El tratamiento superficial desempeña un papel fundamental en la mejora de la funcionalidad de la superficie de un componente. Dado que los distintos tratamientos superficiales operan mediante mecanismos únicos, proporcionan funciones distintas y presentan características variadas, su momento de aplicación también difiere. Por lo tanto, seleccionar correctamente el tipo de tratamiento superficial apropiado y programar racionalmente el proceso de tratamiento son pasos cruciales para garantizar que se aprovechen al máximo su potencial y beneficios.
¿Cómo elegir el tratamiento de superficie?
La elección de un tratamiento de superficies El objetivo principal de una pieza es lograr una función o un rendimiento específicos. Para garantizar los mejores resultados, los ingenieros deben seguir estos principios básicos al seleccionar un tipo de tratamiento.
Adaptabilidad
El primer paso consiste en determinar si el tratamiento superficial elegido es el más adecuado para las condiciones de funcionamiento y los requisitos funcionales de la pieza. Es fundamental realizar un análisis exhaustivo del entorno de trabajo del componente.
Condiciones de carga
La magnitud de la carga afecta al potencial de daños, lo que determina el espesor necesario de la capa de refuerzo.
Para cargas elevadas que provocan un desgaste superficial significativo, conviene seleccionar métodos que proporcionen una capa gruesa y reforzada, como la proyección térmica. El tipo de fuerza (p. ej., impacto, fricción) determina el modo de fallo e influye en el tipo de refuerzo necesario.
Para cargas alternas repetidas que provocan daños por fatiga, seleccione métodos de refuerzo que produzcan una microestructura refinada y una tensión de tracción mínima, como la proyección térmica. En estos casos, evite procesos de recubrimiento grueso, como el cromado duro.
La velocidad relativa suele influir en el tipo de desgaste. Si el daño es por abrasión debido a partículas duras, considere métodos como la proyección térmica o el cromado duro. Si el daño es por fricción pura, considere procesos como el zincado, el cobreado o niquelado puede ser apropiado
Condiciones ambientales
El entorno circundante influye en la degradación del material.
Si el medio contiene partículas duras, provocará un desgaste abrasivo severo. Seleccione tratamientos que proporcionen una capa gruesa y de alta dureza, como el cromado duro. Para entornos con corrosión severa que podría derivar en corrosión por erosión o fatiga por corrosión, elija materiales con alta resistencia. Para agua de mar o entornos clorados, utilice proyección térmica de acero inoxidable austenítico o acero inoxidable dúplex, o cobreado. Para medios ácidos/alcalinos, utilice acero inoxidable austenítico o aleaciones de níquel. Para SO₂2 que contiene medios, considere materiales de aluminioPara la protección general contra la corrosión, el zincado o óxido negro puede ser suficiente.
Condiciones de temperatura
Las temperaturas extremas no deben ignorarse, ya que pueden provocar fallos como la oxidación o la fatiga térmica. Las condiciones que causan oxidación superficial, fatiga térmica o una menor estabilidad térmica requieren materiales como el acero inoxidable martensítico o las aleaciones de base cobalto. Las condiciones que reducen la ductilidad y la tenacidad del material, provocando fragilidad, requieren materiales como las aleaciones austeníticas o las aleaciones de base níquel.
Factibilidad
Este principio evalúa si el tratamiento superficial elegido puede implementarse de manera efectiva y práctica en el componente específico.
El material base del componente y su historial de procesamiento previo no deben ser incompatibles con el tratamiento elegido. Por ejemplo, los procesos de alta temperatura como la proyección térmica, donde la superficie se funde, no son adecuados para materiales con bajos puntos de fusión.
Si un tratamiento requiere alivio de tensiones a alta temperatura, pero dicha temperatura se aproxima o supera la temperatura de revenido del material base, se reducirá la dureza y la resistencia del componente. En este caso, seleccione un tratamiento que genere poca o ninguna tensión residual y que no requiera un acabado posterior a alta temperatura.
Los materiales que son altamente susceptibles a la fragilización por hidrógeno (aquellos con alta dureza o resistencia) no deben someterse a procesos que impliquen la liberación de hidrógeno, como el decapado o ciertos métodos de recubrimiento, ya que esto puede causar fisuras.
