Tratamiento térmico automatizado de aceros para herramientas
El tratamiento térmico de producción de acero para herramientas se realiza en líneas automatizadas de baño de sales en lugar de una herramienta a la vez. La línea transporta las piezas a través del precalentamiento, el calentamiento alto y el temple en un ciclo fijo, y el tiempo de ciclo lo determina la pieza de trabajo y no el operador. Esta página presenta la secuencia de etapas con sus temperaturas de operación, y los tiempos de ciclo publicados para brocas helicoidales y otras herramientas.
Cómo se dispone una línea automatizada de acero para herramientas
La descripción publicada de una línea de producción de acero para herramientas tiene las piezas suspendidas en dispositivos de sujeción tipo tenaza y transportadas a través del proceso por un transportador de cadena sobre barras portadoras. Los brazos de transferencia rotativos se ubican entre las unidades de precalentamiento y calentamiento alto y entre las unidades de calentamiento alto y temple. La ubicación del brazo de transferencia se rige principalmente por la tasa de producción, pero siempre se requiere un brazo entre el calentamiento alto y el temple, porque la parte metalúrgica del ciclo depende de que la transferencia sea rápida.
Las líneas también tienen áreas libres sobre los hornos para que las herramientas puedan enfriarse al aire en su lugar. Están equipadas para ciclos que van desde menos de un minuto hasta diez minutos. Donde el volumen lo justifica, se agrega una estación para un temple isotérmico en nitrato después del temple en sal neutra. Esa etapa adicional baja rápidamente la temperatura de las herramientas y reduce el tiempo de enfriamiento al aire de 24 veces el tiempo a la temperatura de calentamiento alto a 6 veces.
Etapas del proceso y temperaturas de operación
Las etapas se ejecutan en un orden fijo desde el primer precalentamiento hasta el enjuague. Cada una tiene su propio rango de temperatura de trabajo, y el rango se amplía o se estrecha según el grado y la sección que se trate. La columna de tiempo se escribe como un múltiplo del tiempo a la temperatura de calentamiento alto en lugar de en minutos, porque ese tiempo base depende de la pieza de trabajo y lo establece la segunda tabla a continuación.
| Etapa del proceso | Temperatura de operación, °C | Temperatura de operación, °F | Tiempo total en el horno |
|---|---|---|---|
| Primer precalentamiento | 650-870 | 1200-1600 | X |
| Segundo precalentamiento | 760-1040 | 1400-1900 | X |
| Calentamiento alto | 1010-1290 | 1850-2350 | X |
| Temple isotérmico | 540-705 | 1000-1300 | X |
| Enfriar al aire | Temperatura ambiente | Temperatura ambiente | 6X, 12X o 24X |
| Lavado, agua caliente | 80-95 | 180-200 | 6X |
| Enjuague, agua caliente | 80-95 | 180-200 | X |
Tiempos y temperaturas relativos del proceso para una línea automatizada de tratamiento térmico de acero para herramientas. La columna de tiempo se expresa como un múltiplo del tiempo a la temperatura de calentamiento alto, que lo establece la pieza y se indica en la tabla a continuación, por lo que una X es un múltiplo de ese tiempo. Fuente, Tabla 2 de Automatic Heat Treating of Tool Steels, en ASM Handbook, Volumen 4, Heat Treating.
Tiempos de ciclo para brocas helicoidales y otras herramientas
Los tiempos publicados para brocas helicoidales se dan al segundo y se agrupan por diámetro, de modo que un taller puede leer el tiempo de calentamiento alto directamente del diámetro. Las copas y las fresas de extremo se tratan como piezas de trabajo individuales a tiempos fijos. Estos son los tiempos a la temperatura de calentamiento alto, y son la X en la tabla de etapas anterior.
| Pieza de trabajo | Tiempo en calentamiento alto |
|---|---|
| Brocas helicoidales de 2.54-4.78 mm (0.100-0.188 in.) | 1 min 30 s |
| Brocas helicoidales de 4.80-8.08 mm (0.189-0.318 in.) | 1 min 40 s |
| Brocas helicoidales de 8.10-12.90 mm (0.319-0.508 in.) | 1 min 50 s |
| Brocas helicoidales de 12.93-18.24 mm (0.509-0.718 in.) | 2 min 0 s |
| Brocas helicoidales de 18.26-23.32 mm (0.719-0.918 in.) | 2 min 20 s |
| Brocas helicoidales de 23.34-38.10 mm (0.919-1.500 in.) | 2 min 40 s |
| Copas de 102 mm (4 in.) de diámetro | 6 min |
| Fresas de extremo de 64 mm (2½ in.) de diámetro | 7 min |
| Fresas de extremo de 76 mm (3 in.) de diámetro | 10 min |
Tiempos de ciclo para brocas helicoidales y otras herramientas en la etapa de calentamiento alto. Los diámetros son las bandas utilizadas por la fuente, y los tiempos son los tiempos programados a temperatura. Fuente, Tabla 3 de Automatic Heat Treating of Tool Steels, en ASM Handbook, Volumen 4, Heat Treating.
Para los diámetros más pequeños la misma fuente también registra la carga. Las brocas de 2.54 mm (0.100 in.) funcionan a 160 piezas por tenaza, 480 piezas en el baño, lo que es 1.2 kg (2.6 lb) de trabajo en una sola carga.
Por qué el temple en nitrato se mantiene alejado del horno de calentamiento alto
El temple en nitrato y el horno de calentamiento alto son unidades separadas por una razón que se indica claramente en la fuente. Si se permite que tan solo 600 ppm de sales de nitrato entren en el horno de calentamiento alto, se puede causar un daño superficial extremo a la herramienta que se está tratando. La disposición de transferencia y las estaciones separadas existen para mantener los dos baños aparte.
Los baños de sales también necesitan rectificación periódica, porque las sales de austenización neutras captan óxidos solubles y metales disueltos durante su uso. Una vez que el baño se vuelve oxidante y decarburizante hacia el acero, debe rectificarse, y cuanto mayor sea la temperatura de operación, con más frecuencia. Los baños que funcionan por encima de 1080 °C (1975 °F) requieren rectificación al menos una vez al día. Una prueba de lima sobre una probeta endurecida, o un análisis que muestre más de 0.5% de BaO, es la verificación común de que un baño de calentamiento alto se ha desviado.
Qué grados se procesan en estas líneas
El rango de calentamiento alto en la tabla, 1010 a 1290 °C (1850 a 2350 °F), es el rango de acero rápido, y las brocas helicoidales, fresas de extremo, machos, fresas madre y escariadores son las herramientas que llenan esas líneas. Las brocas y fresas de extremo en la segunda tabla típicamente están hechas de Acero rápido M2, el grado de molibdeno de uso general utilizado para la mayor parte de las herramientas de corte.
El ciclo completo para estos grados, desde el recocido hasta la austenización, el temple y el revenido múltiple, se expone en la página de detalle del tratamiento térmico del acero rápido, que contiene las temperaturas y la respuesta al revenido que acompañan a los tiempos de calentamiento alto aquí indicados.
Antes de usar estos valores
Esta página es un resumen de referencia de la práctica publicada y no es una especificación de Aobo Steel. Las etapas y los tiempos son las cifras publicadas para las herramientas nombradas, y una línea diferente, carga de sujeción o tamaño de sección los modificará. Los parámetros finales del ciclo los establece el tratador térmico.
Fuente: ASM Handbook, Volume 4, Heat Treating, ASM International, 1991.