TRATAMIENTOS TÉRMICOS EFICIENTES:
«Plaqueado de aceros de herramienta para reducir la huella de carbono del tratamiento térmico»
La descarbonización supone un reto para todas las industrias intensivas en energía. En la tecnología de tratamiento térmico, los medios productivos que utilizan calentamiento eléctrico pueden impactar en su huella de carbono de forma rápida y efectiva mediante la compra de energía renovable certificada. Pero ¿Se acaba el potencial de mejora cuando ya se está comprando energía verde?
La racionalización del consumo energético en el tratamiento térmico puede alcanzarse interviniendo sobre distintos factores: las temperaturas de trabajo, los tiempos de permanencia, la huella de carbono de las aleaciones tratadas, la eliminación de operaciones, la tasa de rechazo, el aislamiento térmico, el endurecimiento por deformación, la modificación de operaciones previas y posteriores al tratamiento térmico, la recuperación de energía, el aprovechamiento del calor de otros procesos de fabricación, etc.
A continuación presentamos un caso práctico desarrollados en AZTERLAN a través del aprovechamiento del proceso del autotemple en herramientas soldadas.
Autotemplado de aceros de herramienta recubiertos
Los aceros de herramienta, especialmente los aceros rápidos, se caracterizan por sus elevados niveles de aleación y por sacrificar su tenacidad en beneficio de la resistencia al desgaste. Habitualmente, se austenizan a temperaturas muy elevadas, cercanas a los 1200ºC y requieren múltiples revenidos. El impacto ambiental es, por tanto, doble: por la contribución de los elementos de aleación a la huella de carbono y por requerir el empleo de tratamientos a temperaturas muy elevadas. Sirva de contraste que muchos aceros de temple y revenido se pueden templar en le entorno de los 900ºC.
Con la llegada de las tecnologías de fabricación aditiva, y en concreto del L-DED, es cada vez más común encontrar soluciones que utilizan los aceros de herramienta como recubrimiento sobre un acero de menor aleación, más tenaz, separando funciones: la superficie recubierta es resistente al desgaste y el núcleo es más tenaz. Aunque el acero recargado presenta una microestructura distinta a su contratipo enterizo, su rendimiento en servicio es comparable.
Las siguientes imágenes ilustran el concepto de separación de funciones (resistencia al desgaste y tenacidad) y el aspecto microestructural de un acero rápido en condición de bruto de recargue frente a un acero rápido en condición de temple y revenido.
Micrografías representativas del concepto de recargue con aceros rápidos. Izquierda: Funcionalización del recargue por L-DED. Centro: Acero rápido recargado. Derecha: referencia de acero rápido enterizo.
El impacto colateral de los recargues es la sustitución del acero rápido del núcleo por una alternativa con menor huella de carbono. Pero ¿ofrece más potencial de descarbonización? Un enfoque tradicional implicaría la realización un tratamiento de temple y revenido sobre el conjunto recargado. Sin embargo, en AZTERLAN hemos demostrado que, en función de la aplicación, es posible aprovechar el temple que se produce en el acero de herramienta durante la soldadura para evitar tener que reaustenizar el material. En este caso solo es necesario realizar los revenidos, ahorrando una cantidad significativa de energía y es posible alcanzar durezas de 66 HRC en servicio.
Más aún, en aplicaciones que lo permiten, un correcto diseño de la aleación recargada puede ponerse en servicio en condición de bruto de soldadura. En este escenario, se elimina por tanto totalmente el tratamiento térmico y su huella de carbono asociada. En estos casos, es fundamental regular la dureza resultante para que la superficie sea mecanizable y se suele trabajar en el entorno de los 60 HRC de dureza.
El siguiente esquema muestra las tres rutas de fabricación mencionadas, de mayor a menor huella de carbono.
Alternativas de ahorro de consumo energético por aprovechamiento del autotemple de aceros de herramienta soldados por L-DED.