¿Cómo mecanizar piezas de acero inoxidable? Tecnología de mecanizado CNC y aplicación de piezas de acero inoxidable

Los aceros inoxidables se encuentran entre las opciones de materiales más populares para la fabricación de metales y se utilizan en aplicaciones que van desde utensilios de cocina hasta componentes automotrices y equipos de procesamiento químico. Muchos artículos de acero inoxidable se producen mediante mecanizado CNC, un método de fabricación versátil que aprovecha la precisión de fresas guiadas por computadora, taladros, tornos y otras herramientas de corte para crear de manera eficiente y rentable piezas precisas y repetibles.

Sin embargo, el término "acero inoxidable" en realidad se refiere a más de un solo material. El acero inoxidable es una categoría de metales, cada uno de los cuales presenta características diferentes. Seleccionar el acero inoxidable adecuado para una aplicación en particular puede mejorar u obstaculizar el desempeño de la pieza de manera significativa. Esto es lo que los equipos de productos deben saber.

¿Qué son los aceros inoxidables?

El acero inoxidable es una aleación compuesta principalmente de hierro, carbono y cromo, aunque muchos grados incluyen un porcentaje ligeramente más alto de carbono para una mayor resistencia y dureza. La incorporación de otros metales, como níquel para estabilizar la microestructura cristalina del hierro, o molibdeno o titanio para aumentar la resistencia al calor y a la corrosión de la aleación, también es una práctica común. Los aceros inoxidables pueden ser relativamente maleables y dúctiles, dependiendo del tratamiento térmico.

La resistencia a la corrosión y al óxido de los aceros inoxidables se deriva del comportamiento de las aleaciones cuando se exponen al oxígeno. Tan pronto como el metal desnudo se expone al aire libre, el cromo de la aleación produce una fina capa de óxido. Esta capa de óxido inhibe la oxidación adicional del metal, evitando la corrosión y el óxido que de otro modo causarían la humedad y el oxígeno. Esta resistencia a la corrosión y al óxido hace que muchos aceros inoxidables sean adecuados para piezas que estarán expuestas a los elementos durante períodos prolongados.
Hay cinco categorías principales de aceros inoxidables:

Austenítico
Ferrítico
Martensítico
Dúplex
Precipitación endurecida
Aunque los aceros inoxidables son generalmente difíciles de mecanizar, la maquinabilidad de todas estas categorías se puede mejorar siguiendo una serie de mejores prácticas. incluso: Usar herramientas afiladas con la geometría de corte adecuada y elegir las velocidades de avance y la profundidad de corte adecuadas para cada aleación específica.

Además, la inclusión de elementos como azufre, cobre, plomo y otras aleaciones puede alterar la maquinabilidad del material. El azufre en particular reduce la ductilidad de las virutas, lo que les permite desprenderse con mayor facilidad.

1. Aceros inoxidables austeníticos

Aceros inoxidables austeníticos - llamado así por las microestructuras cristalinas austeníticas en el hierro - son la forma más común de acero inoxidable. Estos grados de acero brindan alta resistencia a la corrosión y resistencia, impresionante conformabilidad posterior al mecanizado, buena soldabilidad y, por lo general, tienen un contenido de níquel mucho más alto en comparación con otros tipos de aleaciones. Los aceros austeníticos se indican con números en el rango 300.

Aceros de grado 304 - comúnmente conocido como inoxidable estándar 18/8 - tiene un mínimo de 18% de cromo y 8% de níquel, y un máximo de 0,07% de carbono. Se utilizan para crear una amplia gama de componentes domésticos e industriales, incluidos utensilios de cocina, tornillos y maquinaria.

Los aceros de grado 316 son bastante similares, pero contienen niveles más altos de níquel y molibdeno, que ofrecen una mayor resistencia a los ácidos y cloruros. Por lo tanto, el grado 316 es adecuado para piezas utilizadas en contextos de procesamiento químico y marino. Sin embargo, los metales adicionales aumentan el costo del material.

Los aceros 304 y 316 están disponibles en grados con bajo contenido de carbono (304L y 316L), lo que reduce el riesgo de precipitación de carburo de cromo (un fenómeno que reduce drásticamente la resistencia a la corrosión a lo largo de las costuras de soldadura). Se prefieren para entornos altamente corrosivos.

Los aceros inoxidables austeníticos pueden ser los más difíciles de mecanizar, en gran parte porque presentan gomosidad y se endurecen rápidamente. Los refrigerantes y lubricantes son especialmente importantes durante el mecanizado para evitar que el calor se concentre.

2. Aceros inoxidables ferríticos

Los aceros inoxidables ferríticos son aleaciones magnéticas, con alto contenido de cromo y bajo contenido de carbono, con alta resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión (un tipo común de degradación del acero) y a la oxidación a altas temperaturas.

Estos grados se utilizan a menudo para componentes automotrices, utensilios de cocina, equipos petroquímicos y otras aplicaciones que deberán interactuar con materiales potencialmente corrosivos. Los aceros inoxidables ferríticos también exhiben excelentes propiedades de conductividad térmica, lo que los hace ideales para aplicaciones como hornos e intercambiadores de calor de calderas.

Si bien los ferríticos no poseen la misma fuerza y resistencia a la corrosión que los aceros inoxidables austeníticos, su bajo contenido de carbono proporciona una ductilidad superior, lo que permite que estos grados se sometan a una conformación extensa sin debilitar el material. Tampoco son endurecibles mediante tratamiento térmico. Debido a su falta de níquel, los aceros inoxidables ferríticos son a menudo menos costosos que los grados austeníticos. Estos grados se designan con números en el rango 400.

