero al carbono de temple superficial; el núcleo se ablanda en secciones grandes |
| 4140 | Oil | 55–60 | 28–32 HRC (tempered at 540 °C) | Aleado Cr-Mo de temple profundo; elíjalo para secciones mayores |
¿Qué significan temple y revenido y por qué se especifican?
Temple y revenido significa templar a martensita y luego recalentar por debajo de la temperatura crítica; temple más revenido alto (500–650 °C) produce sorbita revenida, típicamente 28–32 HRC, el mejor equilibrio resistencia-tenacidad para ejes y engranajes. El revenido siempre intercambia dureza por tenacidad: el mismo 4140 que sale del temple a 55–60 HRC oscila de 52–57 HRC hasta 24–28 HRC a medida que la temperatura de revenido sube de 205 °C a 650 °C.
| Acero | Banda de suministro Q&T | Solo tras el temple | Por qué revenir |
|---|---|---|---|
| 1045 | 220–290 HB | 55–60 HRC (water) | La martensita sin revenir agrieta en servicio; el revenido recupera tenacidad a un coste controlado de dureza |
| 4140 | 28–34 HRC pre-hard | 55–60 HRC (oil) | El revenido alto a 500–650 °C forma sorbita revenida; la condición en que se especifican ejes y engranajes |
¿Cuánto más resistente es el 6061-T6 comparado con el 6061-O?
El 6061-T6 alcanza 310 MPa (45 ksi) de tracción frente a 125 MPa (18 ksi) del 6061-O; sobre 2.5×; con límite elástico de 276 frente a 55 MPa y dureza de 95 frente a 30 HB. El tratamiento térmico, no la aleación, produce toda la diferencia. Los mínimos estándar figuran junto a los típicos: la chapa y placa de 6061-T6 deben alcanzar 290 MPa (42 ksi) de tracción y 240 MPa (35 ksi) de límite elástico, mientras que 310/276 MPa son valores típicos.
| Aleación y temple | Tracción, MPa (ksi) | Límite elástico, MPa (ksi) | Alargamiento (%) | Dureza (HB) | Fuente |
|---|---|---|---|---|---|
| 6061-O | 125 (18) | 55 (8) | 25–27 | 30 | S7 / S8 |
| 6061-T4 / T451 | 240 (35) | 145 (21) | 22 | 65 | S7 / S8 |
| 6061-T6 / T651 | 310 (45) | 276 (40) | 12–15 | 95 | S7 / S8 |
¿Es el 6061-T651 más resistente que el 6061-T6?
No: ambos tienen 310 MPa (45 ksi) de tracción y 276 MPa de límite elástico. El T651 añade un estirado permanente del 1–3% después del temple para aliviar la tensión de enfriamiento, de modo que mantiene dimensiones más ajustadas durante el mecanizado; por eso el trabajo sobre placa y panel parte de material T651.
| Temple | Proceso | Diferencia mecánica | Norma rectora | Fuente |
|---|---|---|---|---|
| O | Totalmente recocido; calentado y enfriado lentamente hasta el estado más blando | Menor resistencia, mayor conformabilidad | ISO 2107; ASTM B209/B221 | S14 / S19 / S7 |
| T4 | Tratamiento térmico de solución y luego envejecido natural a temperatura ambiente | Resistencia moderada, aún conformable | ISO 2107; ASTM B209/B221 | S14 / S15 / S7 |
| T6 | Tratamiento térmico de solución y luego envejecido artificial hasta la resistencia máxima | Máxima resistencia para la aleación | ISO 2107; ASTM B209/B221 | S14 / S15 / S7 |
| T651 | T6 más un estirado del 1–3% para alivio de tensiones antes del envejecimiento | Resistencia igual a la del T6; mejor estabilidad dimensional en mecanizado | ISO 2107; ASTM B209/B221 | S14 / S7 / S24 |
| T73 | Tratamiento térmico de solución y luego sobreenvejecido en un tratamiento de envejecimiento en dos etapas | Menor resistencia que el T6; mucha mejor resistencia a la corrosión bajo tensión; serie 7xxx principalmente | AMS 4078; ASTM B209; GB/T 3880 | S9 / S2 |
¿Qué es el temple T73 y cuándo debo elegirlo?
El T73 es un temple sobreenvejecido en dos etapas, elegido por su resistencia a la corrosión bajo tensión en piezas aeronáuticas. La resistencia del 7075-T73 figura en dos bases publicadas, mantenidas como filas separadas: el valor típico del ASM Handbook de 505 MPa y la especificación de placa ASTM B209 de 460–475 MPa; ambas nunca se promedian. El 6061 no se suministra en T73, por eso el 7075 es quien lleva las cifras.
| Base aplicable | Tracción (MPa) | Límite elástico (MPa) | Alargamiento (%) | Dureza | Fuente |
|---|---|---|---|---|---|
| 7075-T73 — ASM Handbook typical (bar / forging reference) | 505 | 435 | 13 | — | S1 / S2 |
| 7075-T73 — ASTM B209 / AMS 4078 plate, by thickness (spec) | 460–475 | 385–390 | 5–8 | 126–140 HB | S9 |
| 7075-T6 — typical, for comparison | 572 (83 ksi) | 503 (73 ksi) | — | — | S7 |
¿Cuál es la condición de envejecimiento estándar más resistente del 17-4PH?
