El tratamiento térmico del aluminio es un proceso ampliamente utilizado, aunque complejo, en la actualidad. Cumple diferentes requisitos en diversas industrias, incluyendo la automotriz, la aeroespacial y muchas más. Este proceso implica procedimientos importantes, como el tratamiento térmico de solución, el templado y el envejecido, entre otros, y utiliza diferentes tipos de hornos de aluminio para un rendimiento óptimo.

El propósito principal del tratamiento térmico de solución

El tratamiento térmico de solución proporciona principalmente la energía térmica adecuada para disolver los elementos de aleación presentes en una mezcla sólida. Las piezas se calientan a una temperatura específica, seguido de un enfriamiento rápido o templado que fija todos los elementos de aleación disueltos a la alta temperatura del tratamiento térmico. Este proceso se gestiona según estándares de la industria como CQI-9 (Automotriz) y AMS (Aeroespacial) para garantizar los resultados deseados en propiedades fisicas presentes en las diversas aleaciones de aluminio.

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Requisitos de los hornos y tanques de temple

Los hornos son equipos de recirculación/convección de alta velocidad, que utilizan un sistema de calentamiento, ya sea a gas (directo o indirecto) o eléctrico. Los medios de calentamiento no están expuestos a la carga para evitar radiaciones que puedan afectar la temperatura de la superficie. El diseño incluye un sistema de puerta(s) de acción rápida.

La temperatura máxima de diseño operativo de estos hornos es de 650°C (1200°F) para aleaciones de aluminio termotratables. El requisito típico de uniformidad de temperatura sería de ±6°C (±10°F). El medio del tanque de temple es agua o una solución polimérica (PAG) y cuenta con una agitación apropiada para limitar la formación de una película de vapor en la superficie de las piezas durante el templado.

Algunas aleaciones termotratables pueden necesitar ser templadas en medios a una temperatura más alta. En estos casos, podría ser necesario instalar un sistema de calentamiento en el tanque de templado. También podría ser necesaria un sistema de enfriamiento para reducir el medio de templado a la temperatura máxima de templado al inicio de los requisitos de templado.

Diferentes configuraciones de los equipos

Hornos Drop Bottom: Esta configuración coloca el horno directamente sobre el tanque de templado. El horno o el tanque de templado pueden ser movidos para permitir la carga/descarga de la carga dentro y fuera del horno. Este diseño puede incluir una apertura en la parte inferior, un sistema de puerta(s) de acción rápida y un mecanismo de elevación resistente para levantar la carga dentro del horno y bajarla rápidamente al tanque de templado.

• PROS:
  
  - Menor retraso en el templado
  - Gestión de producción versátil (unidades múltiples)
  
  
• CONTRAS:
  
  - Requisito de altura
  - Menor capacidad de producción
  
  
  

Horno de Carga Frontal: Esta configuración coloca el tanque de templado directamente frente al horno con acceso por debajo del nivel de la parte inferior de la carga. El estante de carga se mueve mediante un sistema de mecanismo de rodillos o un sistema de empujar/tirar ubicado en la parte trasera del horno, con rieles de rodillos en el piso. Este diseño puede incluir una apertura frontal, un sistema de puerta de acción rápida y un sistema elevador en el tanque de enfriamiento para bajar y levantar la carga en el medio de enfriamiento.

• PROS:
  
  - Gestión de producción versátil (unidades múltiples)
  - Requisitos de altura más bajos
  - No se requiere sistema de elevación dentro del horno
  - Buen soporte de bastidor para cargas más pesadas
  
  
• CONTRAS:
  
  - Menor retraso en el templado (podría ser un problema para materiales más delgados)
  - Menor capacidad de producción
  
  

Hornos de Rodillos: Esta configuración normalmente ofrece una o múltiples posiciones en el lado de carga del horno, con varias posiciones de canastillas dentro de la cámara. El diseño coloca el tanque de templado en el lado de descarga del horno con acceso por debajo del nivel de la parte inferior de la carga y una o varias posiciones en el lado de descarga de la posición de templado.

El estante de carga es impulsado por un sistema transportador de mecanismos de rodillos diseñado para mover cada estante de carga a través de la cámara durante el tiempo de empape anticipado para alcanzar la temperatura deseada antes del enfriamiento. Este tipo de horno puede incluir un sistema de puerta vertical de acción rápida en ambos lados y un sistema elevador en el tanque de templado para bajar y elevar la carga en el medio de temple.

• PROS:
  
  - Mayor tasa de producción en volumen
  - Huella más pequeña que otras unidades
  - Producción y resultados consistentes
  
  
• CONTRAS:
  
  - Versatilidad reducida en comparación con múltiples unidades
  - Tiempo para establecer parametros distintos del horno, mas largos que cualquier horno intermitente.
  
