Tratamiento térmico de precisión: Aumento de dureza, resistencia y resistencia al desgaste

Además de las tecnologías de proceso de fabricación primarias, el tratamiento térmico integral de piezas mecanizadas de precisión puede asegurar que los productos sean capaces de cumplir con las especificaciones exactas del usuario final. Este proceso controlado de calentamiento y enfriamiento de las piezas para alterar sus propiedades físicas se emplea generalmente para aumentar la dureza o la resistencia, y mejorar la resistencia al desgaste. Para ciertas aplicaciones, sin embargo, el tratamiento térmico puede indicarse para mejorar la mecanizabilidad, mejorar propiedades eléctricas o magnéticas, aumentar la ductilidad o suavidad, y aliviar tensiones internas.

Los tres pasos seguidos en el proceso de tratamiento térmico son calentamiento, mantenimiento y enfriamiento. Durante el calentamiento, el metal se lleva a la temperatura necesaria para afectar el cambio deseado en las propiedades estructurales. El proceso de mantenimiento consiste en mantener el metal a esta temperatura hasta que la pieza se calienta uniformemente. Finalmente, el metal se enfría a una velocidad especificada hasta que vuelve a estar a temperatura ambiente. En la mayoría de los casos, el tratamiento térmico se usa en acero y aleaciones de acero, pero también puede usarse en algunos grados de aluminio.

Tipos de tratamiento térmico para piezas mecanizadas de precisión

Resultados finales alcanzables mediante tratamiento térmico incluyen:

• Temple (Hardening): El temple hace el metal más fuerte. El material se calienta y mantiene primero, y luego se sumerge en aceite o agua para enfriamiento rápido. El temple a veces puede hacer el metal más frágil, lo que puede requerir el proceso adicional de revenido.
• Revenido (Tempering): El revenido alivia las tensiones internas que pueden ser causadas por el temple. El proceso de tres pasos permanece, pero se completa a temperaturas más bajas que las vistas en el temple. El enfriamiento se completa usualmente en aire, no en un entorno líquido.
• Recocido (Annealing): El recocido ablanda el metal y lo hace menos propenso a agrietarse. Durante el recocido, el material se calienta lentamente, se mantiene por un período establecido y luego se enfría lentamente al aire en el horno.
• Normalizado (Normalizing): El normalizado alivia tensiones internas causadas durante el mecanizado. Las piezas se retiran del horno después del calentamiento y mantenimiento y se enfrían rápidamente al aire fuera del horno.
• Tratamiento de solución de acero inoxidable: Calentar piezas o materiales a una zona monofásica de alta temperatura para mantener temperatura constante, de modo que la fase excedente se disuelva completamente en la solución sólida y luego enfriar rápidamente para obtener una solución sólida supersaturada. El carbono y otros elementos de aleación no tienen tiempo para precipitar, creando una estructura austenítica pura. Esto pretende mejorar la tenacidad y resistencia a la corrosión de las piezas.

Equipos utilizados en el tratamiento térmico de piezas mecanizadas de precisión

Los fabricadores suelen emplear una línea de tratamiento térmico automatizada y controlada por CNC para realizar múltiples operaciones y mover el producto a través de las diversas estaciones en base 24/7. El equipo en la línea puede consistir en:

• Hornos: Los hornos de tratamiento térmico son capaces de alcanzar temperaturas especificadas y manejar cargas de hasta 1.200 kilogramos.
• Tratamiento de cementación (Carburizing): Para aumentar el contenido de carbono de la superficie del acero y formar un cierto gradiente de concentración de carbono en él, la pieza se calienta en un medio de cementación, se mantiene por un largo tiempo para que los átomos de carbono se infiltren en la pieza.
• Tratamiento térmico al vacío (Vacuum Heat Treatment): El aire se elimina del horno para crear vacío. Las piezas pueden calentarse con o sin gas inerte para lograr las propiedades deseadas y proteger sus superficies. Tras el tratamiento, el metal se enfría rápidamente.
• Procesamiento criogénico (Cryogenic Processing): Las piezas pasan por un proceso de temperatura muy baja, logrando beneficios para ciertas aleaciones metálicas. Puede mejorar la dureza y tenacidad al impacto de una pieza, mejorar resistencia a corrosión y desgaste, y reducir deformación y grietas. Las temperaturas alcanzan -80 °C extremos.
• Tratamiento térmico de aleaciones de aluminio: Este proceso calienta piezas de aluminio a una temperatura predeterminada a una velocidad controlada, mantiene la temperatura por una duración específica y luego enfría a velocidad controlada. Esto transformará la estructura interna de la aleación, mejorando propiedades mecánicas y resistencia al desgaste, mientras mejora mecanizabilidad y estabilidad dimensional.
• Recocido y alivio de tensiones (Annealing and Stress Relieving): El recocido mejora la ductilidad y reduce la fragilidad de la pieza. El alivio de tensiones calienta piezas a una temperatura por debajo de su temperatura de transformación más baja, y luego enfría a temperatura ambiente. Esto libera tensiones internas absorbidas por el metal de procesos como fundición, forja y soldadura debido a velocidades de enfriamiento variables en diferentes áreas de la pieza, o de enderezado, mecanizado o laminado.
• Nitruración gaseosa (Gas Nitriding): Este proceso calienta piezas de acero normalizado y mecanizado en gases portadores ricos en nitrógeno, como gas amoníaco. Se mantienen a una temperatura en el rango de 500-540 °C por una duración especificada, resultando en una superficie dura, resistente al desgaste y a la corrosión de color blanco brillante, con una profundidad de penetración.
• Tratamiento térmico por inducción (Induction Heat Treating): Este proceso calienta áreas designadas de una pieza por una bobina de calentamiento por inducción que recibe entrada eléctrica controlada del campo magnético generado por el equipo. La superficie de la pieza puede calentarse a una profundidad especificada, dejando el núcleo de la pieza sin tratar.

Más información sobre tratamiento térmico de piezas mecanizadas de precisión

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