Durante el tratamiento térmico del aluminio y sus aleaciones, suelen surgir diversos problemas, tales como:
-Colocación incorrecta de la pieza: Esto puede provocar la deformación de la pieza, a menudo debido a una eliminación de calor insuficiente por parte del medio de enfriamiento a una velocidad lo suficientemente rápida para lograr las propiedades mecánicas deseadas.
-Calentamiento rápido: Esto puede provocar una deformación térmica; la colocación adecuada de las piezas ayuda a garantizar un calentamiento uniforme.
-Sobrecalentamiento: Esto puede provocar una fusión parcial o fusión eutéctica.
-Incrustación superficial/oxidación a alta temperatura.
-Tratamiento de envejecimiento excesivo o insuficiente, pudiendo producirse ambos efectos pérdida de propiedades mecánicas.
-Fluctuaciones en los parámetros de tiempo/temperatura/templamiento que pueden provocar desviaciones en las propiedades mecánicas y/o físicas entre piezas y lotes.
-Además, la mala uniformidad de la temperatura, el tiempo de aislamiento insuficiente y el enfriamiento inadecuado durante el tratamiento térmico de la solución pueden contribuir a obtener resultados inadecuados.
El tratamiento térmico es un proceso térmico crucial en la industria del aluminio, profundicemos en más conocimientos relacionados.
1. Pretratamiento
Los procesos de pretratamiento que mejoran la estructura y alivian la tensión antes del temple son beneficiosos para reducir la distorsión. El pretratamiento suele incluir procesos como el recocido esferoidizante y el recocido de alivio de tensiones, y algunos también incorporan tratamientos de temple y revenido o normalización.
Recocido para alivio de tensionesDurante el mecanizado, pueden generarse tensiones residuales debido a factores como los métodos de mecanizado, el acoplamiento de la herramienta y las velocidades de corte. La distribución desigual de estas tensiones puede provocar distorsión durante el temple. Para mitigar estos efectos, es necesario un recocido de alivio de tensiones antes del temple. La temperatura para el recocido de alivio de tensiones suele ser de 500 a 700 °C. Al calentar en aire, se utiliza una temperatura de 500 a 550 °C con un tiempo de mantenimiento de 2 a 3 horas para evitar la oxidación y la descarburación. Se debe tener en cuenta la distorsión de la pieza debido al peso propio durante la carga; los demás procedimientos son similares al recocido estándar.
Tratamiento de precalentamiento para la mejora de la estructura:Esto incluye recocido esferoidizante, temple y revenido, tratamiento de normalización.
-Recocido esferoidizanteEsencial para el acero al carbono y el acero aleado para herramientas durante el tratamiento térmico, la estructura obtenida tras el recocido esferoidizante afecta significativamente la tendencia a la distorsión durante el temple. Ajustando la estructura posterior al recocido, se puede reducir la distorsión normal durante el temple.
-Otros métodos de pretratamientoSe pueden emplear diversos métodos para reducir la distorsión por temple, como el revenido y el tratamiento de normalización. La selección de pretratamientos adecuados, como el revenido y el tratamiento de normalización, según la causa de la distorsión y el material de la pieza, puede reducir la distorsión eficazmente. Sin embargo, es necesario tener cuidado con las tensiones residuales y el aumento de dureza tras el revenido. En particular, el revenido y el tratamiento de normalización pueden reducir la expansión durante el temple en aceros con W y Mn, pero tienen poco efecto en la reducción de la deformación en aceros como el GCr15.
En la producción práctica, identificar la causa de la distorsión por temple, ya sea por tensiones residuales o por una estructura deficiente, es esencial para un tratamiento eficaz. El recocido de alivio de tensiones debe realizarse para la distorsión causada por tensiones residuales, mientras que tratamientos como el revenido, que alteran la estructura, no son necesarios, y viceversa. Solo así se puede lograr el objetivo de reducir la distorsión por temple para reducir costos y garantizar la calidad.
