Deformación en el tratamiento térmico: alivio de tensiones, sobrante y estrategia de referencias
A nadie le sorprende que una pieza se mueva durante el tratamiento térmico. Lo que sorprende es cuánto del coste final lo determinan decisiones tomadas antes de que entre en el horno.
Son tres: cuánto material deja, si hace un alivio de tensiones y desde qué superficies piensa volver a localizar la pieza después.
De dónde viene el movimiento
Dos mecanismos, que conviene separar porque los remedios son distintos.
El cambio de volumen por transformación de fase. La austenita se convierte en martensita, y la martensita ocupa más volumen. Toda pieza crece. En un acero para herramientas típico es del orden de 0.1-0.2% lineal, modificado por la cantidad de austenita retenida y por el revenido. Es en general uniforme y en general predecible: se puede planificar.
La distorsión por gradientes térmicos y tensiones residuales. La pieza se calienta y se enfría de forma desigual, las distintas secciones se transforman en momentos distintos, y las tensiones residuales que quedaron atrapadas por el laminado, la forja o el desbaste se liberan. Esto no es uniforme y no es predecible en detalle. Es la que alabea una placa hasta dejarla como una patata frita.
La segunda es la que ataca el alivio de tensiones.
Alivio de tensiones, y por qué el desbaste es el detonante
Un bloque laminado o forjado llega con tensión interna. El desbaste retira material de forma asimétrica, lo que desequilibra esa tensión, y el bloque se mueve, a veces de inmediato, a veces en el horno.
La secuencia estándar para una pieza templada en masa:
- Desbaste, dejando un sobrante generoso, típicamente 2-3 mm por lado en un bloque grande.
- Alivio de tensiones. Calentar a 600-675 °C, mantener aproximadamente una hora por cada 25 mm de sección, enfriar despacio. La pieza se mueve aquí, de forma controlada, donde no hace daño.
- Semiacabado, limpiando lo que se haya movido y dejando el sobrante real del tratamiento térmico.
- Temple y revenido.
- Acabado por mecanizado o rectificado.
Saltarse el paso 2 en una pieza grande o asimétrica es la causa más común de que un bloque vuelva del horno irrecuperable.
En piezas ya templadas que se terminan por rectificado, un alivio de tensiones a baja temperatura tras el rectificado de desbaste, típicamente 25-55 °C por debajo de la temperatura de revenido, elimina la tensión del rectificado sin tocar la dureza.
Cuánto material dejar
Es el número que los talleres más quieren ver en su plano, y el que con más frecuencia falta.
Orientación aproximada del sobrante tras el tratamiento térmico:
| Tipo de pieza | Sobrante por lado |
|---|---|
| Pequeña, simple, temple al aire (A2, D2) | 0.1-0.2 mm |
| Bloque mediano, temple al aire | 0.2-0.4 mm |
| Placa grande (>300 mm), temple al aire | 0.4-0.8 mm |
| Temple en aceite (O1, S7 de gran sección) | 0.3-1.0 mm |
| Secciones delgadas o asimétricas, cualquier grado | Añadir 50-100% |
Los grados de temple al aire se mueven mucho menos que los de temple en aceite: es el argumento central de O1 frente a A2. Elegir un grado de temple al aire suele salir más barato que pagar por mecanizar la distorsión de un temple en aceite.
Dos fallos que evitar:
Muy poco sobrante. La pieza se mueve más de lo que dejó, un punto bajo no se limpia, y el bloque es chatarra después de todo el trabajo ya invertido.
Demasiado sobrante. Ahora está fresando duro o rectificando 1 mm de acero a 60 HRC en cada superficie. Es lento, caro, y introduce calor en la pieza. Véase mecanizado tras el tratamiento térmico.
Estrategia de referencias: lo que todo el mundo olvida
Este es el fallo que más cuesta y del que menos se habla.
Usted mecaniza una pieza con detalles acotados desde dos caras de referencia. Va a tratamiento térmico. Vuelve, y esas caras de referencia se han movido: ya no son planas, ya no están a escuadra entre sí, y ya no están donde estaban.
El taller tiene ahora que restablecer las referencias antes de poder terminar nada. Si usted no ha dicho cómo, elegirá él. Si elige de forma distinta a como están referenciadas sus tolerancias, cada cota se mide desde el lugar equivocado y la pieza falla en la inspección aunque sea geométricamente correcta.
Qué hacer:
Designar explícitamente las referencias posteriores al tratamiento térmico. Una nota: «tras el tratamiento térmico, restablecer las referencias A y B por rectificado; 0.3 mm de material previsto en ambas».
Dejar más material en las caras de referencia que en cualquier otra. Tienen que limpiarse por completo, porque todo lo demás se refiere a ellas.
Siempre que sea posible, hacer las referencias grandes, planas y sobre material macizo. Una referencia en una brida delgada se habrá movido más que una en una sección de 40 mm de espesor.
Considerar una referencia de sacrificio. Un elemento adicional, como una pastilla mecanizada o un par de agujeros escariados, que existe solo para localizar la pieza tras el tratamiento térmico y se elimina al final. En utillaje complejo es una práctica habitual y merece el material.
Qué escribir en el plano
Una nota breve de tratamiento térmico que cubra cuatro cosas:
TRATAMIENTO TÉRMICO
1. Desbaste, alivio de tensiones 650 °C, 1 h / 25 mm de sección, enfriamiento lento.
2. Temple y revenido a 58-60 HRC. Doble revenido.
3. Sobrante tras TT: 0.3 mm por lado; 0.5 mm en referencias A y B.
4. Restablecer las referencias A y B por rectificado antes del mecanizado de acabado.Cuatro líneas. Eliminan la mayor parte de la ambigüedad que hace que las cotizaciones de acero templado varíen tanto, y evitan los fallos que convierten un bloque de 30 horas en chatarra.
Envíe esa nota con el plano en la solicitud de cotización y las cotizaciones de distintos talleres serán directamente comparables, porque todos estarán cotizando el mismo plan.