Use el aceite cuya velocidad de enfriamiento se ajuste a la templabilidad del acero (su capacidad de endurecer en profundidad) y a la sección (espesor) de la pieza: aceite convencional para el temple común, aceite acelerado para aceros de baja templabilidad, y polímero cuando el tanque debe ser no inflamable. Enfriar demasiado rápido favorece grietas y alabeo; demasiado despacio deja la pieza blanda. La prueba es la curva de enfriamiento (el registro de cómo se enfría la pieza), medida con el ensayo ASTM D6200.
El aceite de temple es el líquido del tanque donde la pieza sale del horno al rojo y se sumerge para endurecer. Funciona como el freno de la pieza: un freno débil no la detiene a tiempo y sale blanda; un freno demasiado brusco la rompe por dentro. Por eso la elección parte de la curva de enfriamiento adecuada para cada combinación de acero, sección y dureza objetivo, y el nombre del aceite viene después.
La pieza que llega al tanque ya pasó por el torno, la fresadora y el fluido de corte para mecanizado. Un mecanizado mal hecho todavía se puede corregir. Un temple mal hecho, no: la pieza agrietada o fuera de dureza arrastra consigo las horas de máquina, la materia prima y la preparación de máquina que vinieron antes. El aceite de temple es una variable de proceso y merece el mismo control que el horno.
¿Cuál es el mejor aceite para templar acero?
El mejor es el que ofrece la curva de enfriamiento que piden el acero y la pieza. En la práctica, la elección depende de la templabilidad del acero, de la sección de la pieza y de las exigencias de seguridad del tanque:
| Si en su planta… | Tipo de aceite | Por qué |
|---|---|---|
| Temple común de metales ferrosos, en piezas de sección fina o aceros de aleación más rica | Aceite convencional | Enfriamiento gradual y uniforme, el medio estándar para aceros aleados y piezas de precisión |
| Aceros de baja templabilidad, en secciones que el aceite convencional no endurece | Aceite de temple acelerado | Los aditivos aceleradores de la curva deshacen antes la capa de vapor y elevan la severidad (la capacidad del medio de extraer calor de la pieza) |
| Exigencia de un medio no inflamable | Polímero de temple (solución acuosa) | No se incendia; la severidad se ajusta con la concentración de la solución |
Kelpen Oil atiende los tres casos. La línea Micro Temp reúne aceites de temple acelerado. La línea Austenity ofrece versiones para temple convencional y acelerado de metales ferrosos. Ambas están en aceites para tratamiento térmico. El Equipo Técnico de Kelpen Oil indica la opción para cada acero y cada pieza según la sección de la pieza y la curva de enfriamiento. La temperatura del baño y la agitación del tanque también cambian la severidad de cualquiera de estos fluidos, y el Equipo Técnico de Kelpen Oil las tiene en cuenta en la recomendación.
Un medio no inflamable es una decisión de seguridad
Donde el riesgo de incendio en el tanque de temple pesa (horno continuo, pieza que llega muy caliente al baño, historial de siniestros), el polímero de temple sustituye al aceite por una solución acuosa que no se incendia. Kelpen Oil tiene un fluido de temple a base de polímero en la misma familia de aceites para tratamiento térmico. El Equipo Técnico de Kelpen Oil indica cuándo sirve para su proceso, según el acero, el tipo de calentamiento y la pieza.
¿Para qué sirve el temple del acero?
Sirve para endurecer el acero. La pieza se calienta hasta la austenización (el rango de temperatura en el que la estructura del acero se convierte en austenita, una fase capaz de disolver el carbono) y luego se enfría lo bastante rápido para que la austenita se transforme en martensita, la fase dura, en lugar de volver a las fases blandas.
El punto decisivo es "lo bastante rápido". Cada acero tiene una velocidad crítica de enfriamiento, la mínima para formar martensita, y es el medio de temple el que la consigue o no. Cuanto más carbono y más elementos de aleación (cromo, manganeso, molibdeno, níquel) tiene el acero, menor es la velocidad crítica: un acero de aleación más rica, en sección delgada, endurece en aceite convencional. Un acero de baja templabilidad pide un medio de mayor severidad (más capacidad de extraer calor de la pieza). Es el caso del acero al carbono sin alear, de medio carbono, como el SAE 1045, común en ejes: en sección delgada, aceite acelerado; en secciones mayores, polímero o agua.
