Procesos Industriales: Tratamientos Térmicos, Mecanizado, Conformado y Soldadura

Tratamientos Térmicos

Revenido

El revenido es un tratamiento térmico que se aplica a los aceros templados para mejorar su tenacidad y reducir las tensiones internas. Comprende tres fases:

1. Calentamiento: Se calienta el acero a una temperatura inferior a la temperatura crítica Ac.
2. Mantenimiento: Se mantiene la temperatura durante aproximadamente una hora.
3. Enfriamiento: Generalmente se enfría al aire.

Este tratamiento tiene dos funciones principales:

• Eliminar las tensiones internas generadas durante el temple.
• Aumentar la tenacidad del material.

El revenido provoca cambios en las características mecánicas del acero, aumentando el alargamiento de rotura, la estricción y la densidad, y disminuyendo la resistencia a la tracción, el límite elástico y la dureza.

Sinterización

La sinterización es un proceso que consiste en calentar piezas previamente comprimidas hasta lograr una soldadura completa. La temperatura de sinterización debe ser lo suficientemente alta para aumentar la movilidad de los átomos superficiales de cada partícula, produciendo un aumento de sus superficies de contacto hasta conseguir una recristalización total. Esta temperatura no debe alcanzar la temperatura de fusión del metal.

La duración de la sinterización depende de la temperatura a la que se lleve a cabo, siendo más corta cuanto más cercana esté al punto de fusión. Generalmente, se eligen temperaturas del orden de 2/3 a 3/4 de la temperatura absoluta de fusión. Los tiempos no deben ser muy prolongados para evitar el crecimiento de grano en las piezas.

A veces, la sinterización se realiza en atmósferas gaseosas reductoras para destruir las películas de óxido que se forman en la superficie de las partículas, lo que favorece la sinterización del comprimido. El tipo de horno más empleado es el continuo, con atmósferas controladas para impedir la oxidación de los polvos. Se distinguen tres zonas en los hornos de sinterización:

1. Calentamiento
2. Sinterizado
3. Enfriamiento

Diagramas TTT (Transformación-Tiempo-Temperatura)

Los diagramas TTT, también conocidos como diagramas de transformaciones isotérmicas de la austenita, permiten obtener la siguiente información:

• Tiempo necesario para iniciar la transformación a una temperatura determinada.
• Tiempo necesario para completar la transformación a dicha temperatura.
• Naturaleza del producto de transformación a esa temperatura.

Tipos de Aceros

Aceros de Fácil Mecanización

Los aceros de fácil mecanización se utilizan cuando la maquinabilidad es un factor esencial. Se caracterizan por un buen arranque y rotura de viruta, debido a los altos contenidos de azufre y otros elementos de adición especiales. Estos elementos forman inclusiones que favorecen la troceabilidad de la viruta y la autolubricación de la herramienta. Su empleo clásico es en la tornillería fabricada por arranque de viruta.

Para favorecer la maquinabilidad, se utiliza el plomo. La facilidad de mecanización depende de tres factores:

• Dureza
• Tamaño de grano grueso
• Inclusiones en la masa del acero

Se suelen utilizar aceros con adiciones de azufre, plomo y fósforo.

Aceros al Carbono de Construcción

Los aceros al carbono de construcción son aquellos en cuya elaboración no se adicionan voluntariamente elementos de aleación. Su composición incluye manganeso y silicio, además de otros residuos. Estos aceros se componen fundamentalmente de ferrita y perlita. Un aumento del carbono disminuye la ductilidad y la tenacidad.

Los tratamientos térmicos que se aplican a estos aceros son:

• Manganeso: Aumenta la dureza.
• Silicio: Aumenta el límite elástico.
• Fósforo: Aumenta la dureza en frío.

Procesos de Mecanizado

Fresado

Existen dos tipos principales de fresado:

Fresado Periférico

En el fresado periférico, también llamado fresado plano, el eje de la herramienta es paralelo a la superficie que se está mecanizando. La operación se realiza con los bordes de corte en la periferia exterior del cortador. Existen dos direcciones opuestas de rotación de la fresa con respecto al trabajo:

• Fresado ascendente
• Fresado descendente

Fresado Frontal

En el fresado frontal, el avance es perpendicular al eje de giro. La profundidad de corte axial es producida por los filos periféricos, y el acabado superficial es producido por los filos de la cara frontal.

