Aprenda cómo se pueden aplicar tratamientos térmicos a muchas aleaciones metálicas para mejorar drásticamente las propiedades físicas clave como la dureza, la resistencia y la maquinabilidad.
Introducción
Los tratamientos térmicos se pueden aplicar a muchas aleaciones metálicas para mejorar drásticamente las propiedades físicas clave (por ejemplo, dureza, resistencia o maquinabilidad).Estos cambios ocurren debido a modificaciones en la microestructura y, en ocasiones, en la composición química del material.
Esos tratamientos implican el calentamiento de las aleaciones metálicas a (generalmente) temperaturas extremas, seguido de un paso de enfriamiento en condiciones controladas.La temperatura a la que se calienta el material, el tiempo que se mantiene a esa temperatura y la velocidad de enfriamiento afectan en gran medida las propiedades físicas finales de la aleación metálica.
En este artículo, revisamos los tratamientos térmicos que son relevantes para las aleaciones metálicas más utilizadas en el mecanizado CNC.Al describir el efecto de estos procesos en las propiedades de la pieza final, este artículo lo ayudará a elegir el material adecuado para sus aplicaciones.
¿Cuándo se aplican los tratamientos térmicos?
Los tratamientos térmicos se pueden aplicar a las aleaciones metálicas durante todo el proceso de fabricación.Para las piezas mecanizadas por CNC, los tratamientos térmicos suelen aplicarse:
Antes del mecanizado CNC: cuando se solicita un grado estandarizado de una aleación de metal que está fácilmente disponible, el proveedor de servicios CNC mecanizará las piezas directamente a partir de ese material en stock.Esta suele ser la mejor opción para reducir los plazos de entrega.
Después del mecanizado CNC: algunos tratamientos térmicos aumentan significativamente la dureza del material o se utilizan como paso de acabado después del conformado.En estos casos, el tratamiento térmico se aplica después del mecanizado CNC, ya que la alta dureza reduce la maquinabilidad de un material.Por ejemplo, esta es una práctica estándar cuando se mecanizan con CNC piezas de acero para herramientas.
Tratamientos térmicos comunes para materiales CNC
Recocido, alivio de tensión y templado
El recocido, el revenido y el alivio de tensiones implican el calentamiento de la aleación metálica a una temperatura alta y el posterior enfriamiento del material a un ritmo lento, generalmente al aire o en el horno.Difieren en la temperatura a la que se calienta el material y en el orden del proceso de fabricación.
En el recocido, el metal se calienta a una temperatura muy alta y luego se enfría lentamente para lograr la microestructura deseada.El recocido generalmente se aplica a todas las aleaciones metálicas después de la formación y antes de cualquier procesamiento adicional para suavizarlas y mejorar su maquinabilidad.Si no se especifica otro tratamiento térmico, la mayoría de las piezas mecanizadas por CNC tendrán las propiedades materiales del estado recocido.
El alivio de tensiones implica el calentamiento de la pieza a una temperatura alta (pero más baja que el recocido) y generalmente se emplea después del mecanizado CNC para eliminar las tensiones residuales creadas por el proceso de fabricación.De esta manera se producen piezas con propiedades mecánicas más consistentes.
El revenido también calienta la pieza a una temperatura más baja que el recocido, y generalmente se emplea después del templado (ver la siguiente sección) de aceros dulces (1045 y A36) y aceros aleados (4140 y 4240) para reducir su fragilidad y mejorar su desempeño mecánico.
Temple
El enfriamiento implica el calentamiento del metal a una temperatura muy alta, seguido de un paso de enfriamiento rápido, generalmente sumergiendo el material en aceite o agua o exponiéndolo a una corriente de aire frío.El enfriamiento rápido "bloquea" los cambios en la microestructura que sufre el material cuando se calienta, lo que da como resultado piezas con una dureza muy alta.
Las piezas generalmente se templan como un paso final en el proceso de fabricación después del mecanizado CNC (piense en los herreros sumergiendo sus cuchillas en aceite), ya que el aumento de la dureza hace que el material sea más difícil de mecanizar.
Los aceros para herramientas se templan después del mecanizado CNC para lograr sus propiedades de dureza superficial muy altas.A continuación, se puede utilizar un proceso de templado para controlar la dureza resultante.Por ejemplo, el acero para herramientas A2 tiene una dureza de 63-65 Rockwell C después del templado, pero se puede templar a una dureza que oscila entre 42 y 62 HRC.El templado prolonga la vida útil de la pieza, ya que reduce la fragilidad (los mejores resultados se obtienen con una dureza de 56-58 HRC).
Endurecimiento por precipitación (envejecimiento)
El endurecimiento por precipitación o el envejecimiento son dos términos que comúnmente se usan para describir el mismo proceso.El endurecimiento por precipitación es un proceso de tres pasos: el material primero se calienta a alta temperatura, luego se apaga y finalmente se calienta a una temperatura más baja durante un largo período de tiempo (envejecido).Esto hace que los elementos de la aleación que aparecen inicialmente como partículas discretas de diferente composición se disuelvan y distribuyan uniformemente en la matriz metálica, de manera similar a como se disuelven los cristales de azúcar en agua cuando se calienta la solución.
Después del endurecimiento por precipitación, la resistencia y la dureza de las aleaciones metálicas aumentan drásticamente.Por ejemplo, el 7075 es una aleación de aluminio, comúnmente utilizada en la industria aeroespacial, para fabricar piezas de resistencia a la tracción comparable al acero inoxidable, con un peso inferior a 3 veces.
Endurecimiento y cementación
El endurecimiento superficial es una familia de tratamientos térmicos que dan como resultado piezas con una gran dureza en su superficie, mientras que los materiales subyacentes permanecen blandos.A menudo se prefiere esto a aumentar la dureza de la pieza en todo su volumen (por ejemplo, mediante el templado), ya que las piezas más duras también son más frágiles.
La cementación es el tratamiento térmico de cementación más común.Implica el calentamiento de aceros dulces en un entorno rico en carbono y el posterior enfriamiento de la pieza para bloquear el carbono en la matriz metálica.Esto aumenta la dureza superficial de los aceros de forma similar a como la anodización aumenta la dureza superficial de las aleaciones de aluminio.
Hora de publicación: 14-feb-2022