El H900, envejecido a 482 °C (900 °F) durante 1 hora, da un mínimo de 1,310 MPa (190 ksi) de tracción, 1,170 MPa (170 ksi) de límite elástico y al menos 40 HRC; el extremo de mayor resistencia y menor tenacidad de las tres condiciones estándar. Todos los valores son mínimos de especificación de barra según ASTM A564 / AMS 5643.
| Condición | Temperatura / tiempo de envejecimiento | Tracción mín., MPa (ksi) | Límite elástico mín., MPa (ksi) | Alargamiento mín. (%) | Dureza | Charpy V (ft-lb) | Fuente |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| H900 | 482 °C (900 °F) / 1 h | 1,310 (190) | 1,170 (170) | 10 | ≥40 HRC (typical 44) | 10–15 (low) | S3 / S23 |
| H1025 | 552 °C (1,025 °F) / 4 h | 1,070 (155) | 1,000 (145) | 12 | ≥35 HRC (typical 38) | 35–45 (moderate) | S3 / S23 |
| H1150 | 621 °C (1,150 °F) / 4 h | 930 (135) | 725 (105) | 16 | 28–33 HRC (typical 33) | 60–80 (high) | S3 / S23 |
¿Qué condición del 17-4PH ofrece la mayor tenacidad?
El H1150, envejecido a 621 °C, conserva un mínimo de 930 MPa (135 ksi) de tracción con un 16% de alargamiento y 28–33 HRC; la mayor tenacidad Charpy de las tres. De H900 a H1150, la tracción cae sobre un 30% y el límite elástico sobre un 38%, mientras que el alargamiento sube del 10% al 16%; la temperatura de envejecimiento más alta coarsena los precipitados ricos en cobre e intercambia resistencia por tenacidad. Los valores Charpy son bandas representativas longitudinales y varían con la forma del producto y la orientación.
| Condición | Charpy V (ft-lb) | Alargamiento (%) | Dureza | Mejor para |
|---|---|---|---|---|
| H900 | 10–15 (low) | 10 | ≥40 HRC | Piezas de máxima resistencia sin exposición a impacto o criogénica |
| H1025 | 35–45 (moderate) | 12 | ≥35 HRC | La condición de equilibrio de uso general |
| H1150 | 60–80 (high) | 16 | 28–33 HRC | Piezas expuestas a impacto y criogenia; también la opción conforme a NACE |
¿Puede utilizarse el 17-4PH en servicio de gas agrio NACE?
Solo el H1150, o el H1025 con verificación por colada de que la dureza real se mantiene en 33 HRC o por debajo, cumple NACE MR0175 / ISO 15156-3; el H900, con un mínimo de 40 HRC, no cumple. La regla viene dada por la dureza: el servicio agrio limita la dureza a 33 HRC.
| Condición | Dureza de especificación | Estado NACE MR0175 | Nota |
|---|---|---|---|
| H900 | ≥40 HRC (typical 44) | Not qualified | Supera por margen amplio el límite de 33 HRC del servicio agrio |
| H1025 | ≥35 HRC (typical 38) | Conditional | Solo con verificación por colada de que la dureza real se mantiene en 33 HRC o por debajo |
| H1150 | 28–33 HRC (typical 33) | Compliant | La opción estándar para servicio agrio |
Cómo usar estos números
- Los valores marcados como mín. son mínimos de especificación de la norma rectora (ASTM / AMS); los valores sin marcar son típicos y varían con la forma del producto, el tamaño de sección y la práctica del horno; diseñe según la norma rectora y el certificado de fábrica.
- La dureza del acero cae con el tamaño de sección (efecto de masa): los 28–34 HRC del 4140 precuatemplado se aplican al tamaño de barra suministrada; verifique las secciones grandes en el certificado de fábrica en lugar de asumir el valor de catálogo.
- Parámetros de tratamiento térmico representativos: tratamiento de solución del 6061 a 530 °C con temple al agua; envejecimiento artificial T6 a 160 °C sobre 18 h o 177 °C sobre 8 h; recocido a O a 413 °C; envejecimiento en dos etapas del 7075-T73 a 110 °C durante 8 h más 175 °C durante 8 h, tras tratamiento de solución a 475 °C durante 90 min y 3 días de envejecimiento natural.
