¿Las tensiones residuales del mecanizado siempre son perjudiciales para el rendimiento?

Desde una perspectiva de ingeniería y metalurgia, las tensiones residuales generadas por el mecanizado no son universalmente perjudiciales; su impacto en el rendimiento depende completamente del tipo (tracción o compresión), la magnitud, la profundidad y la distribución de la tensión en relación con las cargas de servicio del componente. Una visión simplista que considere que toda tensión residual es negativa puede llevar a perder oportunidades de mejora del rendimiento.

La Naturaleza Dual de las Tensiones Residuales

Tensiones Residuales de Tracción Perjudiciales

En la gran mayoría de los casos, las tensiones residuales de tracción en la superficie o cerca de ella son indeseables y potencialmente dañinas. Actúan como una precarga que se suma a las cargas de servicio aplicadas, reduciendo la resistencia a la fatiga y promoviendo la iniciación y propagación de grietas. Esto es especialmente crítico en componentes sometidos a cargas cíclicas, como los utilizados en aeronáutica y aviación o automoción. Además, las tensiones de tracción pueden acelerar la corrosión bajo tensión (SCC) en entornos propensos y disminuir la estabilidad al pandeo de estructuras de paredes delgadas. Estas tensiones suelen originarse por un mecanizado agresivo que genera un exceso de calor, haciendo que el material superficial fluya plásticamente y se contraiga al enfriarse, quedando así en estado de tracción.

Tensiones Residuales de Compresión Beneficiosas

Por el contrario, las tensiones residuales de compresión en la superficie se introducen intencionadamente para mejorar el rendimiento. Las tensiones de compresión deben ser superadas por las cargas de tracción aplicadas antes de que una grieta pueda iniciarse. Esto mejora significativamente la vida a fatiga, la resistencia a la propagación de grietas y también puede aumentar la resistencia al desgaste y al frotamiento.

Procesos como el granallado (Shot Peening), la nitruración y el granallado láser (Laser Peening) están específicamente diseñados para impartir una capa profunda de tensión compresiva superficial. Incluso algunos procesos de mecanizado o rectificado controlados, cuando se optimizan con la geometría y los parámetros de herramienta adecuados, pueden diseñarse para dejar un estado neto de compresión en la superficie, convirtiendo un posible problema en una ventaja funcional.

Estrategias de Mecanizado para Controlar las Tensiones Residuales

El objetivo del mecanizado moderno no es necesariamente eliminar todas las tensiones residuales, sino gestionarlas. Para componentes críticos, esto implica:

• Optimización de Parámetros de Mecanizado: Utilizar herramientas afiladas, ángulos de ataque positivos, refrigerante de alta presión y velocidades y avances apropiados para minimizar la generación de calor y la deformación plástica, reduciendo así la magnitud de las tensiones de tracción.

• Alivio de Tensiones Post-Mecanizado: Un paso esencial de tratamiento térmico, particularmente después de operaciones de desbaste, para homogeneizar y reducir el nivel general de tensiones en la pieza antes del mecanizado final.

• Ingeniería de Tensiones Intencionada: En la operación final, seleccionar un proceso que se sepa que induce tensiones compresivas beneficiosas o especificar un proceso secundario, como el granallado, una vez completado el mecanizado.

Conclusión: El Contexto es la Clave

Por lo tanto, afirmar que las tensiones residuales inducidas por el mecanizado son siempre perjudiciales es incorrecto. La clave es definir primero los requisitos de rendimiento de la pieza. En un soporte no crítico sometido a carga estática, las tensiones residuales pueden ser insignificantes. Sin embargo, en un disco de turbina rotativo fabricado en Inconel 718 o en un componente de suspensión sometido a carga dinámica, el estado de tensión residual es un atributo de calidad fundamental que debe controlarse meticulosamente y, a menudo, diseñarse para que sea compresivo. La sofisticación radica en comprender esta dualidad y especificar los procesos de fabricación en consecuencia.