Surgimiento de metales: significado, tipos y selección
Después de leer este artículo, aprenderá acerca de: - 1. Significado de la superficie 2. Tipos de superficie 3. Selección de un proceso de superficie 4. Material del sustrato 5. Selección de un material de superficie 6. Aplicaciones.
Significado de la superficie:
La superficie es un proceso de depósito de un metal o aleación sobre otro (metal base o sustrato) para mejorar sus propiedades de resistencia al desgaste como la resistencia a la abrasión, corrosión, fricción o para lograr el control dimensional y las necesidades metalúrgicas.
Los procesos comúnmente utilizados para la superficie son los procesos de soldadura por fusión como la soldadura con gas, soldadura por arco, etc. El proceso de la superficie parece haberse desarrollado inicialmente para las necesidades de la industria de perforación de pozos petroleros, pero ahora se usa ampliamente en todo tipo de equipos, implementos y contenedores para mejorar sus vidas contra el desgaste y la acción química.
La superficie es igualmente aplicable a la fabricación de nuevos productos y la recuperación de productos desgastados. En ambos casos, extiende la vida útil del producto y ahorra material costoso. Esto se traduce en considerables ganancias económicas.
Tipos de Superficies:
El revestimiento es de diferentes tipos, a saber, revestimiento, endurecimiento, construcción y envoltura para lograr resistencia a la corrosión (para el desgaste químico), resistencia al desgaste (para el desgaste físico), control dimensional (para reconstruir componentes desgastados) y necesidades metalúrgicas respectivamente.
Estos cuatro tipos de métodos de revestimiento se analizan brevemente en esta sección:
1. Revestimiento:
En el revestimiento, una capa gruesa de un poco de metal soldado como el acero inoxidable se coloca sobre una placa de acero al carbono o de baja aleación para que sea resistente a la corrosión. El revestimiento también debe resistir la corrosión localizada, como las picaduras, la corrosión de grietas, la corrosión inter granular y el agrietamiento por corrosión bajo tensión.
Para el revestimiento, normalmente se usan acero inoxidable o una de las aleaciones con base de níquel, aunque las aleaciones con base de cobre, plata y plomo también se usan para algunas aplicaciones específicas.
Aunque la principal ventaja del revestimiento es la creación de una superficie resistente a la corrosión de bajo costo, también combina un material de alta resistencia como los aceros de baja aleación para el respaldo con material resistente a la corrosión como el acero inoxidable. Sin embargo, como regla general, la resistencia del material de revestimiento no se tiene en cuenta en el diseño del componente.
El uso principal del revestimiento se hace en la producción de recipientes para plantas químicas, papeleras, refinerías de petróleo y nucleares. Los reactores revestidos de cobre se utilizan para la producción de cerveza, que también es corrosivo, mientras que las plantas de procesamiento y envasado de alimentos hacen un uso extensivo del acero inoxidable para evitar la acción corrosiva de los alimentos.
2. Hardfacing:
En la cara dura, un metal se deposita sobre otra superficie para aumentar la dureza de la superficie y para que sea resistente a la abrasión, el impacto, la erosión, la abrasión y la cavitación. Al igual que en el revestimiento, la resistencia de la capa de revestimiento duro no se incluye en el diseño del componente.
La resistencia a la abrasión es la aplicación más importante de hardfacing. En general, se depositan un máximo de tres capas de aleaciones de revestimiento duro. Debido a que la dilución excesiva reduce la efectividad de la recargue duro, es esencial evitar la penetración excesiva y la mala unión de las perlas adyacentes. El diseño debe ser tal que proporcione un soporte adecuado para la superficie y, en la medida de lo posible, debe cargarse en compresión en lugar de en tensión o cortante. En estas condiciones, el hardfacing puede demostrar efectivamente sus ventajas económicas.
Hardfacing encuentra un uso extensivo en equipos de construcción, incluyendo cuchillas de niveladora, cuchillas rascadoras y tolvas de roca, así como para equipos textiles y revestimientos de válvulas de motores.
3. Acumulación:
La superposición de acumulación es la reconstrucción de piezas desgastadas para restaurarlas a su forma y dimensiones originales. A diferencia del revestimiento y el endurecimiento, la resistencia del metal de soldadura que forma la acumulación es una consideración necesaria en el diseño del componente porque el material debe reemplazar parte de la parte original del componente que se ha desgastado.