2. Operación de calentamiento por enfriamiento
Temperatura de enfriamientoLa temperatura de temple afecta significativamente la distorsión. Para reducir la deformación, podemos ajustar la temperatura de temple, o bien, mantener la tolerancia de mecanizado reservada para que sea igual a la temperatura de temple, o bien, seleccionar y reservar razonablemente la tolerancia de mecanizado y la temperatura de temple después de las pruebas de tratamiento térmico, para así reducir la tolerancia de mecanizado posterior. El efecto de la temperatura de temple en la deformación por temple no solo está relacionado con el material utilizado en la pieza, sino también con su tamaño y forma. Cuando la forma y el tamaño de la pieza son muy diferentes, aunque el material sea el mismo, la tendencia de la deformación por temple es bastante diferente, y el operador debe prestar atención a esta situación en la producción real.
Tiempo de mantenimiento del templeLa selección del tiempo de mantenimiento no solo garantiza un calentamiento completo y la obtención de la dureza o las propiedades mecánicas deseadas tras el temple, sino que también considera su efecto sobre la distorsión. Extender el tiempo de mantenimiento del temple aumenta esencialmente la temperatura de temple, especialmente en aceros con alto contenido de carbono y cromo.
Métodos de carga:Si la pieza de trabajo se coloca en una forma irrazonable durante el calentamiento, provocará deformación debido al peso de la pieza de trabajo o deformación debido a la extrusión mutua entre las piezas de trabajo, o deformación debido a un calentamiento y enfriamiento desiguales debido al apilamiento excesivo de las piezas de trabajo.
Método de calentamientoPara piezas de formas complejas y espesores variables, especialmente aquellas con alto contenido de carbono y elementos de aleación, es crucial un proceso de calentamiento lento y uniforme. El precalentamiento suele ser necesario, lo que a veces requiere múltiples ciclos. Para piezas más grandes que no se tratan eficazmente mediante precalentamiento, el uso de un horno de resistencia de caja con calentamiento controlado puede reducir la distorsión causada por un calentamiento rápido.
3. Operación de enfriamiento
La deformación por temple se debe principalmente al proceso de enfriamiento. La selección adecuada del medio de temple, la operación experta y cada etapa del proceso de enfriamiento influyen directamente en la deformación por temple.
Selección del medio de extinciónPara garantizar la dureza deseada después del temple, se recomiendan medios de temple más suaves para minimizar la distorsión. Se recomienda el uso de medios de baño caliente para enfriar (para facilitar el enderezamiento mientras la pieza aún está caliente) o incluso enfriamiento por aire. Los medios con velocidades de enfriamiento entre agua y aceite también pueden reemplazar a los medios duales agua-aceite.
—Enfriamiento por aireEl temple por aire es eficaz para reducir la deformación por temple del acero de alta velocidad, el acero al cromo para moldes y el acero de microdeformación por enfriamiento por aire. Para el acero 3Cr2W8V, que no requiere alta dureza después del temple, el temple por aire también puede utilizarse para reducir la deformación mediante el ajuste adecuado de la temperatura de temple.
—Enfriamiento y temple de aceiteEl aceite es un medio de temple con una velocidad de enfriamiento mucho menor que el agua. Sin embargo, para piezas con alta templabilidad, tamaño pequeño, forma compleja y alta tendencia a la deformación, su velocidad de enfriamiento es demasiado alta. Sin embargo, para piezas pequeñas pero con baja templabilidad, su velocidad de enfriamiento es insuficiente. Para resolver estas contradicciones y aprovechar al máximo el temple con aceite para reducir la deformación de las piezas, se han adoptado métodos para ajustar y aumentar la temperatura del aceite y así ampliar su uso.
—Cambio de la temperatura del aceite de templeEl uso de la misma temperatura del aceite de temple para reducir la deformación presenta los siguientes problemas: a baja temperatura, la deformación sigue siendo importante, y a alta temperatura, es difícil garantizar la dureza de la pieza después del temple. Debido a la influencia combinada de la forma y el material de algunas piezas, el aumento de la temperatura del aceite de temple también puede aumentar su deformación. Por lo tanto, es fundamental determinar la temperatura del aceite de temple después de la prueba, según las condiciones reales del material, la sección transversal y la forma de la pieza.
Al utilizar aceite caliente para el temple, para evitar incendios causados por la alta temperatura del aceite durante el temple y el enfriamiento, se debe instalar el equipo contra incendios necesario cerca del tanque de aceite. Además, se debe comprobar periódicamente la calidad del aceite de temple y reponerlo o reemplazarlo a tiempo.
