Cómo afecta el tratamiento térmico a las especificaciones del material

Una de las claves del éxito en la fabricación de piezas metálicas es comprender cómo el viaje desde la materia prima hasta el producto acabado se ve afectado por el material y el diseño.
El tratamiento térmico es un paso vital en ese camino, por lo que la coordinación entre los fabricantes y los tratadores térmicos debe comenzar mucho antes de que las piezas salgan de la fábrica al horno.
 

Diálogo durante el diseño

Los tratadores térmicos son fuentes de información valiosa para los fabricantes durante el diseño de las piezas. Con un profundo conocimiento de cómo responden los materiales al tratamiento térmico, los metalúrgicos suelen asesorar a los fabricantes cuando desarrollan las especificaciones de los materiales. Este asesoramiento debe ser examinado y probado para verificar que los requisitos cumplen los criterios de diseño antes de tomar la decisión final. La coordinación entre el fabricante y el tratador térmico garantiza que los costes del material y del tratamiento se reduzcan al mínimo y se maximice el rendimiento de la pieza.
Puede ser un equilibrio difícil de alcanzar, pero aquí están algunas de las preguntas que un metalúrgico puede ayudar a responder para que el material, el diseño y el proceso se unan para hacer piezas de calidad:

• ¿Cuáles son las características del entorno operativo? ¿Está limpio? ¿Sucio? ¿caliente? ¿frío?
• ¿Qué tensiones sufrirá la pieza? ¿Dónde se producirán esas tensiones?
• ¿Qué proceso de tratamiento térmico proporcionará la calidad de material que la pieza necesita para funcionar?
• ¿Los materiales de alta o baja aleación prolongarán o reducirán el tiempo de tratamiento? ¿Cuáles son los más adecuados para la función prevista de la pieza?
• ¿Cuál es la combinación más rentable de material y tratamiento?

Los siguientes ejemplos ilustran cómo esta coordinación añade valor a los fabricantes:
 

Ejemplo #1 - Corte fino de automóviles

Supongamos que un fabricante está diseñando una pieza de gran volumen para el sector de la automoción. Las piezas tienen un grosor de 5 mm y serán carburado a una profundidad de caja efectiva de entre 0,80 y 1,05 mm. No se necesita una dureza adicional del núcleo porque, en esta operación, el desgaste es la única característica del diseño. La pieza no estará sometida a impactos.
El acero de bajo carbono AISI 1020 es una opción popular en este caso porque su bajo contenido en manganeso -y su baja templabilidad- lo hacen ideal para el corte fino. Pero una consulta con un metalúrgico revelaría que no es la mejor opción porque:

• El acero de baja templabilidad requiere que los tratadores térmicos reduzcan la carga en hornos discontinuos integrales y aumentar el tiempo de tratamiento térmico -hasta unas once horas y media en este caso- encareciendo el tratamiento térmico.
• Algo un poco más templable, como el AISI 1018, podría ser un buen candidato porque tiene aproximadamente el doble de manganeso que el 1020. Pero la reducción de la carga sigue siendo necesaria para el 1018, y los tiempos de tratamiento seguirían alcanzando algo más de nueve horas.
• La popularidad del acero al boro (como el 10B21) está aumentando para el corte fino porque es sólo marginalmente más caro que los materiales mencionados anteriormente, pero tiene una templabilidad significativamente mayor. Esto significa que los tratadores térmicos no reducirían las cargas y podrían lograr el endurecimiento de la caja en tan solo seis horas. Esto representa una importante reducción de costes, que compensa con creces el coste de material añadido.

Este escenario ilustra que el aumento de la templabilidad del material se traduce en una mayor eficacia del tratamiento térmico, lo que reduce el coste total para los fabricantes.
 

Ejemplo #2 - Herramientas de precisión

Supongamos que un cliente está diseñando una pieza de precisión para herramientas que consiste en múltiples segmentos que encajan en un cilindro preciso. En el pasado, el cliente ha utilizado aceros resistentes a los golpes AISI S7 y AISI A2 para piezas similares.
En este ejemplo, el cliente pretende soldar segmentos premecanizados antes del tratamiento térmico, algo que nunca ha hecho antes. Tras el tratamiento, se ejecutará el mecanizado final y el mecanizado por descarga eléctrica (EDM) de las uniones soldadas.
El cliente podría consultar a un metalúrgico y aprender:

• Los aceros de mayor carbono y aleación son más difíciles de soldar sin que se produzcan grietas.
• El acero S7 contiene 0,50% de carbono, 3,25% de cromo y 1,40% de molibdeno.
• El acero A2 contiene 1,00% de carbono, 5,00% de cromo y 1,00% de molibdeno.
• Está claro que el A2 sería más difícil de soldar y luego de fabricar. El S7 es la mejor opción.

Coordine con su tratador térmico

Los casos anteriores demuestran que el tratamiento térmico influye considerablemente en las especificaciones del material. Al coordinarse con los tratadores térmicos durante el desarrollo de las especificaciones, los fabricantes equilibrarán los costes de material, fabricación y tratamiento para obtener el mejor valor global.