Proceso de enfriamiento y rendimiento Charpy: La clave para conseguir utillajes de fundición más resistentes

El rendimiento Charpy es fundamental a la hora de prolongar la vida útil de sus piezas, especialmente de las herramientas de fundición a alta presión. El tratamiento térmico influye directamente en el rendimiento del impacto y es importante comprender qué técnicas pueden utilizarse para promover la longevidad y reducir el elevado coste del agrietamiento de las herramientas. 

En este artículo le explicamos los fundamentos de la prueba Charpy y el tratamiento térmico, y por qué la velocidad de enfriamiento puede ser la consideración más importante para sus piezas.

¿Qué es un ensayo de impacto Charpy?

La prueba de impacto Charpy es un método normalizado para medir la tenacidad o la resistencia al impacto de los materiales, en particular de las aleaciones de acero que estarán expuestas a impactos repentinos en condiciones extremas. Existen muchas variantes de esta prueba, siendo la prueba Charpy de muesca en V el método designado para los materiales que componen el utillaje de fundición a alta presión. El rendimiento Charpy es una métrica importante que se tiene muy en cuenta en industrias como las siguientes Herramientas y matrices cuando las piezas deban funcionar a temperaturas extremadamente altas o bajas. 

Esta prueba de rendimiento debe su nombre a Georges Charpy, un destacado científico y metalúrgico francés que trabajó a finales del siglo XIX y principios del XX. En 1901, Charpy introdujo el concepto de ensayo de impacto como medio para evaluar la ductilidad y tenacidad de los materiales, especialmente los metales. Su trabajo se centró en comprender cómo respondían los materiales a las cargas de impacto súbitas.

Charpy publicó un artículo titulado "On the Resistance of Materials Under Repeated Shocks" en los "Comptes Rendus de l'Académie des Sciences", donde describía su método para realizar pruebas de impacto utilizando un aparato de péndulo.

Con el tiempo, varias organizaciones, como ASTM Internacional y el Organización Internacional de Normalización (ISO)desarrolló procedimientos normalizados para realizar las pruebas de impacto Charpy. Estas normas especifican las dimensiones de las muestras de ensayo, las técnicas de entallado y los aparatos de ensayo, garantizando la coherencia de los procedimientos de ensayo en diferentes laboratorios e industrias.

Cómo se realizan las pruebas Charpy:

Preparación de la muestra: Se fabrica una pequeña muestra rectangular con una muesca en V mecanizada a partir del material sometido a ensayo. Las dimensiones y la geometría de la muesca se normalizan de acuerdo con normas específicas del sector (por ejemplo, normas ASTM o ISO).

Temperatura de ensayo: La probeta suele enfriarse a una temperatura específica, que puede ser la temperatura ambiente, una temperatura bajo cero o una temperatura elevada, dependiendo del material y de su aplicación prevista.

Aparato de ensayo: La probeta se sujeta firmemente en una máquina de ensayo de impacto de tipo péndulo. Esta máquina consiste en un péndulo oscilante con un martillo pesado en el extremo.

Impacto: El péndulo se suelta y el martillo golpea la probeta entallada, provocando su fractura. La cantidad de energía absorbida por la probeta durante la fractura se mide en julios o libras-pie.

Medición: La máquina mide la altura a la que se eleva el péndulo tras el impacto. Esta altura, junto con la masa del péndulo y otros parámetros, se utiliza para calcular la energía absorbida por la probeta.

Cómo influye el tratamiento térmico en la dureza y resistencia al impacto de los materiales

Existe una relación directa entre el tratamiento térmico y el rendimiento al impacto. Cuando se trata de utillaje de fundición a alta presión, el aumento de la dureza resultante del tratamiento térmico reducirá la tenacidad a la fractura, pero un mayor índice de enfriamiento rápido aumentará la tenacidad a la fractura. La especificación Nadca 207 establece requisitos específicos para la energía de fractura. Por ejemplo, un material de grado B Nadca como el H13 debe tener una media de 8 ft-lb en el Charpy sin lecturas por debajo de 6 ft-lb. 

Mediante el endurecimientotambién conocido como endurecimiento total o endurecimiento completo, es un proceso de tratamiento térmico utilizado para aumentar uniformemente la dureza y la resistencia de un material en toda su sección transversal. Este proceso se aplica comúnmente a diversos metales, especialmente aleaciones de acero, para mejorar sus propiedades mecánicas. Rápido enfriamiento para ajustar la resistencia a la fractura a las especificaciones. 

El papel de la velocidad de enfriamiento

Dentro del proceso de tratamiento térmico, hay muchos factores en juego que pueden afectar al resultado de las piezas, pero la velocidad de enfriamiento suele tener el mayor impacto fuera de la dureza objetivo de la herramienta. Cuando el rendimiento Charpy es una prioridad, hay que tener en cuenta la velocidad de enfriamiento de las piezas. La velocidad de enfriamiento puede alterar significativamente la microestructura del material. Se pueden utilizar velocidades de enfriamiento más rápidas para maximizar la formación de martensita o aumentar la dureza del material minimizando la formación de carburos en el límite del grano. 

El estudio Nadca: Una mirada más atenta

Como parte de una iniciativa para convertir la investigación en acción, la Asociación Norteamericana de Fundición a Presión, NadcaEn el marco del proyecto Charpy, se colaboró con varios productores de acero y empresas de tratamiento térmico para determinar qué aspectos del proceso de tratamiento térmico influían en el rendimiento Charpy. Se realizaron pruebas en distintas instalaciones y con hornos de distintos tamaños para tratar térmicamente herramientas de producción normal, que luego se evaluaron para determinar su rendimiento Charpy. Junto con el estudio de Nadca, Paulo analizó cientos de datos de clientes y llegó a la conclusión de que la velocidad de enfriamiento es uno de los factores más importantes para mejorar el rendimiento Charpy. Otros factores, como el tamaño del horno, tienen un efecto poco o nada significativo.

Al analizar las conclusiones del estudio junto con los datos de nuestros propios clientes, se observaron relaciones entre la velocidad de enfriamiento rápido y el rendimiento Charpy. Debido a estas relaciones, las velocidades de enfriamiento más severas se utilizan en las matrices con camisa de agua, que tienen espacio entre la camisa del cilindro y el bloque para que fluya el refrigerante. La supresión del carburo en el límite del grano para conseguir la resistencia a la corrosión requerida para estas matrices sólo puede conseguirse con una velocidad de enfriamiento más pequeña. hornos de vacío.

Este estudio subraya la necesidad de considerar cuidadosamente la selección de un socio de tratamiento térmico. No todos los proveedores de tratamiento térmico tienen la experiencia y el equipo necesarios para controlar eficazmente la velocidad de enfriamiento rápido. Elegir un proveedor de tratamiento térmico de confianza como Paulo garantiza que sus materiales reciban el tratamiento preciso necesario para un rendimiento Charpy óptimo.

Asociarse para obtener el mejor rendimiento Charpy

Colaborar con un experto y experimentado tratador térmico es primordial para reducir los fallos en las herramientas de fundición a presión. En Paulo, nuestros metalúrgicos tienen décadas de experiencia trabajando con fabricantes de herramientas y líderes de la industria para desarrollar procesos en los que puede confiar para que sus matrices cumplan las especificaciones y estén listas para la producción. 

¿Tiene preguntas sobre el temple de sus piezas? Póngase en contacto con un experto de paulo.