El agua es el medio más severo: enfría mucho más rápido que el aceite y endurece el acero al carbono de baja templabilidad, pero el choque térmico genera tensiones internas altas, con más riesgo de grietas y deformación en geometrías complejas. El polímero, una solución acuosa no inflamable, queda entre ambos, con la severidad ajustada por la concentración; el aceite, más gradual y uniforme, es el medio estándar para aceros aleados y piezas de precisión.
¿Cómo funciona el temple del acero?
La pieza sale del horno, se sumerge en el aceite y pierde calor en tres fases, cada una con una velocidad distinta:
Capa de vapor. El aceite que toca el metal al rojo se vaporiza al instante y forma una película de vapor alrededor de la pieza. El vapor aísla la superficie, lo que lleva a un enfriamiento lento en el primer momento. Los aditivos aceleradores de los aceites acelerados deshacen esa capa antes.
Ebullición. La capa de vapor colapsa, el aceite líquido toca el metal y hierve en burbujas que se forman y se desprenden de la superficie (ebullición nucleada), lo que lleva a la fase más rápida del enfriamiento. Por lo general, en esta fase la pieza atraviesa el rango de temperatura en el que la austenita se convertiría en fases blandas. Por eso aquí el enfriamiento tiene que ser más rápido que la velocidad crítica del acero.
Convección. Cuando la superficie se enfría por debajo de la temperatura de ebullición del aceite, las burbujas cesan y la pieza solo pierde calor hacia el aceite que circula a su alrededor, lo que lleva a la fase más lenta. Suele coincidir con el rango en el que se forma la martensita, a partir de la temperatura Ms (del inglés martensite start, inicio de la martensita). Un enfriamiento suave en esta fase reduce la tensión interna y, con ella, el riesgo de grietas y alabeo.
Cuando el medio es demasiado severo para ese acero y esa geometría, la grieta sigue la misma secuencia de causa y efecto:
El medio extrae calor demasiado rápido, lo que lleva a un gradiente térmico alto (diferencia de temperatura) entre la superficie y el núcleo.
Con un gradiente alto, la superficie llega a la temperatura Ms antes que el núcleo y se convierte primero en martensita. La martensita ocupa más volumen que la austenita, y la superficie, ya dura y frágil, queda sujeta a un núcleo todavía caliente y blando.
Cuando el núcleo se transforma, también se hincha y empuja la superficie desde dentro hacia fuera, lo que lleva a una tensión de tracción (esfuerzo que tiende a abrir el material) en la superficie.
Si esa tensión supera la resistencia del material, la pieza se agrieta, a veces solo en el rectificado o en servicio.
Cómo se nota un medio equivocado en su planta: piezas por debajo de la dureza especificada o con puntos blandos, cuando el medio es demasiado suave o la capa de vapor tardó en deshacerse; grietas que solo aparecen en el rectificado o ya en servicio; piezas alabeadas que exigen enderezado o más sobreespesor (material extra que se deja en la pieza para retirarlo en el rectificado).
Figura 1. La curva de enfriamiento se dibuja en el tiempo: baja despacio en la capa de vapor, rápido en la ebullición y despacio otra vez en la convección, cuando la pieza cruza la temperatura Ms y se acerca a la temperatura del aceite. Al lado, lo que ocurre alrededor de la pieza en el baño en cada fase. Dibujo cualitativo, sin escala.
¿Qué es la curva de enfriamiento?
