Artículo publicado originalmente en Tratamiento térmico El martes técnico de hoy columna.

Mientras muchas industrias siguen tambaleándose por la pandemia de coronavirus en curso, el industria de las armas de fuego en Estados Unidos está en auge. En la última década, el fuerte crecimiento del sector no ha hecho más que acelerarse en 2020, impulsado por la respuesta de los consumidores a la pandemia y los continuos disturbios civiles. Según el Informe de la NSSF sobre el impacto económico de la industria de las armas de fuego y las municiones en 2020La industria de las armas de fuego es responsable de más de 300.000 puestos de trabajo en Estados Unidos, cifra que se ha duplicado desde 2008. 

La demanda de los consumidores de armas de fuego también impulsa la necesidad de servicios de tratamiento térmico para esta industria tan regulada. Un tratamiento térmico adecuado es fundamental para la seguridad y también desempeña un papel clave a la hora de ofrecer el acabado de calidad que desean los fabricantes y esperan los consumidores. En este artículo, compartiremos nuestra experiencia en el tratamiento térmico de armas de fuego, profundizando en los procesos comunes, las especificaciones y las consideraciones de servicio de esta próspera industria.

Procesos de tratamiento térmico para componentes de armas de fuego

Nitruración con gas

Nitruración con gas se utiliza para la cementación de piezas que deben conservar núcleos más blandos y dúctiles. Como se realiza a una temperatura más baja, la nitruración con gas ayuda a evitar la distorsión de la pieza que a veces puede producirse como resultado del tratamiento térmico convencional. Además de las características de dureza, las piezas suelen estar recubiertas de nitruro con fines cosméticos y para mejorar la resistencia a la corrosión. La nitruración da lugar a un revestimiento negro bonito y muy duradero que a menudo se utiliza en lugar de los revestimientos de óxido negro u otros procesos de ennegrecimiento. El recubrimiento de nitruro es mucho más duro que las alternativas, por lo que el acabado negro soportará un uso intensivo durante mucho más tiempo. 

Componentes y materiales comúnmente tratados con revestimiento de nitruro

El revestimiento de nitruro se realiza normalmente en los componentes visibles por fuera (y los que se ven al limpiar el arma), como las correderas y los cañones de las pistolas, así como los dispositivos de la boca del cañón, como los ocultadores de destellos, los rompedores de boca y los compensadores. 

Estos componentes suelen fabricarse con los siguientes materiales, que pueden ser nitrurados para conseguir el acabado negro y la dureza de la caja deseados:

  • Acero 4140. El AISI 4140 es un acero de baja aleación que contiene cromo, molibdeno y manganeso (normalmente denominado acero al cromo-molibdeno). Presenta una elevada resistencia a la fatiga, a la abrasión y al impacto, así como tenacidad y resistencia a la torsión.
  • Acero inoxidable de grado 416. El acero de grado 416 es un acero inoxidable martensítico de mecanizado libre con una maquinabilidad de 85%.
  • Acero inoxidable de grado 410. Los aceros inoxidables de grado 410 son aceros inoxidables martensíticos de uso general que contienen 11,5% de cromo. Los aceros de grado 410 tienen buenas propiedades de resistencia a la corrosión que pueden mejorarse aún más mediante el endurecimiento, el revenido y el pulido.
  • Acero inoxidable de grado 420. El acero inoxidable de grado 420 tiene mayor contenido de carbono que el 410, con un contenido mínimo de cromo de 12%. 
  • Acero 4340. El acero aleado AISI 4340 es un acero de baja aleación que contiene cromo, níquel y molibdeno. Cuando se somete a un tratamiento térmico, presenta una gran tenacidad y resistencia. Este material se considera de uso extremo y se suele utilizar para armas de fuego de gama alta.
  • Acero inoxidable 17-4. El acero inoxidable 17-4 es una aleación martensítica de endurecimiento por envejecimiento que combina una alta resistencia con la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. Es relativamente rentable y más soldable que otras aleaciones martensíticas.

