¿Por qué las piezas de superaleación suelen requerir tratamiento térmico tras el mecanizado?
El tratamiento térmico posterior al mecanizado es un paso crítico e innegociable para la mayoría de las piezas de superaleaciones de alto rendimiento, y no simplemente un proceso opcional. Es el procedimiento definitivo que transforma una pieza formada mecánicamente en un componente listo para un servicio extremo. Su necesidad surge de la naturaleza fundamental de las superaleaciones y de los efectos disruptivos del propio proceso de mecanizado.
Principales Razones para el Tratamiento Térmico Posterior al Mecanizado
1. Aliviar las Tensiones Inducidas por el Mecanizado y Prevenir la Deformación
El mecanizado, especialmente las operaciones de desbaste agresivas, deforma plásticamente el material y genera un calor localizado intenso, introduciendo tensiones residuales significativas en el componente. En materiales como el Inconel 718, estas tensiones pueden ser considerables. Si no se tratan, estas tensiones internas tenderán a redistribuirse con el tiempo o al exponerse a temperaturas de servicio, provocando deformaciones, pérdida de estabilidad dimensional y fallos en las tolerancias geométricas. Un tratamiento térmico de alivio de tensiones se aplica para eliminar estas tensiones, garantizando que la pieza mantenga su estabilidad geométrica durante su vida útil.
2. Restaurar la Microestructura y las Propiedades Mecánicas Óptimas
Las superaleaciones suelen suministrarse en condición "recocida" o "sobreenvejecida" (blanda) para facilitar su mecanizado. Las propiedades finales —alta resistencia a la tracción, a la fluencia y a la fatiga— no están presentes en el estado mecanizado. Estas se activan y fijan mediante una secuencia precisa de tratamientos térmicos:
Tratamiento de Solución: Calienta la aleación a alta temperatura para disolver las fases de refuerzo secundarias (como la gamma prima γ') en una solución sólida uniforme, restableciendo la microestructura.
Endurecimiento por Precipitación (Envejecido): Calienta la pieza a una temperatura intermedia específica durante un periodo prolongado, provocando la formación de una dispersión uniforme de precipitados nanoestructurados de refuerzo (γ' o γ'') en toda la matriz. Este paso proporciona el notable aumento de resistencia y capacidad a alta temperatura.
El mecanizado después del endurecimiento final se evita porque el material se vuelve extremadamente duro y abrasivo, dificultando el corte y aumentando el riesgo de microgrietas.
3. Reparar los Daños Inducidos por el Mecanizado y Mejorar la Integridad Superficial
El proceso de corte puede causar daños microestructurales en la superficie, tales como:
Deformación Plástica y Endurecimiento por Trabajo: Creando una capa superficial frágil e inestable.
Microgrietas: Pequeñas grietas que pueden actuar como puntos de inicio de fallas por fatiga.
Alteración de la Química de Fase: En la capa superficial inmediata debido al calentamiento localizado extremo.
El tratamiento térmico posterior al mecanizado ayuda a recuperar la microestructura de esta zona afectada, mejorando la integridad superficial y la resistencia a la fatiga y a la corrosión bajo tensión, algo esencial en componentes de los sectores aeronáutico y espacial y de generación de energía.
Secuencia Típica para un Componente Crítico
Mecanizado desde Material Recocido: Desbastar y semiterminar la pieza, dejando una pequeña sobrecota de material.
Alivio de Tensiones Intermedio: Relajar las tensiones del desbaste para evitar deformaciones durante el mecanizado final.
Mecanizado Final: Alcanzar las dimensiones y acabados superficiales definitivos.
Tratamiento de Solución y Envejecido: Ejecutar el ciclo térmico final para obtener las propiedades mecánicas requeridas.
En resumen, el tratamiento térmico posterior al mecanizado es esencial para garantizar la estabilidad dimensional, activar las propiedades mecánicas de diseño y asegurar la integridad estructural a largo plazo de los componentes de superaleaciones que operan bajo cargas térmicas y mecánicas extremas. Transforma una pieza mecanizada en un componente de ingeniería confiable y de alto rendimiento.