Las principales diferencias entre el fresado periférico y frontal son que en el periférico la pieza se desplaza mientras que en el frontal es la fresa la que se mueve. Además, el fresado periférico se utiliza principalmente para desbaste, mientras que el frontal se utiliza para acabados más detallados.

Procesos de Conformado

Molino Laminador

Un molino laminador se utiliza para reducir el espesor de un material pasándolo a través de rodillos. Existen dos tipos principales:

• Molino de laminación básico: Consiste en dos rodillos, aunque pueden ser más, con diámetros que van de 0,6 a 1,4 metros. La configuración de los rodillos puede ser reversible o no reversible. En los no reversibles, los rodillos giran en la misma dirección y el trabajo pasa siempre a través del mismo lado. El molino reversible permite la rotación de los rodillos en ambas direcciones, permitiendo una serie de reducciones.
• Molino laminador en tándem: Posee varios rodillos que pueden realizar distintas reducciones de espesor en cada paso. A cada paso de laminación se incrementa la velocidad. Estos molinos se utilizan con frecuencia en operaciones de colada continua.

Moldeo Mecánico en Arena

En la producción en serie, se sustituyen los métodos manuales por el moldeo mecánico en arena realizado con maquinaria especializada. El moldeo consiste en rellenar una caja con arena y prensarla. Existen diferentes tipos de máquinas para el moldeo por:

• Presión
• Proyección
• Sacudidas
• Procedimiento mixto

Existe una última categoría para el moldeo mecánico de machos.

Moldeo en Coquilla vs. Moldeo por Gravedad

El moldeo en coquilla ofrece mayor precisión y constancia en las dimensiones de las piezas, así como superficies mejor acabadas en comparación con el moldeo por gravedad. Sin embargo, presenta limitaciones en la forma y dimensiones de las piezas, especialmente en el interior. Además, la elevada velocidad de enfriamiento puede crear tensiones internas.

Procesos de Corte

Chorro de Plasma vs. Oxicorte

El corte por chorro de plasma puede cortar todos los metales y aleaciones, y produce una deformación muy pequeña en las piezas. Sin embargo, el oxicorte puede cortar bloques de hasta 2500 mm de espesor. La ranura del corte por plasma es alrededor de un 50% más ancha que la del oxicorte, y los cortes no son perfectamente a escuadra.

Desventajas del Chorro de Plasma vs. Chorro de Agua

El corte por chorro de plasma presenta las siguientes desventajas en comparación con el corte por chorro de agua:

• El corte no es omnidireccional.
• El espesor de corte es limitado.
• La sección de corte queda afectada térmicamente.

Otros Procesos

Punzado

El punzado es un proceso de deformación en el cual se prensa una forma endurecida de acero sobre un bloque de acero suave. Se utiliza normalmente para hacer cavidades para el moldeo de plásticos y fundición en dados. El proceso se puede ilustrar con un pisón con una fresa de acero endurecido con la forma deseada. Cuando el pisón baja, aplasta el material de trabajo que se encuentra en un receptáculo, quedando así la figura marcada.

Soldadura Láser vs. Soldadura Convencional

La soldadura láser ofrece mayor precisión para piezas pequeñas y profundas, mínima contracción y distorsión, y soldaduras dúctiles y libres de porosidades. Sin embargo, presenta riesgos para los ojos, y los láseres de estado sólido son potencialmente peligrosos. Además, el costo de los equipos es considerablemente más caro (de 400,000 a 1,000,000 €).

Descarga Eléctrica (Electroerosión)

La electroerosión, también conocida como mecanizado por descarga eléctrica, retira metal mediante una serie de descargas discontinuas que producen temperaturas localizadas suficientemente altas para fundir o vaporizar el metal en la región inmediata a la descarga. El proceso se puede ilustrar con un electrodo (-) sumergido en un fluido dieléctrico que avanza hacia abajo, dejando una separación con el material de trabajo (+) para que salten las chispas.