Es el gráfico de la temperatura de una pieza de prueba a lo largo del tiempo, del horno al baño, y muestra cuánto calor retira el aceite en cada fase. En la norma ASTM D6200, la pieza de prueba es una sonda normalizada de aleación de níquel (Inconel 600), de 12,5 mm de diámetro, con un sensor de temperatura (termopar) en el centro. La sonda se calienta en el horno y se sumerge en el aceite en reposo, y el ensayo registra:
la velocidad máxima de enfriamiento y la temperatura a la que se produce;
la velocidad de enfriamiento a 300 °C, cerca del rango en el que se forma la martensita en la mayoría de los aceros templables;
el tiempo que tarda la sonda en llegar a 600, 400 y 200 °C.
Cómo leerla: cuanto antes se deshace la capa de vapor y más alta es la velocidad máxima, más tiende a endurecer el acero; cuanto más suave es la velocidad cerca de 300 °C, menor es el riesgo de grietas y deformación. Para los polímeros de temple, el ensayo equivalente es la ASTM D6482, con agitación (método Tensi), porque la solución de polímero cambia de comportamiento según la agitación del tanque.
Un "aceite rápido" sin curva de enfriamiento adjunta es solo una promesa. La severidad real de un aceite de temple se conoce mediante el ensayo, y la curva es lo que debe figurar en la especificación de compra; solicite la curva al Equipo Técnico de Kelpen Oil. La pieza real se enfría de forma distinta a la sonda (sección, geometría, agitación y carga de la cesta cambian la curva), así que la sonda sirve para comparar aceites entre sí y el mismo aceite a lo largo del tiempo.
¿Cómo saber si el aceite de temple sigue en buen estado?
Comparando la curva de enfriamiento de una muestra del tanque con la del aceite nuevo o con la de la época en que se aprobó el proceso. El aceite de temple envejece en servicio: se oxida (reacciona con el oxígeno del aire, más rápido con el calor), sufre craqueo (la ruptura de las moléculas por el calor) y se contamina con agua y hollín. Ese envejecimiento cambia la curva de enfriamiento, y con ella el resultado metalúrgico, sin que nada parezca distinto a simple vista.
Un aceite degradado, con agua o fuera de especificación desplaza la curva y provoca el mismo efecto que un medio equivocado: dureza baja, grietas o alabeo. El agua, por ejemplo, alarga la capa de vapor y altera la velocidad máxima. También es un riesgo de seguridad: en contacto con la pieza caliente se convierte en vapor de golpe, lo que puede hacer que el aceite forme espuma, rebose del tanque y se incendie. Por eso la guía ASTM D6710, de evaluación de aceites de temple, indica en general menos de 0,1 % de agua en el aceite (1000 ppm). La pieza número 10.000 solo se templa como la pieza número 1 si alguien está midiendo.
En el polímero, además de la curva, la concentración de la solución se controla con un refractómetro (instrumento que lee la concentración por la forma en que el líquido desvía la luz), usando el factor de corrección del fabricante del polímero.
En la práctica, la pregunta útil sobre el tanque es esta: ¿la curva de enfriamiento de este aceite, hoy, sigue correspondiendo a aquella para la que se ajustó el proceso?
¿Cómo mide Kelpen Oil la curva de enfriamiento?
El laboratorio de Kelpen Oil en Arujá (SP), Brasil, obtiene la curva de enfriamiento de aceites de temple según ASTM D6200 y de polímeros de temple según ASTM D6482, en el equipo IVF Smart Quench. El ensayo registra la tasa real de extracción de calor del fluido, nuevo o usado, y responde a las dos preguntas que deciden el proceso:
¿Este aceite ofrece la severidad que exige la pieza?
¿Sigue comportándose como el día en que se aprobó el proceso?
