¿El tratamiento HIP provoca deformación en las piezas?
Desde el punto de vista de la ingeniería y la fabricación, el prensado isostático en caliente (HIP, por sus siglas en inglés) es un tratamiento posterior al procesamiento diseñado para mejorar la integridad en lugar de provocar deformación. Sin embargo, la distorsión de la pieza es un riesgo potencial si el componente presenta asimetrías geométricas significativas, paredes delgadas o tensiones residuales preexistentes. Cuando se aplica correctamente a una pieza con un diseño adecuado, el HIP generalmente produce un cambio dimensional mínimo y predecible, que suele encontrarse dentro de las tolerancias alcanzables mediante mecanizado de precisión posterior.
El Proceso HIP y su Propósito
El HIP somete un componente a la aplicación simultánea de alta temperatura (a menudo entre el 70 y 90% del punto de fusión del material) y alta presión (típicamente entre 100 y 200 MPa) utilizando un gas inerte, como el argón. El objetivo principal es eliminar defectos internos como microporosidad y vacíos, comunes en piezas fundidas o piezas impresas en 3D mediante DMLS. El proceso hace que el material fluya y se difunda, colapsando estos vacíos internos y creando una microestructura completamente densa e isótropa. Esto mejora significativamente propiedades mecánicas como la vida a fatiga, la tenacidad a la fractura y la ductilidad, lo cual es crítico para componentes en sectores exigentes como aeronáutica y aviación y generación de energía.
Cuándo y Por Qué Puede Ocurrir la Deformación
Aunque la presión isostática aplica fuerza uniformemente desde todas las direcciones —teóricamente evitando la deformación— varios factores pueden causar desplazamientos dimensionales:
Tensiones Residuales de Fabricaciones Previas: Las piezas con tensiones residuales elevadas provenientes de operaciones previas como mecanizado CNC o impresión 3D SLM pueden liberar dichas tensiones durante el ciclo térmico del HIP, generando distorsión. Se recomienda realizar un tratamiento térmico de alivio de tensiones previo al HIP para mitigar este riesgo.
Espesores de Sección No Uniformes: Los componentes con variaciones drásticas de sección o paredes muy delgadas adyacentes a zonas gruesas pueden experimentar diferentes tasas de fluencia. Las secciones delgadas pueden deformarse o densificarse a un ritmo distinto al de las más gruesas, lo que puede provocar flexión o pandeo.
Geometrías con Soporte Limitado: Elementos largos, delgados o en voladizo pueden carecer de la rigidez estructural suficiente para soportar su propio peso a las temperaturas elevadas del HIP, lo que puede generar pandeo o deformación bajo la influencia de la gravedad, incluso con presión isostática.
Porosidad Conectada a la Superficie: Si los poros superficiales están abiertos al gas de alta presión, la presión dentro y fuera del poro se iguala, impidiendo su cierre. Esto no causa una deformación significativa, pero puede dejar defectos superficiales que requieran fresado CNC o rectificado posterior al HIP para su eliminación.
Minimización del Riesgo de Deformación
El procesamiento HIP exitoso sin deformaciones perjudiciales depende del diseño integrado y del control del proceso:
Diseño para HIP: Diseñar piezas con espesores de pared uniformes y transiciones suaves reduce significativamente el riesgo. En la fabricación aditiva, este es un principio clave del DFAM (Design for Additive Manufacturing).
Optimización del Proceso: El control preciso del ciclo HIP (presión, temperatura, tasas de calentamiento y enfriamiento, y tiempo de mantenimiento) adaptado a la aleación específica (como Inconel 718 o Ti-6Al-4V) es fundamental para lograr la densificación sin provocar fluencia excesiva.
Pre y Post-Procesamiento: Como se mencionó, un ciclo preliminar de alivio de tensiones es muy beneficioso. Además, es una práctica estándar considerar una etapa final de mecanizado después del HIP para cumplir con tolerancias dimensionales ajustadas y lograr el acabado superficial deseado (acabado mecanizado).
Conclusión Técnica
El tratamiento HIP, por su naturaleza isostática, no es una causa principal de deformación. La causa dominante de distorsión suele ser la relajación térmica de tensiones preexistentes de etapas previas de fabricación o un diseño geométrico inadecuado. Para componentes críticos, un enfoque integral que combine diseño optimizado, alivio de tensiones previo al HIP y un conjunto de parámetros de proceso bien desarrollado producirá una pieza superior, completamente densa y con cambios dimensionales mínimos y controlables, que pueden corregirse mediante mecanizado de precisión final.