Especificaciones de nitruración

La medida más común que los fabricantes de armas de fuego especifican en los resultados deseables de nitruración es la profundidad intermetálica. Las especificaciones típicas se sitúan entre cuatro y 25 micras de profundidad de la capa blanca. La cantidad de porosidad permitida dentro de la profundidad de la caja también se especifica comúnmente, y aunque hay rangos variados, menos de 50% de porosidad es un objetivo típico. 

Aunque la porosidad se considera a menudo una característica indeseable, el hecho de que haya cierta porosidad en el material acabado tiene sus ventajas. Estos vacíos microscópicos pueden retener aceites y mejorar la resistencia a la corrosión. La porosidad resultante en los materiales nitrurados permite que el recubrimiento dure mucho más que los aceros recubiertos de fosfato u óxido negro.

Algunos fabricantes utilizan la manta aeroespacial especificaciones como AMS 2757 o AMS 2959/12 porque abarcan la porosidad y la profundidad de dureza de la caja deseadas para los componentes de armas de fuego nitrurados.

El ensayo de dureza Vickers es nuestro método preferido para evaluar la profundidad intermetálica en los componentes nitrurados. Mientras que 850 HV es normalmente la máxima dureza alcanzable para el acero inoxidable, nuestro equipo ha logrado sistemáticamente 2000 HV con nuestros procesos de nitruración. Una dureza superior es beneficiosa para los componentes de las armas de fuego porque mejora la resistencia al desgaste en los componentes que se deslizan unos contra otros.  

Prensado isostático en caliente (HIP)

Con prensado isostático en calienteLas piezas se calientan a temperaturas muy altas en una cámara sellada capaz de generar presiones muy altas en presencia de gas inerte. Durante el procesamiento, el calor y la presión se combinan para cerrar los huecos que se formaron durante la fabricación de la pieza, eliminando los puntos débiles de la misma. La mayoría de los componentes de las armas de fuego responden bien a los ciclos de entrenamiento estándar para el HIP, que suelen funcionar a 2050-2200 °F y 15.000 psi. 

Componentes y materiales de armas de fuego que se procesan habitualmente con HIP

El HIP es especialmente adecuado para eliminar la porosidad de los moldes de inyección de metal (MIM), de fabricación aditiva (AM), y piezas de fundición a la cera perdida. 

El MIM es una forma rápida y rentable de fabricar componentes de control de disparo como martillos, gatillos y selectores de seguridad, especialmente para los AR-15. Tradicionalmente, los componentes MIM han tenido la reputación en la industria de ser inferiores a los fabricados con el mecanizado convencional porque se sabe que fallan pronto en el campo. 

Los grados de MIM más comunes utilizados en la fabricación de armas de fuego son el acero 4140, el acero inoxidable 17-4 y...

  • FL-4605. El FL-4605 es un acero de baja aleación con contenido de manganeso, molibdeno y níquel prealeados para mejorar la templabilidad.
  • Acero inoxidable 420. El acero inoxidable 420 es relativamente alto en carbono con un contenido mínimo de cromo de 12%, lo que le confiere la mayor templabilidad de los grados de acero inoxidable.

Fabricación aditiva todavía no se ha adoptado de forma generalizada en la industria de las armas de fuego, pero hemos visto que se utiliza cada vez más en la fabricación de supresores. Estos componentes -conocidos comúnmente como silenciadores- atrapan el gas en expansión cuando se dispara el arma para reducir el ruido, y se utilizan para los rifles militares de francotirador. La AM es un método de fabricación ideal para estos componentes debido a su compleja geometría, difícil o incluso imposible de conseguir con el mecanizado tradicional.

La fundición a la cera perdida es otro proceso que se utiliza en la producción de armazones de armas de fuego, concretamente en la pistola M1911. 

