Tratamiento termico: Arte o ciencia

Cuando sucede un problema en tratamientos termicos, siempre les digo a mis colegas: Caso por caso, no todos los problemas tienen la misma causa raiz, hay que analizar.

Los metalurgicos encargados del proceso productivo que involucra el tratamiento térmico somos los médicos de la industria porque:

• Recibimos al paciente enfermo y en algunos casos muerto.
• Tenemos que hacer la oscultación primaria, para mandar a realizar estudios de laboratorio.
• Realizamos la interpretación de los resultados y algunas veces las mismas pruebas para asegurarnos de que todo está bien analizado.
• Realizamos el diagnostico final, tratamiento del paciente y damos seguimiento a su evolución.

Pero finalmente es una mezcla entre conocimiento teórico aprendido atravez de los libros + experiencia practica que te dan los años de fallas y aciertos + el sexto sentido (que muchos llaman feeling) que al final te da un resultado igual o muy cercano de lo que requieres.

Les voy a poner un ejemplo practico:

En una compañia "A", me pidieron ayuda para analizar un número de parte especifico que salia "baja de dureza superficial + "baja capa carburizada", llevaban 5 cargas continuas rechazadas + 15,000 USD de scrap por no tener bien definido el proceso. El responsable del área ya estaba cegado por el problema y no podía razonar por la presión de la planta.

Cuando llegué al laboratorio, pedí al tecnico que me puliera 1 probeta metalográfica y revisando la microestructura atacada con nital al 2 % observe que había altos contenidos de austenita residual en la superficie + pequeñas islas de carburos y visualizando mas hacia el centro se veía como la capa carburizada se cortaba de tajo (no había difundido el carbono en la matriz de acero), finalmente el nucleo tenía presencia de ferrita y perlita (lo cual indica que había baja difusión de calor desde la superficie hacia el centro).

Pedí al metalurgico de planta me facilitara la receta y encontré varios errores, propios de un ingeniero con muchas ganas de aprender pero con poca experiencia en campo (lo mas importante fué la disponibilidad de querer compartir su receta de proceso y querer aceptar su error y corregir). Lo que ví y comencé a coorelacionar con los resultados de laboratorio.

• Temperatura de carburizado no sufuciente alta para poder realizar el carburizado + el proceso de saturacion de la pieza (Como resultado la velocidad de carburizado es lenta)
• El tiempo de carburizado exageradamente largo, tratando de contrarestar la baja temperatura (esto produce la formación de austenita residual y los carburos).
• No había etapa de difusión, que permita migrar el carbono de la superficie hacia el centro de la pieza de manera gradual.
• La agitación del aceite en la etapa de temple era baja, lo cual no permitia una disipacion de calor adecuada de la pieza hacia el aceite, haciendo que la velocidad de temple fuera muy lenta y el núcleo suave como mantequilla debido a la no transformacion martensitica/bainitica.

Platicando con este chico de escasos 26 años, le expliqué los diferentes pasos del carburizado :

• Calentamiento a temperatura de operacion: debe de ser lo mas homogeneo y lento como sea posible para garantizar que todas las piezas de la carga a tratar tengan la misma temperatura.
• Carburizado: depende de varios factores.

1. Temperatura de operación: Debe de ser balanceada deacuerdo a la aleación a tratar (ya todo está escrito en los manuales de tratamientos térmicos, pero el sexto sentido se tiene que aplicar).
2. % de Carbono: Dependiendo de la dureza superficial que quieras obtener, es e % de carbono a utilizar, para un carburizado convencional se utiliza de 1% a 1,2 % de C.
3. La mezcla de estas 2 variables nos da como resultado la velocidad de carburizado.
4. Tiempo de carburizado: Hay gráficas para estimar cuanto tiempo es necesario teniendo como variables fijas la temperatura y el % de carbono, pero hay que ser muy cuidadosos porque estas graficas son realizadas con condiciones muy especificas, y la realidad es muy diferente.

