141_Resumen_10 - Departamento de Electrónica e Informática

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN HORNO DE TRATAMIENTO TÉRMICO DE ACEROS ESPECIALES A
1200°C, EN ATMÓSFERA INERTE.
OBJETIVOS:
Este artículo hace parte de un proyecto de investigación con fondos UCA, donde el objetivo
principal es la fabricación del horno de tratamientos térmicos para el temple de aceros
herramientas y aceros rápidos, tratados térmicamente en atmósfera inerte de gas nitrógeno y
poder así determinar la calidad metalúrgica y micro-estructural de estos aceros, después del
temple.
Los objetivos específicos es que la temperatura máxima de diseño para el horno sea de 1200° C y
que las paredes del horno están constituidas por una distribución de material refractario y de
material aislante con la finalidad de que la temperatura en las superficies externas del horno sea la
menor posible y que además no presenten un peligro para el usuario del horno.
METODOLOGÍA
El horno fabricado para el tratamiento térmico de temple, utiliza gas propano como combustible,
fue diseñado y construido en el laboratorio de Ciencias de los Materiales de la universidad, para
una temperatura máxima de 1200°C, usando un quemador atmosférico y utilizando aire
comprimido para regular la mezcla.
Para optimizar el espesor de las paredes del horno se utiliza simulaciones de modelos
matemáticos por computadora para determinar la mejor distribución de los materiales
refractarios y aislantes.
La fabricación del horno se realizó en varias etapas: (a) Dimensionamiento y determinación de la
potencia del horno; (b) Selección del revestimiento refractario; (c) Fabricación de la estructura
metálica; (d) Fabricación de la recamara de acero inoxidable para la atmósfera inerte; (e) Pintura y
montaje del horno y (f) Prueba de funcionamiento
Los aceros herramientas con mayor resistencia al desgaste necesitan llegar a una temperatura
generalmente por encima de los 1000°C, y utilizando una atmósfera inerte para evitar oxidación y
descarburación del acero.
Sabemos que a nivel de país no existe ninguna empresa que realice tratamientos térmicos de
calidad en aceros herramientas.
El tratamiento térmico se efectúa colocando las muestras de acero se en el interior de la recamara
de acero inoxidable que hace parte de la cámara interna del horno de gas propano y se inyecta gas
nitrógeno a 6L/min para generar una atmósfera inerte.
La eficiencia térmica del horno fabricado permite que la temperatura de 1200°C se alcance a los
35 minutos de funcionamiento. Temperatura de 1260°C, se alcanza en 45 minutos.
Las paredes del horno de gas propano han sido construidas con refractarios y manta cerámica,
permitiendo que a la máxima temperatura de diseño (1200°C) se consiga en su superficie externa,
temperaturas del orden de 60°C.
El desarrollo de proyectos de investigación por parte de la universidad en las carreras de ingeniería
y en particular en la carrera de Ingeniería Mecánica genera la necesidad de implementar técnicas
de diseño mecánico para la manufactura de herramientas fabricadas con aceros especiales.
Estas herramientas fabricadas en aceros especiales (moldes de aceros herramientas) permitirán la
fabricación de piezas en escala industrial.
Algunos ejemplos de piezas industriales fabricadas con moldes de aceros herramientas: hierro de
construcción, perfiles de aluminio, contenedores de agua embotellada y pisos cerámicos.
Los moldes de aceros herramienta para cumplir con las exigencias de calidad y durabilidad deben
ser tratados térmicamente antes de su uso.
Los tratamientos térmicos de estos moldes se realizan en hornos especiales y a temperaturas muy
elevadas, por lo general en el rango de 850°- 1080°C.
Una vez fabricado el horno se evaluó la calidad metalúrgica de dos tipos diferentes de aceros
herramientas, utilizados para trabajos a frió: AISI D2 y AISI D3, cuando fueron tratados
térmicamente en atmósfera inerte y templados en aceite.
RESULTADOS OBTENIDOS
Los resultados de los tratamientos térmicos obtenidos han sido completamente satisfactorios en
los aspectos más importantes de la investigación: (A) Visualmente no se observa descarburación
superficial en las muestras utilizadas, confirmando que la atmósfera del gas inerte ha funcionado
correctamente. No se ha formado capa oxidada. (B)La dureza de ambas muestras medidas en
escala Rockwell C, confirma el temple adecuado y obteniéndose valores superiores a 60 HRC.
Esta capa oxidada genera la descarburación superficial del acero y genera también baja dureza
Los tratamientos térmicos de revenido que se realizan posterior al temple, serán efectuados en un
horno de resistencias eléctricas.
El horno de revenido fue construido por el fabricante con circuito monofásico y control de
temperatura con cono pirometrico (control utilizado en cerámica), fue modificado y re
acondicionado para que funcionara con circuito trifásico y con control de temperatura electrónico
con accionamiento manual o vía computadora
Cuando comparamos las muestras de aceros herramientas tratadas en horno convencional (sin
atmósfera protectora) con las muestras del mismo acero tratadas en atmósfera inerte de gas
nitrógeno, observamos visualmente que las muestras con tratamiento convencional presentan la
formación de una capa oxidada.
Los resultados de dureza de las muestras tratadas en atmósfera inerte, confirman la calidad del
tratamiento térmico.
PRINCIPALES APORTES
Los resultados obtenidos en la investigación, realizando tratamientos térmicos de las muestras de
aceros herramientas, permiten que la universidad pueda aportar y contribuir al desarrollo
tecnológico del país en el tema de los tratamientos térmicos.
Estos resultados a nivel de laboratorio son consistentes con la teoría de los tratamientos térmicos.
Una vez que tengamos concluido totalmente el proyecto el laboratorio podrá brindar a las
empresas e industrias del país, asesoría y consultoría en tratamientos térmicos de aceros.
Finalmente, este desarrollo tecnológico permitirá que la universidad organice cursos teóricosprácticos, para docentes, investigadores, profesionales y alumnos.
El equipo de investigación de la universidad es multidisciplinario constituido por catedráticos y
alumnos de los departamentos de “Mecánica Estructural”, “Departamento de Electrónica e
Informática” y el Departamento de “Ciencias Energéticas y Fluídicas”
El desarrollo de proyectos de investigación por parte de la universidad en las carreras de ingeniería
y en particular en la carrera de Ingeniería Mecánica genera la necesidad de implementar técnicas
de diseño mecánico para la manufactura de herramientas fabricadas con aceros especiales.
Estas herramientas fabricadas en aceros especiales (aceros herramientas) permitirán la fabricación
de piezas en escala industrial.
Las piezas fabricadas con estas herramientas pueden ser piezas metálicas (aleaciones ferrosas y
aleaciones no ferrosas) o pueden ser piezas no metálicas: plásticos o cerámicas.
Algunos ejemplos de piezas industriales fabricadas con moldes de aceros herramientas: moldes
para fabricación del hierro de construcción, moldes para la extrusión de perfiles de aluminio,
moldes para plásticos (contenedores de agua embotellada) y moldes para cerámicas(pisos
cerámicos).
Los moldes de aceros herramienta para cumplir con las exigencias de calidad y durabilidad deben
ser tratados térmicamente antes de su uso.
Los tratamientos térmicos de estos moldes se realizan en hornos especiales y a temperaturas muy
elevadas, por lo general en el rango de 850°- 1080°C