El MIM, el AM y la fundición a la cera perdida tienen algo en común: estos métodos de fabricación dejan huecos en la estructura interna de las piezas. El HIP elimina la porosidad no deseada en estas piezas, aumentando su tenacidad, resistencia bruta y vida a la fatiga, lo que permite que los componentes de las armas de fuego soporten ser sometidos repetidamente a un alto impacto. 

Especificaciones del HIP

En el caso de los componentes de armas de fuego de fabricación aditiva, nos encontramos con dos especificaciones principales: 

  •  ASTM F3301ASTM F3301, una especificación que describe las normas para el posprocesamiento térmico de las piezas metálicas fabricadas con fusión de lecho de polvo. La norma ASTM F3301 identifica el prensado isostático en caliente como un medio aceptable para aliviar la tensión de los componentes fabricados con aditivos. 
  • ASTM F3055La especificación estándar para la fabricación aditiva de aleación de níquel con fusión de lecho de polvo. En esta especificación, el HIP es necesario para los componentes de clase B, C y D y se considera opcional para la clase G. 

En ambas especificaciones, los componentes deben ser procesados bajo atmósfera inerte a no menos de 100 MPa dentro del rango de 1120 a 1185°C. Las piezas deben mantenerse a la temperatura seleccionada dentro de ∓15°C durante 240 min ∓60 min, y enfriarse bajo atmósfera inerte a menos de 425°C, o a los parámetros acordados entre el proveedor de componentes y el comprador.

Revestimiento de óxido negro

Óxido negro da a las armas de fuego un aspecto negro nítido, mejora la resistencia a la corrosión y minimiza el reflejo de la luz. A diferencia de la pintura, el óxido negro no añade ningún grosor adicional a los componentes de las armas. El resultado deseado en el proceso de óxido negro es crear magnetita (Fe3O4), una aleación de hierro y oxígeno, en la superficie del metal. El proceso de óxido negro mejora la resistencia a la corrosión añadiendo aceites antioxidantes a la pieza metálica. 

Aunque no dura tanto como el recubrimiento de nitruro de gas, el óxido negro sigue siendo una opción popular y rentable para dar a las piezas visibles de las armas el aspecto negro perfecto. Encontrar un socio que pueda proporcionar tratamiento térmico y óxido negro bajo un mismo techo puede reducir sus costes de transporte, acelerar el tiempo de entregay simplificar su proceso global, ya que un solo proveedor es el dueño de los resultados finales.

Componentes y materiales de las armas de fuego que utilizan revestimiento de óxido negro

Al igual que la nitruración, el revestimiento de óxido negro se utiliza en los componentes visibles al exterior, como las correderas, los cañones y los dispositivos de la boca del cañón, incluidos los deflectores, los rompedores de boca y los compensadores. Puede aplicarse a cualquier componente de acero al carbono, pero no se adhiere al acero inoxidable. 

Especificaciones del revestimiento de óxido negro

A diferencia de la nitruración y el HIP, rara vez encontramos especificaciones estándar cuando se trata de resultados de óxido negro. Sin embargo, como mejor práctica, trabajamos con los clientes para establecer muestras límite para cada número de pieza tratada con óxido negro, de modo que podamos comparar nuestros resultados con lo que ambas partes acordaron como aspecto deseable.

Enfriamiento por gas a alta presión

El enfriamiento con gas a alta presión puede realizarse en un horno de vacío como alternativa al temple en aceite para cualquier componente de armas de fuego que esté cerca de la forma neta o completamente acabado, o cuando la distorsión sea una preocupación principal. En el temple con gas a alta presión, las piezas se austenizan en vacío. A continuación, la cámara se rellena con gas inerte, que es fuertemente agitado por potentes motores.