Es por eso que la composición y las propiedades del metal de soldadura depositado son generalmente similares a las del metal base que se va a construir.
El método de preparación de la superficie se utiliza ampliamente en equipos de movimiento de tierras, por ejemplo, los dientes de los cubos de la línea de dragón, los bordes de las palas de la excavadora y los raspadores se recuperan por acumulación. Los ferrocarriles también hacen uso de la acumulación para restaurar el desgaste de las ruedas ferroviarias, así como los puntos y las uniones ferroviarias.
4. Mantequilla:
La mantequilla es el proceso de depósito de una o más capas de un material entre los materiales metalúrgicamente no compatibles que individualmente tienen compatibilidad con el material que forma la capa de mantequilla. Se utiliza especialmente para unir acero inoxidable a un metal base de acero al carbono o de baja aleación.
Si no se utiliza una capa de manteca, la resistencia a la corrosión del acero inoxidable se reducirá, pero si se deposita una capa de alto contenido de níquel o Ni-Cr sobre el bajo metálico antes de depositar el acero inoxidable de alta aleación, no se observa deterioro de la resistencia a la corrosión.
Un ejemplo común de este proceso se encuentra en la planta de energía nuclear para unir acero inoxidable revestido a una boquilla de acero de baja aleación unida con una aleación de Ni-Cr-Fe a una tubería de acero inoxidable utilizando un metal de relleno Ni- Cr-Fe. También se puede utilizar para unir acero al carbono con acero de baja aleación cuando se debe evitar el alivio de tensión de la soldadura completa.
El componente puede tratarse térmicamente después de untar con mantequilla. La resistencia de la capa de manteca debe tenerse en cuenta al diseñar la junta.
Aunque la acumulación y la mantequilla son términos comúnmente utilizados, pero no tienen estatus oficial; Se supone que los revestimientos de la superficie o más a menudo usados para incluirlos.
Selección de un proceso de revestimiento:
La selección de un proceso de revestimiento depende del material del sustrato, el tipo y la naturaleza del depósito requerido, la tasa de producción, el tamaño y la forma del componente que se va a revestir, la condición de servicio a la que se va a colocar y la disponibilidad del equipo.
La superficie de oxiacetileno se usa para muchas aplicaciones tanto en trabajos de taller como de campo, donde la captación de carbono no es un problema. Este proceso produce un calentamiento y enfriamiento lento del sustrato, por lo que la posibilidad de que se desarrolle la tensión y el agrietamiento es menor. El costo del equipo es bajo. Generalmente se usa para la aplicación de aleaciones de cobalto especializadas en bordes relativamente delgados; Las brocas cortadoras de carbón, por ejemplo, a menudo son duras por el proceso de revestimiento con oxi-acetileno.
El proceso de soldadura por soldadura de arco metálico blindado es más rápido y, en general, menos costoso si se trata de una gran cantidad de componentes. La habilidad requerida es más baja que en el caso del proceso de superficie de gas oxicombustible. Sin embargo, debido a velocidades de calentamiento y enfriamiento más rápidas, las tensiones térmicas desarrolladas en el metal base y la capa superpuesta son bastante altas, lo que resulta en una mayor susceptibilidad al agrietamiento.
Este proceso se usa ampliamente para reparaciones de propósito general y para la cual se dispone de los electrodos deseados. El proceso es económico y está fácilmente disponible en la mayoría de las tiendas y talleres de campo. Encuentra un amplio uso en componentes con forma de superficie, piezas de movimiento de tierra, cabezales de corte de dragas, ejes y herramientas, etc.
La superficie de arco sumergido se emplea en tiendas y no en el campo. Se adapta mejor a aplicaciones de repulsión cuando las partes iguales o similares surgen de forma rutinaria, por ejemplo, zapatas de rodillos, tambores, engranajes de anillo de pala mecánica. El proceso de arco sumergido que emplea electrodos de banda de acero inoxidable a menudo se utiliza para el revestimiento de buques nucleares para mejorar su vida útil y reducir el costo inicial.
