El objetivo del recocido de esferoidización es mejorar la capacidad de conformado en frío de los aceros de contenido medio en carbono y de los aceros aleados.
Pero, al evaluar el material en planta, con frecuencia se toma la “tasa de esferoidización” como único indicador. Basta que la tasa de esferoidización y la dureza sean aceptables para considerar que el material se prensará bien en frío.
Sin embargo, en la producción real esto no siempre ocurre.
Con el mismo grado de acero, durezas similares y tasas de esferoidización idénticas, algunos materiales son fáciles de estampar y de conformar; mientras que otros requieren mayor esfuerzo por parte de la máquina, dificultan el llenado de las zonas complejas y, tras una producción continua, presentan mayores fluctuaciones en la carga y en las dimensiones.
La clave está en lo siguiente:
A igual tasa de esferoidización, no necesariamente se tiene el mismo estado microestructural, y mucho menos las mismas prestaciones en la estampación en frío.
I. La tasa de esferoidización es solo una parte de la evaluación microestructural
El objetivo central del recocido de esferoidización consiste en transformar las formas desfavorables de los carburos presentes en el acero—como las laminares o en cadena—mediante procesos de segmentación, disolución, reprecipitación y coalescencia, hasta lograr carburos granulares o casi esféricos dispersos en una matriz ferrítica.
En este proceso cambian principalmente la morfología, el tamaño y la distribución de los carburos.
Por ello, para evaluar la microestructura esferoidizada no basta con considerar un solo parámetro; es indispensable prestar atención, al menos, a tres aspectos adicionales:
- Morfología: ¿Los carburos son redondeados?, ¿permanecen características laminares, en cadena o enredadas?;
- Tamaño: ¿Las partículas son demasiado finas o demasiado densas?, ¿existen carburos localmente gruesos?;
- Distribución: ¿Los carburos están uniformemente repartidos?, ¿hay consistencia entre la capa superficial, la zona intermedia del radio y el núcleo?
Especialmente hay que tener en cuenta lo siguiente:
Los carburos no son mejores cuanto más finos, ni peores cuanto más gruesos.
Partículas excesivamente finas y muy densas pueden aumentar la resistencia a la deformación del material; mientras que carburos localmente gruesos o agrupados en grandes conjuntos pueden provocar deformaciones descoordinadas.
Lo que realmente influye en el comportamiento durante la estampación en frío es la combinación entre el tamaño de los carburos, la distancia entre partículas y su estado de distribución.
II. A misma tasa de esferoidización, el estado de la ferrita también puede diferir
La microestructura esferoidizada no se compone únicamente de carburos.
Durante el proceso de estampación en frío, los carburos afectan la deformación del material, mientras que la matriz ferrítica soporta la mayor parte del flujo plástico.
El tamaño de los granos ferríticos, el grado de ablandamiento alcanzado, la presencia de endurecimiento residual por conformado y la homogeneidad microestructural influyen directamente en la facilidad de estampación del material.
Incluso empleando un tratamiento de recocido de esferoidización similar, si la microestructura inicial resultante de la laminación en caliente difiere entre acerías, los resultados finales en cuanto a efecto esferoidizado y nivel de ablandamiento de la matriz también pueden variar.
Por consiguiente, aunque dos fotografías metalográficas parezcan similares, la capacidad real de flujo del material dentro del troquel aún podría presentar diferencias.
III. Un campo de visión no representa toda la sección transversal
Si solo se selecciona una posición y un campo de visión para tomar fotografías metalográficas, es muy probable que no se puedan observar agrupaciones locales, distribuciones en bandas o láminas residuales.
Que una posición sea aceptable no demuestra que toda la sección transversal sea completamente uniforme; del mismo modo, que una sección transversal sea aceptable tampoco prueba que todo el material enrollado esté libre de variaciones.
Para un juicio más profesional, es necesario considerar:
- Diferencias microestructurales entre la capa superficial, la zona media del radio y el núcleo;
- Si las distintas secciones del rollo mantienen consistencia;
- Si existe alguna correlación entre las secciones normales y las anómalas.
Esta es también la razón por la cual, incluso cuando los certificados de calidad del material y las fotografías metalográficas individuales son conformes, en el sitio de producción aún pueden surgir problemas durante el recalque.
IV. ¿Por qué, aunque la dureza sea similar, unas piezas se deforman bien y otras no?
La dureza es importante, pero constituye únicamente el resultado de ensayos realizados en posiciones limitadas.
El recalque en frío implica una deformación plástica continua e intensa. El material no solo debe comenzar a fluir, sino también soportar las deformaciones crecientes y el encogimiento por trabajo en los sucesivos pases de la operación.
Por lo tanto, incluso con dos lotes de material cuya dureza sea comparable, puede que en la primera etapa ambos se comporten de manera similar; sin embargo, al avanzar hacia pasos de alta deformación o conformación compleja, las cargas, el llenado y el aumento de temperatura del troquel pueden empezar a evidenciar diferencias cada vez más marcadas.
No obstante, si la máquina encuentra dificultades durante el proceso, no se puede atribuir inmediatamente el problema al material.
El estado del troquel, el suministro de lubricante, la rigidez del equipo, la alineación coaxial y la temperatura acumulada durante la producción continua también influyen sobre la carga efectiva.
V. Finalmente, hay que verificar si la microestructura coincide con la situación real
Para determinar si una microestructura sferoidizada es adecuada para el recalque en frío, no basta con analizar exclusivamente la tasa de esferoidización, la dureza o una única imagen metalográfica.
Una evaluación más eficaz consiste en comparar conjuntamente la siguiente información:
- La distribución de la microestructura metalográfica y de la dureza;
- Las diferencias entre las secciones normales y anormales;
- Las variaciones de carga en el equipo de recalque;
- El llenado del producto, las dimensiones y el aumento de temperatura del troquel;
- La etapa, el momento y la sección del rollo donde aparecen las anomalías.
La verdadera calidad de la microestructura queda finalmente confirmada por el comportamiento de flujo del material una vez introducido en el troquel.
Punto de vista del ingeniero
La tasa de esferoidización es un indicador importante para evaluar la microestructura sferoidizada, pero no constituye la respuesta definitiva respecto al desempeño en el recalque en frío.
Lo que realmente determina si un material se presta bien al recalque es la morfología, el tamaño y la distribución de los carburos, el estado de la matriz ferrítica, la homogeneidad de la sección transversal y del rollo, así como la adecuación entre el material y el proceso productivo específico.
Por ello, en el capítulo IV solo debemos recordar una frase:
La tasa de esferoidización refleja solo parte de los resultados microestructurales; para saber si un material se recalca bien, lo que realmente se evalúa es la capacidad real de deformación de toda la microestructura.
Si la tasa de esferoidización y la dureza son satisfactorias, pero el material sigue presentando dificultades durante el recalque, suele carecer de sentido volver a inspeccionar la misma posición. Es preciso identificar la relación real existente entre las diferencias microestructurales, las secciones del material y las anomalías observadas en el taller.