5 consideraciones esenciales para el tratamiento térmico de piezas metálicas

¿Por qué incluir el tratamiento térmico de metal en las especificaciones de piezas cortadas?

Hemos hablado en otra parte sobre cómo la expansión por calor puede ser un factor al decidir qué tan precisas deben ser las dimensiones de una pieza metálica.

Específicamente, si incluso una ligera diferencia en tolerancia causada por expansión térmica afectaría cómo funciona la pieza, entonces es prudente evitar especificar una tolerancia muy ajustada siempre que haya riesgo de variación en temperaturas ambientales. Y eso significa variación en cualquier parte del proceso, desde corte de piezas e inspección hasta ensamblaje y uso final.

Pero, ¿qué pasa cuando deliberadamente trata térmicamente los metales como parte normal de su proceso de fabricación? ¿Qué, entonces, necesita tener en cuenta al crear especificaciones para piezas metálicas pequeñas cortadas, como las que producimos aquí en Metal Cutting Corporation?

¿Por qué tratar térmicamente los metales?

¿Por qué se tratan térmicamente los metales? Hay muchas razones importantes. Pero básicamente, el proceso para el tratamiento térmico de metales involucra la aplicación controlada de calor para alterar las propiedades físicas —y a veces químicas— del material.

Aunque no tratamos térmicamente metales como parte de nuestros servicios en Metal Cutting, somos conscientes de sus potenciales efectos alteradores de dimensiones. Pero antes de explorar las consecuencias no intencionales en las dimensiones de las piezas metálicas, hablemos de algunos beneficios del tratamiento térmico y el recocido.

Cómo tratar térmicamente el metal para producir diferentes resultados

Dependiendo del método usado, los metales tratados térmicamente se vuelven más duros o más blandos, más o menos frágiles, o más fuertes o más débiles. Basado en los resultados finales deseados, el método puede involucrar:

• Usar varios tratamientos
• Alterar la temperatura a la que el metal es tratado térmicamente
• Variar la longitud de tiempo que se aplica el calor
• Controlar qué tan rápido o lento se enfría el material

La forma en que aplica y remueve el calor al tratar térmicamente el metal tiene un impacto tanto en la resistencia a la fluencia como en la dureza del producto final.

¿Por qué tratar térmicamente metales como el acero inoxidable?

Por ejemplo, el acero inoxidable se trata térmicamente comúnmente para aumentar su dureza; en el lado negativo, también puede volverse más frágil.

Por el contrario, el acero inoxidable puede tratarse térmicamente para aumentar su ductilidad, lo que ayuda a minimizar grietas y aumentar la trabajabilidad. Sin embargo, ese proceso también puede disminuir la dureza del acero.

Por tanto, lograr un metal con las características deseadas —como un acero inoxidable con alta resistencia a la tracción pero fragilidad relativamente baja— puede requerir múltiples tratamientos a diferentes temperaturas y diferentes longitudes de tiempo.

Metal recocido vs. metal tratado térmicamente: no es lo mismo

A menudo usado indistintamente con el término tratamiento térmico, el recocido es un método específico usado para ablandar metales, con los objetivos de aumentar su ductilidad y disminuir la fragilidad.

El recocido también puede usarse para aumentar la naturaleza homogénea de los metales, así como para restaurar su ductilidad antes de manipulación adicional. Por ejemplo, a medida que el acero inoxidable 316 se trabaja, puede adquirir propiedades magnéticas indeseables; sin embargo, recocer el acero inoxidable puede restaurarlo a (o muy cerca de) su condición original no magnética.

El recocido se realiza usando hornos especializados en los que las condiciones están estrictamente controladas. El metal se calienta a una temperatura alta —generalmente, ligeramente por encima de la temperatura de recristalización.

El material se mantiene a alta temperatura por desde varias horas hasta varios días y luego se deja enfriar (en el caso de aceros y otros metales ferrosos, muy lentamente).

Dónde trata térmicamente los metales es otro factor

Cuando trata térmicamente el metal, la atmósfera en la que ocurre el proceso también es importante, porque tiene un impacto en la superficie y resistencia del material.

Por ejemplo, si trata térmicamente tungsteno en una atmósfera normal, producirá oxidación que hace el acabado superficial poroso. Sin embargo, trabajar en un entorno controlado —como un vacío o una atmósfera sellada de nitrógeno, argón o hidrógeno— le permite tratar térmicamente el metal sin oxidación.