El proceso de revestimiento por FCAW puede emplearse para aplicaciones en las que normalmente se usa SMAW, pero requiere la disponibilidad de alambre tubular tubular en forma de bobina. Se puede usar tanto en la tienda como en el campo, como para revestir el borde del cucharón.
GMAW se utiliza a menudo para aplicaciones de construcción, como ejes pequeños, tanto en sus modos semiautomático como automático. También se emplea principalmente para revestir pequeños componentes de formas complejas que son difíciles de manejar si es necesario eliminar la escoria entre diferentes corridas. La superficie mediante el arco de cortocircuito, es decir, la técnica de transferencia por inmersión puede aplicarse ventajosamente a componentes cilíndricos con un diámetro de 8 a 200 mm.
El proceso GTAW se utiliza para la superficie para depositar depósitos de excelente calidad que requieren un mínimo de mecanizado posterior al proceso, por ejemplo, herramientas y troqueles.
El método de revestimiento de arco de plasma se utiliza para aplicaciones similares a las que se manejan mediante el proceso GTAW. Sin embargo, debido a la temperatura muy alta del plasma, se puede utilizar en aquellos casos en los que no es posible la superficie mediante GTAW.
El método de superficie de electroslag se usa para depositar grandes cantidades de metal o para aplicaciones especiales, por ejemplo, se usa ampliamente para la reconstrucción de martillos trituradores. Para esta aplicación se emplean dispositivos especiales para acelerar la finalización del trabajo en poco tiempo.
Los trabajos de emergencia se pueden manejar mejor mediante la fusión del horno siempre que haya un horno adecuado disponible para llevar a cabo la operación.
Material de Sustrato en Superficies:
Mientras que la selección del material de la superficie se basa en su servicio previsto, la selección del material de base para actuar como sustrato está dictada no solo por su soldabilidad y las propiedades mecánicas, sino también por el diseño estructural o las consideraciones de conformación.
Para aplicaciones de uso general, el mejor material de base generalmente es acero al carbono sin alear con un contenido de carbono de 0.20 a 0.95 por ciento que cubre la mayor parte de los aceros bajos y medianos, y los grados más bajos de los aceros con alto contenido de carbono. El metal base simple de acero al carbono con un contenido de carbono de 0.45% es bastante popular debido a su buena soldabilidad y resistencia después de la superficie.
Los aceros con un contenido de carbono de 0.50% o superior pueden estar cubiertos satisfactoriamente con un proceso de oxi-acetileno debido a la baja entrada de calor y al ciclo de enfriamiento prolongado debido a la propagación del calor. El precalentamiento a una temperatura de 260 a 315 ° C es esencial para evitar el choque térmico del calentamiento inicial y la rápida disipación del calor cuando la superficie se realiza con un proceso de soldadura de arco metálico protegido.
Los componentes de acero de baja aleación pueden emerger siguiendo casi el mismo procedimiento que el utilizado para los aceros al carbono que tienen tendencias similares a endurecerse.
Para un sustrato muy resistente, el acero de manganeso austenítico conocido popularmente como acero Hadfield es probablemente el más resistente disponible y es bastante barato en forma de piezas de fundición. Es soldable y tiene un límite elástico de aproximadamente 380 MPa.
Debido a su fragilidad, las planchas de fundición gris requieren precauciones especiales para el revestimiento con aleaciones de base de acero; sin embargo, algunas de las aleaciones austeníticas de bajo punto de fusión, las aleaciones con base de cobalto y las aleaciones con base de níquel y cobre son aplicables.
La fundición blanca y la fundición maleable no se recomiendan para usar como sustrato para la superficie, ya que pierden sus características básicas debido al calentamiento. El cobre, el latón y el bronce tampoco son adecuados como sustratos para la superficie.
Selección de un material de revestimiento:
La elección de una aleación de superficie depende de la naturaleza del desgaste a la que se someta el componente de superficie durante el servicio.
