Volver

Ipsen Kleve -SuperQuench: Mayor rendimiento de enfriamiento y más flexibilidad

Por Matthias Rink - Ipsen International GmbH

En muchos procesos de tratamiento térmico (por ejemplo, el endurecimiento o la cementación), la transformación en una estructura martensítica desempeña un papel esencial. Esta transformación provoca el aumento de la dureza. Para lograr esta transformación martensítica, los componentes/los lotes deben enfriarse rápidamente desde la temperatura de endurecimiento (normalmente 850-900 °C) hasta una temperatura de (normalmente) 60-80 °C. La duración disponible para ello depende de la composición química del material (proporciones de elementos de aleación) y del tamaño del componente.

En términos sencillos, con el aumento del contenido de elementos de aleación, el enfriamiento puede durar más tiempo, así como la transformación martensítica (martensitische umwandlung). En la figura 1 se muestra una curva de enfriamiento correspondiente (enfriamiento rápido [schnell kühlung]). Sin embargo, si el enfriamiento dura demasiado, no se produce ninguna transformación martensítica. En su lugar, se desarrollará una estructura ferrítica/bainítica (ferritisch/bainitische), que no podrá alcanzar los valores de dureza requeridos. Las razones pueden ser un contenido de elementos de aleación demasiado bajo (posiblemente también un material equivocado) o un cambio en el tamaño/densidad del componente o del lote. Los componentes más grandes o más pesados tienen una mayor capacidad térmica y, por tanto, necesitan más tiempo para transferir el calor al refrigerante (normalmente aceite, sal o gas). Figura 1 (enfriamiento lento [langsame kühlung]).

En el caso de lotes con muchas capas y, por tanto, con una gran superficie de componentes, el aceite de temple se calienta a medida que fluye por el lote. Sin embargo, cuanto más caliente esté el aceite de temple, menos calor podrá transferirse y, por tanto, se ralentizará el proceso de temple de los componentes de las capas superiores. En este caso, puede producirse una distribución desigual de los valores de dureza desde la parte inferior (valores de dureza más altos debido al aceite más frío) hasta la parte superior (valores de dureza más bajos debido al aceite más caliente).

Time/Temperature Transformation with cooling curves
Figura 1: Diagrama de transformación de tiempo y temperatura con diferentes curvas de enfriamiento

Para solucionarlo, hay que aumentar el efecto de enfriamiento para conseguir la estructura deseada y/o los valores de dureza uniformes requeridos en todo el lote. Sin embargo, como en la mayoría de los casos no se puede variar el diseño del propio baño de aceite (capacidad y profundidad de la cobertura de aceite) ni la calidad del aceite, la única posibilidad es cambiar la velocidad del circulador del baño de aceite (en este caso, aumentarla). En los sistemas de hornos convencionales ya instalados sólo hay tres opciones para la velocidad de circulación del aceite:

  • No hay circulación
  • Circulación lenta (aprox. 750 U/min)
  • Circulación rápida (aprox. 1200 U/min)

Además, la potencia de los motores para la circulación del aceite suele ser relativamente baja (unos 2,5 kW).

Para poder conseguir una mejora significativa, Ipsen ha desarrollado el Super Quench® diseño del baño de aceite. El SuperQuench es un baño de aceite ligeramente más profundo en el que el aceite fluye a través de canales guía y de abajo a arriba a través de la carga. Dado que los canales de guiado por debajo de la carga terminan en un registro (véase las figuras 2 y 3) que corresponde exactamente a la superficie de la base de la carga, se puede garantizar que el aceite de temple fluye uniformemente a través de la carga y no fluye inútilmente hacia los lados.

Schematic of the Ipsen SuperQuench
Figuras 2 y 3: Esquema del Ipsen SuperQuench

La potencia del motor del circulador de baño de aceite también se ha incrementado drásticamente hasta los 7,5 kW por motor. Además de la mayor potencia del motor, las velocidades de circulación también pueden ajustarse de forma continua hasta 1500 rpm (durante un breve periodo de tiempo incluso hasta 1800 rpm), de modo que la velocidad óptima de enfriamiento puede programarse segmento a segmento en el sistema Ipsen Carb-o-Prof® 4 para cada componente/lote.

Program example of a quenching process
Figura 4: Ejemplo de programa de un proceso de enfriamiento

Incluso con el SuperQuench, el enfriamiento debe realizarse tan rápido como sea necesario (para alcanzar los requisitos de dureza del componente), pero debe llevarse a cabo lo más lentamente posible (para evitar las inevitables tensiones inducidas por el calor y, por tanto, minimizar las distorsiones).

Como ya se ha mencionado anteriormente, el uso del SuperQuench conduce a un aumento del caudal del aceite a través del lote con una igualación simultánea del caudal a través de la sección transversal del lote (véase la figura 5).

Flow pattern in a batch with different quenching concepts
Figura 5: Patrón de flujo en un lote con diferentes conceptos de enfriamiento

Esto significa que, por un lado, los componentes fabricados con aceros relativamente poco aleados pueden seguir endureciéndose martensíticamente y, por otro lado, también se pueden conseguir buenos resultados en las capas superiores de un lote (donde "sólo" se podían cargar 3-4 capas con los baños de temple convencionales ahora se cargan 5-6 capas). Es precisamente esta posibilidad la que incrementa el rendimiento del sistema de hornos y aumenta la productividad de forma significativa.

Comparison of the hardness values for different quenching concepts
Figura 6: Comparación de los valores de dureza para diferentes conceptos de temple

En resumen, se puede decir que utilizando el Ipsen SuperQuench, se puede aumentar tanto la intensidad como la uniformidad del enfriamiento, lo que conduce a mejores resultados de enfriamiento con mayor uniformidad y posiblemente también a un aumento de la productividad. Gracias a la velocidad variable de los motores de circulación del aceite, se pueden optimizar los valores de dureza de los componentes a tratar y minimizar las distorsiones. Gracias al convertidor de frecuencia y a una programación adecuada, la necesidad total de energía del baño de enfriamiento es aún menor, a pesar de la mayor potencia del motor de circulación del baño de aceite.

Estaremos encantados de asesorarle con más detalle sobre las distintas opciones que ofrece el sistema SuperQuench para los hornos de cámara, para que pueda tomar la decisión correcta. Para más información, no dude en ponerse en contacto con nosotros en marketing@ipsen.de.

Simplemente confíe en nuestra experiencia: ¡juntos garantizaremos el éxito de su empresa!