• Difusión: Es el punto en donde el carbono absorvido por la pieza tiene que "caminar" hacia el centro de la pieza, y lo hace deacuerdo a:

1. Temperatura de difusion : Normalmente es mas baja que la de carburizado para no aumentar la concentracion de carbono en la superficie, y esto nos ayuda tambien la siguiente variable.
2. % de carbono de difusión: Esta variable nos ayuda a disminuir el % de carbono superficial y evitar formaciones no deseadas (austenitas resuduales, carburos principalmente).
3. Tiempo de difusión: a mayor tiempo de difusión se tiene mayor distancia de capa carburizada, pero tambien va disminuyendo su concentracion de carbono = va bajando la dureza.

En la difusion se baja la temperatura para que el carbono migre hacia el interior de la pieza, pero tambien prepara las piezas para que el temple no sea tan agresivo y genere altas deformaciones o fracturas.

• Temple : Es la cereza del pastel en este proceso, un buen temple garantiza las propiedades mecanicas requeridas, un mal temple es dinero tirado a la basura, por eso hay que garantizar.

1. Propiedades fisicas y quimicas del aceite de temple (los proveedores de aceites de temple nos proveen de las caracteristicas de los aceites a cuidar e inclusive algunos nos hacen las muestras de nuestros aceites y nos sugieren que hacer en caso de estar fuera de especificacion).
2. Temperatura del aceite de temple: A mayor temperatura de aceite, menor deformación, pero tambien menor dureza, la pieza transforma mas lento.
3. Agitación de aceite : Es una variable priomordial para un buen nucleo, y control de deformación, en otra ocacsion nos meteremos mas a detalle.
4. Tiempo de permanencia en el medio de temple: Normalmente son 30 minutos de temple para garantizar la correcta disipación del calor, y evitar que el centro esté caliente al momento de sacar las piezas a escurrimiento. Si las piezas tienen el nucleo mas caliente que la superficie de las mismas, comenzará un "auto revenido", lo cual es malo para nuestra pieza, porque ya tendrá un gol en contra en cuanto llegue el REVENIDO.

Muy probablemente se me escape alguna indicación que le dí a mi nuevo aprendiz, y le dejé de tarea corregir en papel la receta.

Despues de 3 dias de estar revisando diagramas de fase, curvas de enfriamiento, articulos de colegas de otras plantas (porque el conocimiento es universal), y detalles en piso que el horno presentaba (tambien hablaremos de los equipos en otro post),finalmente generamos la receta final basado en datos de las cargas rechazadas, en los resultados de laboratorio, y en nuestra confianza de querer resolver el problema.

Nos aseguramos de que la carga de material se armara deacuerdo a lo establecido en el herramental correcto, pesamos la carga para asegurar que no nos pasaramos del peso permitido por el fabricante del horno, le dimos una revisada final a la receta, le dimos la bendicion y arrancamos el proceso.

Las muestras de laboratorio salieron por la madrugada del mismo día, para lo cual el metalurgico debe de ser el responsable de realizar el muestreo, llevar las piezas al laboratorio y asegurarse que el proceso de elaborar las probetas sea el correcto. O sea que dormí muy bien y el chico responsable del área estuvo en vigilia toda la noche, pero le llevé una taza de cafe al dia siguiente (es un camino de ir generando el sentido de responsabilidad y caracter en las personas).

Los resultados de llevar de la mano el método cientifico con la experiencia en campo dió como resultado la primer carga OK en mucho tiempo. El siguiente paso fue ir centrando el proceso estadisticamente hablando para que no hubiera riesgo de tener cargas rechazadas, lo cual realizamos con pequeños ajustes en el proceso de REVENIDO (que es posterior al temple, pero tambien, lo hablaremos despues).

El chico que adiestré en aquella ocasión, es un muy buen metalurgico ahora, nos hablamos frecuentemente para compartir experiencias personales y de trabajo,el ha viajado por muchos lados por parte de su compañia, especializandose y continuando aprendiendo.

Para ustedes, ¿Que experiencias han tenido con la inteaccion de lo empirico y lo cientifico?,

Espero que me lo puedan compartir.

Nos vemos en otra entrega.