Las piezas complejas con ranuras profundas, agujeros o bordes afilados no son ideales para galvanoplastiaEl electrochapado puede generar espesores irregulares y rebabas en estas zonas, lo que podría provocar el desprendimiento del recubrimiento. Las piezas de paredes delgadas o fácilmente deformables no soportan la alta tensión residual ni el calor de ciertos tratamientos. En estos casos, se requieren tratamientos a baja temperatura y baja tensión residual.
Emparejar
El objetivo es que la vida útil de la superficie tratada coincida con la vida útil prevista de la máquina o el conjunto. El tratamiento debe ser duradero, pero se debe evitar un diseño excesivo.
Si la vida útil de una máquina es de 10 años, la vida útil del tratamiento superficial debería ser idealmente de 10 años, o al menos minimizar el número de sustituciones de componentes durante ese período. Tratar una pieza durante 15 años en un sistema de 10 años se considera un sobredimensionamiento y un desperdicio de recursos.
Este concepto ayuda a cuantificar la efectividad de un tratamiento.
ε = WH /WT
WH es el desgaste del componente sin tratamiento superficial. WT El desgaste se produce en el componente con tratamiento superficial. Un valor e más alto indica un mejor efecto del tratamiento superficial.
Un valor ε más alto indica un mejor efecto del tratamiento superficial. Por ejemplo, si una pieza sin tratamiento necesita cinco reemplazos en 50 años, el tratamiento ideal debería buscar un valor ε igual o superior a 5.
Inicie su producción desde la creación de prototipos hasta la escalabilidad.
- Entrega global fiable y puntual
- Múltiples certificaciones disponibles
- Inspección completa antes de cada envío
Económicas
La consideración final consiste en lograr la función requerida al menor costo posible. Una forma sencilla de evaluar la viabilidad económica es:
Cq ≤ Cw · (Sq Sw)
Cq es el coste del componente con acabado superficial. Cw es el coste del componente sin tratar. Sq es la vida útil del componente tratado. Sw es la vida útil del componente no tratado.
Implementación del tratamiento superficial
Una vez que el ingeniero de diseño ha determinado el método apropiado, el ingeniero de fabricación debe implementar correctamente el proceso para maximizar su función.
El tratamiento superficial debe programarse correctamente dentro de las etapas generales de fabricación.
Los tratamientos de gran espesor, como la proyección térmica, suelen provocar deformaciones significativas y requieren un tratamiento posterior para aliviar tensiones y un mecanizado considerable. Deben programarse después del mecanizado de desbaste.
Tratamientos que requieren pulido superficial, como el duro cromado, debería programarse después de la semi-finalización.
Los procesos que requieren un mecanizado posterior mínimo o nulo, como el recubrimiento electrolítico, la galvanización o los tratamientos con haces de alta energía, deben programarse después del acabado final.
Todos los tratamientos superficiales deben realizarse después del tratamiento térmico final del componente. Realizar el tratamiento térmico posteriormente dañará la funcionalidad del tratamiento superficial.
Un correcto pretratamiento de la superficie es esencial para una fuerte adhesión entre la capa de tratamiento y el sustrato. La mayoría de los tratamientos requieren una superficie lisa, pero algunos, como la proyección térmica, requieren específicamente un tratamiento de rugosidad superficial para mejorar la adherencia.
Algunos materiales o tratamientos requieren alivio de tensiones antes del proceso de superficie, mientras que otros no.
Un margen de seguridad correcto es crucial, especialmente para tratamientos de alta precisión o que requieran mucho espesor. Este margen debe considerar el espesor necesario de la capa de refuerzo y el mecanizado/rectificado posterior. En componentes como tuercas y tornillos, un margen de seguridad incorrecto en las zonas roscadas puede impedir que el producto final cumpla con los requisitos dimensionales y de tolerancia.
Los pasos posteriores al acabado, como el alivio de tensiones o la deshidrogenación, a menudo son necesarios después de ciertos procesos y deben ser estrictamente programados y realizados por el equipo de fabricación.