Estas condiciones de producción de desgaste generalmente son el resultado de los siguientes seis tipos de combinaciones:
1. Abrasión sin fuertes impactos.
2. Combinación de abrasión e impacto pesado,
3. Laminación, deslizamiento y contacto metal con metal.
4. Erosión y corrosión.
5. Los filos de corte que operan a temperaturas normales, y
6. Superficies sometidas a servicio a temperaturas elevadas.
Las superficies sometidas a abrasión sin fuertes impactos, tales como acciones de arado, palas, rodillos de tractor, brocas de pozos de petróleo rotatorios, tableros de moldes, abrazaderas de draga y conductos para el transporte de material a granel están revestidas con material como carburo de cromo.
La abrasión combinada y el impacto pesado se encuentran en equipos como cucharas y dientes mecánicos, conos trituradores de roca, labio niveladora, dientes de concha de almeja y canales en los que se arrojan piezas pesadas. Los materiales más adecuados para el revestimiento de estos componentes son los aceros semi-austeníticos y los aceros al manganeso.
Los transportadores de tornillo y las herramientas de perforación de tierra generalmente están protegidos por materiales duros como los carburos. Los aceros inoxidables se utilizan para proporcionar resistencia a la corrosión y protección contra la erosión en las bombas de agua y las implicaciones que requieren una buena resistencia al impacto.
Las superficies sujetas a rodadura, deslizamiento y contacto metal con metal en piezas como dientes de piñón, manguitos y casquillos, superficies de rodillo, ruedas de grúa y ejes que deben funcionar con lubricación pueden revestirse con acero Mn austenítico o aceros inoxidables austeníticos mientras que los rodamientos operados a altas temperaturas están revestidos con carburo de cromo, aceros inoxidables y aleaciones de alto contenido de cromo y Ni.
El efecto combinado o erosión y corrosión, como el que se encuentra en las válvulas y sus asientos para controlar el vapor, el agua, el aceite, etc., se puede reducir y compensar con los depósitos que se producen al recubrir con aleaciones de acero inoxidable austenítico.
Los bordes de corte que operan a temperaturas normales, como cizallas metálicas, punzones, cortadores de avance (para forraje), herramientas de raspado de tierra, brocas de perforación de tierra, cuchillas trituradoras, etc., deben revestirse con material que tenga propiedades de autoafilado; Los depósitos de carburo de tungsteno sirven bien para esta condición.
Las superficies sometidas a servicios calientes como, por ejemplo, asientos de válvulas de motores, embutición en caliente o matrices de conformación en caliente, etc., requieren tenacidad, resistencia en caliente, resistencia a la fluencia, resistencia a la oxidación y resistencia a la erosión de los gases de escape. El material de superficie más adecuado para estas aplicaciones son las aleaciones de Cr-Co-W, los aceros austeníticos, los aceros al carbono martensíticos y las aleaciones de tipo Ni-Cr-Mo.
Aplicaciones de Superficies:
La superficie es igualmente aplicable a la fabricación de nuevos y la recuperación de componentes desgastados. En ambos casos, prolonga la vida útil del producto y ahorra materiales costosos.
Hay innumerables productos de ingeniería que surgen regularmente para mantenerlos en servicio hasta que sea económicamente viable.
Más específicamente, la superficie se emplea en la fabricación o recuperación de los siguientes tipos de equipos:
1. Partes de equipos agrícolas y de movimiento de tierras como rodillos de apoyo de tractores, dientes de cucharón, partes de arado, conos de taladro, muñón de niveladora, cubos de dragalinas, barridos de cultivadores, ano de excavación, etc.
2. Equipos trituradores de carbón y cemento y plantas metalúrgicas como moldes, mandíbulas trituradoras, conos de alto horno, rodillos y martillos trituradores, tornillos transportadores, barrenas de recuperación de carbón, paletas de mezcladoras de asfalto, etc.
3. Forja y presiona componentes como troqueles, punzones, etc.
4. Equipos de perforación y cortadores de carbón, por ejemplo, brocas, dientes de corte, etc.
5. Herramientas de corte como las acciones de blooming mill, herramientas de corte, taladrado, escariado y fresado, etc.
6. Rodillos de laminación.
7. Llantas, rieles, cruces y ranas ferroviarias.
8. Válvulas y asientos de válvulas para motores de combustión interna.
9. Recipientes a presión y tanques de almacenamiento.
10. Cuchillos y cortadores como el cortador de alimentos (para forraje), cuchillas de niveladora, cuchillos pug mill, etc.