El acero de bajo carbono puede recocerse en un entorno rico en carbono para cementar el acero con una capa superficial de alto carbono que tiene buena resistencia a la fatiga y al desgaste. Esta técnica se usa para mejorar la dureza y durabilidad de productos como resortes de alambre de acero al carbono y forjados.

Sin embargo, si la "cementación" no es un rasgo deseado, el recocido debe realizarse en un entorno bajo en carbono o libre de carbono.

Cómo la composición de la aleación puede afectar el tratamiento térmico del metal

A veces, encontrar la "fórmula" correcta tanto para la composición de una aleación como para el método de tratamiento térmico del metal es esencial para lograr las propiedades finales deseadas. Un gran ejemplo es la propiedad de memoria de forma de la aleación níquel-titanio —también conocida como NiTi o nitinol.

Este material "elástico" se usó primero popularmente para hacer monturas de gafas que pueden doblarse y aparentemente mágicamente regresar a su forma original. Hoy, el NiTi se usa ampliamente para aplicaciones de tubos de dispositivos médicos como alambres guía de catéteres, stents y agujas de microcirugía.

(Puede aprender más sobre NiTi y otros materiales de tubos en nuestro white paper, Tubos de dispositivos médicos en el siglo XXI: ¿Quién los necesita?)

La propiedad de memoria de forma del NiTi depende del tratamiento térmico. Es lo que permite al NiTi sufrir deformación a una temperatura y luego recuperar su forma original no deformada cuando se calienta por encima de su llamada temperatura de transformación.

Sin embargo, el NiTi es notoriamente difícil de fabricar, debido tanto a la alta reactividad del titanio como al hecho de que incluso ligeras variaciones en la composición pueden afectar la temperatura de transformación.

Por ejemplo, si los átomos de titanio se combinan con oxígeno o carbono, la estructura cristalina del NiTi puede perder titanio, causando que la temperatura de transformación baje. Si hay muy poco níquel y el material se envejece por demasiado tiempo, la temperatura de transformación aumenta.

Especifique metal tratado térmicamente por adelantado

Cualquiera que sea el método que se use para tratar térmicamente los metales, es vitalmente importante identificar el proceso en las especificaciones para sus piezas metálicas cortadas. Es notable cómo el tratamiento térmico de metales puede cambiar ciertas dimensiones de piezas cuidadosamente mecanizadas y no tener efecto en otros parámetros.

Por ejemplo, si tiene una especificación de rectitud, debe considerar si el tratamiento térmico y cualquier expansión resultante del metal tendrá un impacto en las dimensiones de sus piezas cortadas y, en última instancia, qué tan bien funcionarán —y si es así, puede necesitar ajustar sus tolerancias en consecuencia.

El metal tratado térmicamente puede incluso afectar el embalaje

Además, es importante asegurar que las piezas metálicas tratadas térmicamente serán embaladas adecuadamente para evitar distorsionar o dañar las piezas previamente cortadas mientras están en tránsito.

Por ejemplo, en Metal Cutting, siempre queremos saber si las piezas que cortamos serán enviadas a un tercero para tratamiento térmico o recocido. Dado que las piezas se vuelven más maleables por el recocido, un embalaje inadecuado podría causar que las piezas recocidas se deformen cuando se reembalan y se envían a usted (o se devuelven a nosotros para procesamiento adicional).

Piezas como varillas pueden volverse arqueadas si se expanden y no se embalan adecuadamente después del tratamiento térmico del metal. Otras piezas pueden empezar a frotarse entre sí y obtener rayones en su acabado superficial si el embalaje ya no sostiene las piezas metálicas tratadas térmicamente de forma segura.

Otra razón más para especificaciones exhaustivas

La conclusión es que con metal tratado térmicamente, los métodos y efectos deben ser considerados y compartidos con sus socios de fabricación cuando crea las especificaciones para sus requisitos de piezas pequeñas. Ayudará a optimizar la fabricabilidad y obtener los resultados que quiere.

Para aprender más sobre maximizar la precisión y efectividad de sus especificaciones, descargue nuestra guía gratuita, Cómo ajustar su solicitud de cotización a su máxima ventaja: Preguntas frecuentes en el suministro de piezas pequeñas.