—Aumentar la temperatura de enfriamientoEste método es adecuado para piezas de acero al carbono de sección transversal pequeña y piezas de acero aleado ligeramente mayores que no cumplen los requisitos de dureza tras el calentamiento y la conservación del calor a temperaturas de temple normales y en aceite. Al aumentar adecuadamente la temperatura de temple y, posteriormente, el temple en aceite, se logra el endurecimiento y la reducción de la deformación. Al utilizar este método de temple, se debe tener cuidado para evitar problemas como el engrosamiento del grano, la reducción de las propiedades mecánicas y la reducción de la vida útil de la pieza debido al aumento de la temperatura de temple.
—Clasificación y austemperadoCuando la dureza de temple cumple con los requisitos de diseño, se debe aprovechar al máximo la clasificación y el austemperado del medio del baño caliente para reducir la deformación por temple. Este método también es eficaz para aceros estructurales al carbono de sección pequeña y aceros para herramientas de baja templabilidad, especialmente aceros para matrices con cromo y piezas de acero rápido de alta templabilidad. La clasificación del medio del baño caliente y el método de austemperado por enfriamiento son los métodos básicos de temple para este tipo de acero. De igual manera, también es eficaz para aceros al carbono y aceros estructurales de baja aleación que no requieren una alta dureza de temple.
Al realizar un baño caliente, se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:
En primer lugar, cuando se utiliza un baño de aceite para la clasificación y el enfriamiento isotérmico, la temperatura del aceite debe controlarse estrictamente para evitar la aparición de incendios.
En segundo lugar, al templar con sales de nitrato, el tanque de sales de nitrato debe estar equipado con los instrumentos y dispositivos de refrigeración por agua necesarios. Para otras precauciones, consulte la información pertinente; no las repetiré aquí.
En tercer lugar, la temperatura isotérmica debe controlarse estrictamente durante el temple isotérmico. Una temperatura alta o baja no contribuye a reducir la deformación por temple. Además, durante el austemperizado, se debe seleccionar el método de suspensión de la pieza para evitar la deformación causada por su peso.
En cuarto lugar, al utilizar el temple isotérmico o gradual para corregir la forma de la pieza en caliente, las herramientas y los accesorios deben estar completamente equipados y la operación debe ser rápida. Esto evita efectos adversos en la calidad del temple de la pieza.
Operación de enfriamiento:La operación hábil durante el proceso de enfriamiento tiene un impacto significativo en la deformación del temple, especialmente cuando se utilizan medios de temple de agua o aceite.
-Dirección correcta de entrada del medio de extinciónNormalmente, las piezas simétricamente equilibradas o con forma de varilla alargada deben templarse verticalmente en el medio. Las piezas asimétricas pueden templarse en ángulo. La dirección correcta busca garantizar un enfriamiento uniforme en todas las piezas, con las zonas de enfriamiento más lento entrando primero en el medio, seguidas de las secciones de enfriamiento más rápido. En la práctica, es fundamental considerar la forma de la pieza y su influencia en la velocidad de enfriamiento.
-Movimiento de piezas de trabajo en medio de templeLas piezas de enfriamiento lento deben estar orientadas hacia el medio de temple. Las piezas con formas simétricas deben seguir una trayectoria equilibrada y uniforme en el medio, manteniendo una amplitud pequeña y un movimiento rápido. Para piezas delgadas y alargadas, la estabilidad durante el temple es crucial. Evite el balanceo y considere el uso de abrazaderas en lugar de alambre para un mejor control.
-Velocidad de enfriamientoLas piezas deben templarse rápidamente. Especialmente en piezas delgadas, como varillas, una velocidad de temple más lenta puede provocar una mayor deformación por flexión y diferencias de deformación entre las secciones templadas en diferentes momentos.
-Enfriamiento controlado:Para piezas de trabajo con diferencias significativas en el tamaño de la sección transversal, proteja las secciones que se enfrían más rápido con materiales como cuerdas de asbesto o láminas de metal para reducir su velocidad de enfriamiento y lograr un enfriamiento uniforme.
-Tiempo de enfriamiento en aguaEn el caso de piezas que se deforman principalmente por tensión estructural, acorte el tiempo de enfriamiento en agua. En el caso de piezas que se deforman principalmente por tensión térmica, prolongue el tiempo de enfriamiento en agua para reducir la deformación por temple.
Editado por May Jiang de MAT Aluminum
Hora de publicación: 21 de febrero de 2024