- Las condiciones del 17-4PH son un mismo padre tratado por solución (condición A tras enfriar desde sobre 1040 °C) envejecido a distintas temperaturas; el número H es la temperatura de envejecimiento en °F. La barra utiliza ASTM A564/A564M, la placa y chapa ASTM A693, las piezas aeronáuticas AMS 5643/5604; el equivalente chino 05Cr17Ni4Cu4Nb figura en GB/T 1220.
- La martensita templada pero sin revenir (55–60 HRC en ambos aceros de referencia) es un peligro de mecanizado y rectificado, no una condición de suministro; pida el acero en estado recocido, normalizado o temple y revenido, y deje que el tratador térmico haga el resto.
Preguntas frecuentes
El 1045 recocido está sobre 160–200 HB (163 HB típico), mientras que el 1045 normalizado alcanza sobre 187 HB con 640 MPa de tracción.
El 4140 precuatemplado es típicamente 28–34 HRC; el tratamiento térmico estándar revenido a 540 °C se sitúa en 28–32 HRC y 1,000–1,100 MPa de tracción.
Tanto el 1045 (temple en agua) como el 4140 (temple en aceite) alcanzan sobre 55–60 HRC tal como salen del temple, pero la martensita sin revenir es demasiado frágil para servicio.
Temple más revenido a alta temperatura a 500–650 °C para formar sorbita revenida, típicamente 28–32 HRC; el mejor equilibrio resistencia-tenacidad para ejes y engranajes.
El 6061-T6 alcanza 310 MPa (45 ksi) de tracción frente a 125 MPa (18 ksi) del 6061-O; sobre 2.5× de resistencia.
No: ambos tienen 310 MPa (45 ksi) de tracción y 276 MPa de límite elástico; el T651 añade un estirado del 1–3% para alivio de tensiones, de modo que mantiene dimensiones más ajustadas en mecanizado.
Un temple sobreenvejecido en dos etapas: el 7075-T73 da 505 MPa de tracción según el ASM Handbook (460–475 MPa para placa según ASTM B209), elegido por su resistencia a la corrosión bajo tensión.
El H900, envejecido a 482 °C durante 1 hora: mínimo 1,310 MPa (190 ksi) de tracción y al menos 40 HRC, con la menor tenacidad de las tres.
El H1150, envejecido a 621 °C: 930 MPa (135 ksi) de tracción con 16% de alargamiento y 28–33 HRC, la mayor tenacidad Charpy de las tres.
Solo el H1150, o el H1025 verificado por colada con máximo 33 HRC, cumple NACE MR0175; el H900, con un mínimo de 40 HRC, no cumple.
Normas y fuentes
- S1 — ASM Metals Handbook, Vol. 2 (Properties and Selection: Nonferrous Alloys), 10.ª edición: valores típicos del 7075-T73
- S2 — Estudio revisado por pares de forjas AA7075 (PMC): secuencia de envejecimiento T73 y valores de referencia ASM
- S3 — JN Alloys, tratamiento térmico del 17-4PH: datos de las condiciones H900 / H1025 / H1150 (verificados contra los mínimos ASTM A564)
- S4 — Nifty Alloys, tratamiento térmico del acero 4140: gráfico de revenido por temperatura
- S5 — Datos de grado steelstandart para 1045: dureza recocido, Q&T y tal como sale del temple
- S6 — Certificado de fábrica publicado, barra de acero al carbono de tracción media 1045, propiedades normalizadas
- S7 — Tech Steel, propiedades del 6061 (UNS A96061): valores típicos por temple y comparación con el 7075-T6
- S8 — Weltstahl, ficha de datos del aluminio 6061: valores típicos de propiedades mecánicas
- S9 — Datos de chapa y placa 7075-T73 / T7351: propiedades mecánicas por espesor (base ASTM B209)
- S14 — ISO 2107, designaciones de temple del aluminio (GB/T 16475 es el equivalente chino); S15 — clasificaciones de aluminio AZoM; S19 — GB/T 16475; S24 — guía de temple del aluminio (práctica de estirado T651)
- S21 / S22 — datos de la condición recocida del 1045 (The World Material; datos de fábrica SAE 1045); S23 — ficha rápida de la aleación 17-4PH: bandas de dureza y Charpy
- Las normas rectoras llevan los mínimos resistentes: ASTM A564/A564M, ASTM A693, ASTM B209/B221, AMS 4078/5643/5604, ISO 2107, SAE J412, GB/T 16923, GB/T 16924, GB/T 7232, GB/T 1220, NACE MR0175 / ISO 15156-3
- MatWeb se excluyó (robots.txt bloquea el acceso automatizado); las fichas de distribuidor solo llevan columnas de valores típicos, mientras que los mínimos de especificación citan los originales ASTM / AMS / GB
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