Hornos de temple para aceros de herramientas y temperaturas de trabajo de baños de sales

Lo que hace un baño de sales que una atmósfera de horno no puede

In a salt bath the work is immersed in molten salt and heat reaches it by conduction, with the salt acting as a ready reservoir rather than as a radiating wall. The core of a tool then rises in temperature at roughly the same rate as its surface, which is the property the other furnace types cannot match, because convection and radiation heating cannot supply heat as fast as the whole tool absorbs it. The source gives the practical size of that difference, a 25 mm (1 in.) bar reaching temperature equilibrium in 4 min in a salt bath against 20 to 30 min in a convection or radiation furnace.

Three consequences follow and they are the reasons a salt bath is still the standard route for high speed steel tools. Distortion and residual stress are lower because the temperature is uniform and there is no thermal shock from a cold atmosphere. The surface comes out clean, free of carburisation, decarburisation and scale, which matters most for tools that cannot be ground after hardening or that need sharp edges. And the bath puts almost all of the power it draws into the work, about 93 to 97 per cent of the electricity consumed going directly into heating.

Mezclas de sales según la función que cumplen en el ciclo

Sales de austenización, el baño de alta temperatura

El baño de alta temperatura es la propia etapa de austenización y estas son las dos mezclas de cloruro de bario que la realizan. La mezcla 1 es el baño directo de 98 a 100 por ciento de cloruro de bario, el más caliente de los seis y el que se usa donde se necesita el máximo de 1300 °C del rango. La mezcla 2 añade 10 a 20 por ciento de cloruro de sodio, lo que baja el punto de fusión en 80 °C y amplía la banda útil hacia abajo hasta 930 °C, de modo que cubre las temperaturas de temple de los grados de trabajo en caliente y de acero rápido sin llegar al tope del rango.

Fuente, Tool Steels (G. A. Roberts y G. Krauss), Tabla 6-1, Composiciones típicas y rangos de temperatura de trabajo recomendados de mezclas de sales usadas en el tratamiento térmico de aceros de herramientas, página impresa 106. Los tres puntos los imprime la fuente donde una mezcla no contiene ninguno de ese componente. Este es un resumen de referencia de la práctica publicada y no una especificación de Aobo Steel.

Sales de precalentamiento

Un baño de precalentamiento cumple dos funciones a la vez. Elimina el choque térmico del salto a la temperatura de austenización y acorta el tiempo que la herramienta tiene que permanecer a alta temperatura, que es lo que limita el crecimiento de grano y la descarburización en la entrada. La mezcla 3 es el baño más económico de 70 por ciento de cloruro de bario y 30 por ciento de cloruro de sodio y la mezcla 4 incorpora 25 por ciento de cloruro de potasio para un punto de fusión más bajo y una banda de trabajo más baja.

Fuente, Tool Steels (G. A. Roberts y G. Krauss), Tabla 6-1, página impresa 106. La mezcla 3 se imprime con un punto de fusión de 335 °C, por debajo del punto de fusión de cualquiera de sus dos componentes; la cifra se reproduce tal como la imprime la fuente en lugar de corregirse. Este es un resumen de referencia de la práctica publicada y no una especificación de Aobo Steel.

Sales de temple y revenido

El baño de temple iguala la temperatura en el descenso y deja la superficie limpia que han producido las etapas anteriores, y un baño de nitrato de este tipo también sirve para la etapa de revenido, donde una sal a 500 a 675 °C hace el mismo trabajo que un horno de revenido con un control más ajustado de la pieza. La mezcla 5 es el tipo cloruro en el tope de esa banda y la mezcla 6 es el tipo nitrato, el de menor punto de fusión de los seis y el único formado enteramente por nitrato de sodio y potasio.

Fuente, Tool Steels (G. A. Roberts y G. Krauss), Tabla 6-1, página impresa 106. Los tres puntos los imprime la fuente donde una mezcla no contiene ninguno de ese componente. Este es un resumen de referencia de la práctica publicada y no una especificación de Aobo Steel.

Cómo leer el punto de fusión frente al rango de trabajo

Los dos pares de columnas de la derecha son la parte práctica de la tabla, y deben leerse como un par. El punto de fusión es el piso del baño, la temperatura a la que la sal es líquida del todo; el rango de trabajo es la banda que la fuente recomienda para el tratamiento térmico en él. La brecha entre ambos es el margen de seguridad contra congelar el baño con una carga fría o una pared de horno fría, que es por lo que los baños de precalentamiento y de temple llevan un rango de trabajo muy por encima de su punto de fusión y los baños de austenización, que funcionan calientes y de forma continua, empiezan más cerca del suyo.

Lea el grupo de cloruros y el grupo de nitratos por separado. Las cuatro mezclas de cloruros se basan en cloruro de bario y funcionan a alta temperatura, y las adiciones de cloruro de sodio y cloruro de potasio están ahí para mover el punto de fusión, que es lo único que un taller puede ajustar sin cambiar el equipo. Las dos mezclas de nitratos se sitúan en el otro extremo de la escala y se usan donde la temperatura de trabajo es inferior a 700 °C y el baño tiene que mantenerse fluido y limpio alrededor de una pieza terminada en lugar de templarla.

Datos de referencia relacionados

Los grados que más a menudo pasan por estos baños se describen con sus formas y condiciones de entrega en acero para herramientas M2, acero para herramientas H13 y acero para herramientas D2. Los parámetros de temple y revenido que un baño de sales debe cumplir para toda la gama AISI se tabulan en tabla de temple y revenido del acero para herramientas, las temperaturas a las que se mantiene cada grado se recogen en rangos de temperatura de tratamiento térmico de aceros de herramientas, y los tratamientos superficiales aplicados después del temple se describen en Tratamiento superficial del acero para herramientas.

Recopilado de Tool Steels (G. A. Roberts y G. Krauss), Tabla 6-1, Composiciones típicas y rangos de temperatura de trabajo recomendados de mezclas de sales usadas en el tratamiento térmico de aceros de herramientas, en la página impresa 106, el capítulo sobre aspectos prácticos del tratamiento térmico de aceros de herramientas. La tabla se reproduce tal como se publicó y es un resumen de referencia más que una especificación de Aobo Steel, así que trátela como la práctica de un libro de texto metalúrgico y no como una receta para un horno concreto.