El grado 434 es uno de los aceros inoxidables ferríticos más utilizados. El molibdeno aumenta la resistencia a la corrosión de la aleación, lo que da como resultado un material que proporciona buenas propiedades mecánicas, así como una fuerte resistencia al calor y la oxidación.

Grade 444, por otra parte, incluye los bajos niveles de carbono y nitrógeno, que ofrece una superior resistencia a la picadura, corrosión de la grieta, y por corrosión bajo tensión cloruro de craqueo - haciéndolo ideal para aplicaciones tales como tanques de agua caliente y equipos para cervecerías o viñedos.

3. Aceros inoxidables martensíticos

Los aceros inoxidables martensíticos son estructuralmente similares a los aceros ferríticos, pero incluyen porcentajes más altos de carbono (el contenido de carbono de los aceros ferríticos suele ser inferior al 0,10%, mientras que los grados martensíticos pueden contener hasta un 1% o más). Esto crea microestructuras de martensita dentro del material, lo que confiere a estas aleaciones una fuerza superior y resistencia al desgaste después del mecanizado en comparación con otros aceros inoxidables, pero también puede aumentar la fragilidad del material.

Además, su mayor contenido de carbono permite que los aceros martensíticos sean tratados con calor y envejecimiento para endurecer y fortalecer aún más el metal. Sin embargo, también aumenta la susceptibilidad de los materiales al óxido y la corrosión. Esta familia es por lo tanto ideal para aplicaciones que requieren alta resistencia y durabilidad, pero la resistencia sólo la media de corrosión, tales como componentes de la turbina, cubiertos de gama alta, y válvulas mecánicas y las bombas.

Los aceros inoxidables martensíticos también se indican con un número 400 y, como los ferríticos, son relativamente fáciles de mecanizar, aunque un mayor contenido de carbono reduce la maquinabilidad. El grado 440C es notable por proporcionar una de las mayores fuerzas, durezas y resistencia al desgaste posibles para las aleaciones de acero inoxidable, pero primero requiere un tratamiento térmico para realizar plenamente estas características. Cuando están en estado recocido, los aceros 440C se encuentran en el estado que se mecaniza con mayor facilidad, aunque se recomiendan herramientas robustas.

4. Aceros inoxidables dúplex

Los aceros inoxidables dúplex son aleaciones extremadamente resistentes a la corrosión que contienen tanto austenita como microestructuras ferríticas. El resultado es un conjunto de aceros bastante maleable y soldable con una combinación de características de ambas categorías.

Las aleaciones dúplex pueden proporcionar el doble de resistencia que los aceros inoxidables austeníticos o ferríticos. y demostrar una resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión mucho mayor que las aleaciones austeníticas comunes como los grados 304 y 316, aunque sea menor que los aceros ferríticos estándar. Sin embargo, esta combinación de alta resistencia y resistencia a la corrosión hace que las aleaciones dúplex sean ideales para aplicaciones bajo el agua donde las piezas deben resistir el agua salada corrosiva durante períodos prolongados.

La resistencia a la corrosión por picaduras y grietas por cloruro está determinada por el contenido de cromo, molibdeno y nitrógeno de una aleación particular, pero los aceros dúplex contienen menos níquel y molibdeno que las aleaciones austeníticas y, por lo tanto, generalmente son menos costosos. Además, su alta resistencia también permite a los diseñadores reducir el grosor de la sección de algunos componentes, lo que contribuye aún más a reducir el costo y el peso total de la pieza.

Quizás la forma más común de acero inoxidable dúplex es 2205 (llamado así por su composición de 22% de cromo y 5% de níquel), que se usa comúnmente en equipos de procesamiento y almacenamiento de productos químicos y tanques de carga. Los aceros dúplex tienden a ser más difíciles de mecanizar debido a su alta resistencia al recocido.

5. Aceros inoxidables endurecidos por precipitación

Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación combinan los beneficios de las aleaciones austeníticas y martensíticas, lo que los hace capaces de lograr propiedades mecánicas y de alta resistencia a través de tratamientos térmicos al tiempo que conservan una buena resistencia a la corrosión.

Además de proporcionar una buena oxidación, estos aceros inoxidables endurecidos por precipitación se comportan de manera comparable al grado austenítico 304 en la mayoría de las condiciones. La forma más común de acero inoxidable endurecido por precipitación es 17-4 PH, o grado 630, que recibe su nombre de su composición de 17% de cromo y 4% de níquel.

Mientras que la maquinabilidad del acero inoxidable endurecido por precipitación varía en función de la aleación particular, una ventaja importante de estos metales es que pueden ser fácilmente mecanizados cuando en condición solución tratada - que se puede seguir con un proceso de endurecimiento por envejecimiento para mejorar la resistencia del acero.

Encuentre la aleación de acero inoxidable ideal para cada proyecto

Los aceros inoxidables vienen en varias formas diferentes. Si los equipos de productos buscan una superresistencia con una resistencia media a la corrosión, entonces las aleaciones martensíticas serían una buena opción. Del mismo modo, los equipos que requieren un acero que ofrezca alta resistencia, alta picadura y resistencia a la corrosión pueden encontrar una aleación dúplex ideal.

Determinar el material apropiado para un componente en particular es una parte crucial del diseño del producto y los procesos de producción, y corresponde a los equipos de producto ser minuciosos al examinar las opciones de materiales. Dicho esto, encontrar el material adecuado para cumplir con los requisitos únicos de un proyecto se puede simplificar con la ayuda de un socio de fabricación experimentado como KANGDING.

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