El enfriamiento con gas a alta presión da lugar a piezas más limpias que el enfriamiento con aceite, pero tiene otras ventajas que pueden resultar muy valiosas para los componentes de las armas de fuego. Este proceso puede tomar una aleación 4140 convencional y hacerla conseguir las mismas propiedades como un 4340 refundido al vacío (VAR), un material con base de níquel de mucha mayor calidad. Esto puede permitir a los fabricantes de armas de fuego ver resultados de dureza y resistencia similares en componentes cotidianos a los que esperarían de un material de uso extremo como el 4340.

Manipulación y trazabilidad de los componentes de las armas de fuego

Ningún tratador térmico debería tener la costumbre de perder ningún tipo de pieza, pero las implicaciones para los componentes de armas de fuego serializados son más graves que las de cualquier otro componente producido en serie. Los componentes serializados son lo que el gobierno de los Estados Unidos considera el arma de fuego: se refiere a la parte que lleva el número de serie, normalmente el conjunto inferior del armazón y a veces el cañón o la corredera. 

Los componentes de armas de fuego que vayan a ser tratados con nitruración gaseosa y que tengan como norma la AMS 2757 o la AMS 2759/12 también están sujetos a las directrices de mantenimiento de registros indicadas en la especificación. La norma AMS 2757 exige que la documentación incluya la identificación del equipo y del personal autorizado, la fecha de tratamiento, el número de piezas, la aleación, la identificación del lote y los tiempos y temperaturas reales de tratamiento térmico, como mínimo. 

La manipulación adecuada de los componentes de las armas de fuego por parte de los tratadores térmicos es esencial para mantener el buen funcionamiento de la cadena de suministro. Las piezas tratadas térmicamente de forma incorrecta acabarán en la papelera o requerirán un reprocesamiento, y las piezas perdidas pueden dar lugar a una auditoría o investigación de la ATF. En Paulo, hemos diseñado nuestro proceso para evitar que se produzcan problemas en primer lugar. He aquí algunos ejemplos de cómo lo hacemos:

  • Seguimiento electrónico. A cada lote de piezas se le asigna un código de barras que enlaza con los registros electrónicos de toda la información relevante sobre el trabajo: parámetros de proceso, especificaciones, pedidos de taller, etc. Los parámetros del proceso que figuran en el código de barras de las piezas están integrados en el equipo, de modo que cuando se escanean las piezas para su procesamiento, el horno se ajusta automáticamente a los parámetros adecuados según la receta de las piezas. Esto nos ayuda a evitar que las piezas se calienten incorrectamente o se sometan a un proceso equivocado.
  • Almacenamiento seguro. En las plantas de Paulo que procesan armas de fuego, utilizamos jaulas cerradas y bóvedas seguras para proteger los componentes serializados. Todo el acceso a estas áreas se supervisa y registra para mantener la responsabilidad y, si procede, cumplir con las especificaciones de la AMS.
  • Manipulación especializada. Para que nuestros clientes de armas de fuego estén más tranquilos y para evitar errores en nuestro proceso, también hemos diseñado una fijación segura para muchos componentes que les permite permanecer bloqueados durante todo el proceso de tratamiento térmico y acabado. 

Además de un Licencia federal de armas de fuego (FFL)Los tratadores térmicos también deben tener un documento de sistema de gestión de la calidad en su lugar. La elección de un proveedor con certificación ISO 9001 puede ayudar a los fabricantes a confiar en la capacidad de un socio de tratamiento térmico para mantener la calidad de las operaciones. El mantenimiento de otras certificaciones, como la IATF 16946 y la CQI-9, es también una buena señal de que su socio está bien equipado para manejar el trabajo con armas de fuego. 

Conclusión:

La industria de las armas de fuego depende de sus socios de tratamiento térmico para mantener su crecimiento. Un tratamiento térmico y un acabado metálico adecuados dan como resultado armas de fuego de mejor rendimiento y más duraderas para nuestros militares y fuerzas del orden, lo que ayuda a mantener la seguridad de nuestro país. En tiempos inciertos, la industria de las armas de fuego representa un punto brillante en la economía de Estados Unidos que estamos orgullosos de apoyar.

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