Métodos de tratamiento térmico para fundiciones en arena: Mejora de resistencia y durabilidad

La fundición en arena es un proceso de conformado de metales en el que primero se forma un molde a partir de un modelo tridimensional de arena, y se vierte metal fundido en la cavidad del molde para su solidificación. Como parte del proceso, las fundiciones pueden someterse a una serie de procesos de calentamiento y enfriamiento para asegurar que cumplen con las especificaciones de dureza, metalográficas y mecánicas establecidas por el cliente.

Los productos típicos fabricados mediante fundición en arena incluyen bloques de motor, culatas, pistones, bastidores, soportes, colectores para motores de alta potencia, impulsores, carcasas, piezas de cajas de cambios de sistemas de transmisión para construcción y equipos agrícolos. El tratamiento térmico mejora las propiedades mecánicas y físicas de las fundiciones, para aumentar la resistencia a la tracción y reducir la ductilidad, o elongación, del metal. Este artículo analiza los tipos de tratamiento térmico para fundiciones en arena.

¿Cuáles son las etapas del tratamiento térmico para fundiciones en arena?

El tratamiento térmico implica el calentamiento y enfriamiento controlado de las fundiciones en arena. El propósito es utilizar altas temperaturas para alterar la microestructura del material con el fin de lograr cambios deseados en las propiedades mecánicas de la fundición. Las tres etapas principales del tratamiento térmico incluyen:

• Calentamiento: El metal se calienta lentamente hasta un cierto punto, para que conserve su forma sin agrietarse. Es crítico asegurar que el metal se caliente uniformemente durante esta etapa para evitar agrietamientos o distorsiones. La velocidad de calentamiento se basa en el tipo de material, la conductividad térmica del metal y el tamaño de la fundición.
• Mantenimiento (soaking): El metal se mantiene a la temperatura deseada durante un período de tiempo prescrito. El propósito de este paso es mantener el material a la temperatura designada hasta que se logren los cambios estructurales internos necesarios. La duración de la etapa de mantenimiento depende del tipo de material, así como del tamaño y complejidad de la pieza. Algunas fundiciones solo requieren cambios estructurales en la superficie del metal, mientras que otras pueden necesitar lograr propiedades más uniformes en toda la pieza.
• Enfriamiento: La fundición se enfría luego de nuevo a temperatura ambiente de manera controlada para alcanzar las propiedades mecánicas deseadas. El enfriamiento puede lograrse de diferentes maneras, dependiendo del tipo de material. Puede ser enfriado al aire, enfriado con un medio de enfriamiento, o templado rápidamente en una solución.

¿Cuáles son los tipos de tratamiento térmico para fundiciones en arena?

Aunque los pasos de calentamiento, mantenimiento y enfriamiento son los mismos, existen variaciones en el proceso de tratamiento térmico que afectarán el resultado final. Estas incluyen la temperatura a la que se calienta el material, la duración del tiempo que se mantiene a esa temperatura y la velocidad a la que se enfría. Los tipos de tratamiento térmico incluyen:

• Recocido (Annealing): El material se calienta por encima de su temperatura crítica superior y luego se enfría lentamente. El recocido se usa para mejorar las propiedades del metal para que sea más duradero y trabajable. También reduce las tensiones residuales, que pueden afectar procesos posteriores. Esto proporciona flexibilidad en el proceso de fundición, ya que hay menos riesgo de fractura. El recocido aumentará la capacidad de realizar mecanizado adicional en la pieza.
• Normalizado (Normalizing): El normalizado aumenta la dureza de la pieza. En el normalizado, la temperatura del material se aumenta por encima del rango de recocido a un punto donde su estructura cristalina cambia. Luego se enfría en aire a temperatura ambiente. Este tratamiento térmico conduce a piezas con menos tensiones y mayor mecanizabilidad.
• Temple (Hardening): El temple hace el metal más fuerte, pero también puede hacerlo más frágil. El material puede entonces necesitar ser revenido para reducir esta fragilidad. En lugar de un proceso de enfriamiento lento, el material se enfría rápidamente, o se templa, sumergiéndolo en una solución de agua, salmuera o aceite. En algunos casos, solo se endurece el material de la superficie.
• Revenido (Tempering): En el revenido, el material se calienta a una temperatura por debajo de su punto de temple, se mantiene a esa temperatura y se enfría al aire. El revenido reduce la fragilidad, pero también puede ablandar el material.

La elección del método de tratamiento térmico adecuado está relacionada con el tipo de metal involucrado y las propiedades finales deseadas.

Beneficios del tratamiento térmico para fundiciones en arena

Existen varios beneficios que pueden lograrse mediante el tratamiento térmico, dependiendo del tipo de material, la utilización de la fundición y las especificaciones del cliente. Los beneficios típicos del tratamiento térmico podrían incluir:

• Lograr una suavidad o dureza deseada para el material.
• Afectar la conductividad eléctrica y térmica.
• Cambiar cualidades magnéticas.
• Aliviar tensiones de procesos anteriores.
• Añadir propiedades químicas deseables.

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