Kelpen Oil utiliza este ensayo en el control de sus propios lotes y ofrece el análisis a otras empresas, incluso para aceite de otro fabricante, como servicio de pago. La curva muestra si el aceite cambió; los demás ensayos del laboratorio de lubricantes muestran por qué:
| Qué medimos | Qué revela | Norma |
|---|---|---|
| Curva de enfriamiento del aceite | Velocidad máxima, temperatura a la que se produce, velocidad a 300 °C y tiempos hasta 600, 400 y 200 °C: si el aceite sigue templando como el día de la aprobación | ASTM D6200, en el IVF Smart Quench |
| Curva de enfriamiento del polímero, con agitación | La misma lectura para la solución acuosa de polímero | ASTM D6482, en el IVF Smart Quench |
| Agua en el aceite (método Karl Fischer) | Contenido de agua, en ppm (partes por millón); el agua alarga la capa de vapor, cambia la curva y es riesgo de espuma e incendio en el tanque | NBR 11348 (norma brasileña ABNT) |
| Número de acidez (TAN, del inglés Total Acid Number) | Cuánto se oxidó el aceite en servicio | NBR 14448 |
| Viscosidad cinemática a 40 °C (resistencia del aceite a fluir) | Un aceite que se espesó por oxidación circula peor y cambia la fase de convección | ASTM D7042, en el viscosímetro SVM 4001 |
| Punto de inflamación | Margen de seguridad contra incendio en el tanque; una caída indica contaminación o craqueo del aceite | NBR 11341 |
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre temple y revenido? El temple endurece el acero. El revenido viene justo después: recalienta la pieza templada a una temperatura muy por debajo de la austenización, para aliviar tensiones y reducir la fragilidad de la martensita; así cambia un poco de dureza por tenacidad (resistencia a romperse por impacto).
¿A qué temperatura se templa el acero? En los aceros al carbono y de baja aleación, la austenización suele estar entre 800 y 900 °C, según la aleación. Los aceros de herramienta de alta aleación y los inoxidables martensíticos (los inoxidables que endurecen con el temple) usan temperaturas más altas. El valor exacto viene de la especificación del acero. La pieza se mantiene a esa temperatura el tiempo necesario para homogeneizar y solo entonces pasa al baño.
¿Por qué se agrieta la pieza en el temple? En la mayoría de los casos, porque el medio fue demasiado severo para ese acero y esa geometría: la superficie y el núcleo se convierten en martensita en momentos distintos, y la tensión entre ellos supera la resistencia del material. Un aceite degradado, con agua o fuera de especificación desplaza la curva de enfriamiento y provoca el mismo efecto.
¿Cómo quitar el temple al acero? Con un recocido: la pieza se recalienta hasta la austenización y se enfría despacio, por lo general dentro del propio horno, lo que devuelve una estructura blanda y mecanizable. Después se puede volver a templar.
¿El aceite de temple necesita análisis periódico? Sí. Saber qué aceite usar para temple resuelve la compra; el análisis muestra si sigue ofreciendo la misma curva. La curva de enfriamiento cambia con la oxidación y la contaminación. El ensayo ASTM D6200 en una muestra del tanque es la forma objetiva de saber si el proceso sigue templando como se validó.
Glosario
Templabilidad: capacidad del acero de endurecer en profundidad con el temple.
Austenización: calentamiento del acero hasta el rango en el que su estructura se convierte en austenita, antes del enfriamiento.
Martensita: fase dura que se forma cuando la austenita se enfría más rápido que la velocidad crítica.
Ms: temperatura a la que empieza a formarse la martensita; depende de la aleación.
Severidad de temple: intensidad con la que el medio (agua, polímero o aceite) extrae calor de la pieza.
Curva de enfriamiento: registro de la temperatura de una sonda normalizada en el baño a lo largo del tiempo (ASTM D6200 para aceite, ASTM D6482 para polímero).
Capa de vapor: película de vapor que envuelve la pieza en el primer momento en el baño y aísla la superficie.
Hable con el Equipo Técnico
El Equipo Técnico de Kelpen Oil evalúa el tipo de acero, la geometría y la sección de la pieza, la temperatura de proceso, la dureza objetivo y el volumen del tanque, y confirma el producto adecuado (aceite o polímero de temple), con la curva de enfriamiento medida en su propio laboratorio. Si su proceso ya funciona con otro producto, el laboratorio de Arujá (SP) hace el análisis del aceite en uso con una muestra del tanque, como servicio de pago, y muestra en qué punto de su vida útil se encuentra. Guarde este artículo o envíelo a quien se encarga del tratamiento térmico en su empresa.