  
  

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Sistemas sin racks

Hornos de Rodillos: Esta configuración procesa las piezas a través del horno sin canastillas. Pueden tener múltiples niveles cargados por algún tipo de sistema de ascensor y múltiples puertas. Un sistema de ascensor se encargaría de la etapa de templado. Estos mecanismos sin bastidores o canastillas suelen utilizar un sistema transportador altamente automatizado para cargar/descargar y enfriar las piezas.

• PROS:
  
  - Mayor tasa de producción en volumen
  - No se necesitan bastidores
  - No es necesario cargar/ descargar racks
  - Producción y resultados consistentes
  
  
• CONTRAS:
  
  - Versatilidad reducida
  - Principalmente adecuado para piezas muy similares
  
  
  

Hornos de Banda, Cadena o Malla: Esta configuración procesa las piezas a través del horno sobre un transportador de cadena/malla. Estos hornos suelen utilizar sistemas altamente automatizados con robots para cargar/descargar las piezas y realizar el proceso de templado.

• PROS:
  
  - No se necesitan bastidores
  - No es necesario cargar/ descargar canastillas
  - Producción y resultados consistentes

• CONS:
  
  - Versatilidad reducida
  - Principalmente adecuado para piezas muy similares
  - Requiere sistemas robóticos sofisticados
  
  

Hornos Rotatorios / Giratorios: Este tipo procesa las piezas cargándose en una unidad giratoria en el horno. Las piezas se desplazan por la cámara a descargar a través de la misma puerta o de otra cercana dedicada para la descarga. Es posible tener múltiples niveles en el estante giratorio interior y permite una mayor producción con el mismo sistema de manipulación. Estos hornos suelen utilizar sistemas altamente automatizados con robots para cargar/descargar las piezas y realizar el proceso de templado.

• PROS:
  
  - No se necesitan bastidores o canastillas
  - No es necesario cargar / descargar canastillas
  - Producción y resultados consistentes
  - Menor utilización de espacio en planta
  
  
• CONTRAS:
  
  - Versatilidad reducida
  - Principalmente adecuado para piezas muy similares
  - Requiere sistemas robóticos sofisticados
  
  
  

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Requisitos del tratamiento térmico de envejecimiento

Tras el tratamiento térmico de la solución, las piezas normalmente requieren un envejecimiento natural o artificial. Para ser envejecidas artificialmente, las piezas deben ir a un horno para recibir un tratamiento adicional. Esto es necesario para lograr las propiedades mecánicas deseadas, como el límite elástico y de elongación.

Puede haber un tiempo máximo requerido entre el tratamiento térmico de la solución y el envejecimiento, y si no se puede cumplir este tiempo, puede ser necesario colocar las piezas en un congelador para retardar el proceso de envejecimiento natural. Los hornos de envejecimiento también están disponibles en diferentes configuraciones.

Conclusión

El tratamiento térmico del aluminio, si bien es un proceso complejo, es crucial en numerosas industrias y aplicaciones. La comprensión y el uso correcto de los hornos industriales, técnicas de procesamiento de metales y aleaciones pueden conducir a resultados significativamente mejores en términos de durabilidad, versatilidad y rentabilidad.

Con los conocimientos anteriores, las industrias relacionadas pueden comprender mejor cómo maximizar los beneficios de estos procesos para sus necesidades específicas.

Preguntas frecuentes - Tratamiento térmico del aluminio

¿Qué es el tratamiento térmico en solución?

El tratamiento térmico en solución proporciona principalmente suficiente energía térmica para disolver los elementos de aleación presentes en una solución sólida. El proceso de tratamiento térmico bloquea todos los elementos de aleación disueltos en su lugar.

¿Qué tipos de hornos se utilizan en el tratamiento térmico del aluminio?

El tratamiento térmico del aluminio utiliza equipos de recirculación/ convección de alta velocidad, utilizando un sistema de calefacción de gas o eléctrico. Estos hornos también requieren un sistema de puerta de acción rápida para lograr eficiencia.

¿Cuál es la temperatura de funcionamiento de estos hornos?

La temperatura de funcionamiento habitual de estos hornos industriales es de alrededor de 650 °C (1200 °F) con un requisito de uniformidad de temperatura promedio de ±6 °C (±10 °F).

¿Cuál es el papel del envejecimiento en el tratamiento térmico del aluminio?

El envejecimiento es parte integral del tratamiento térmico del aluminio y contribuye a lograr las propiedades mecánicas deseadas, como el límite elástico y elongación. Los hornos de envejecimiento, al igual que otros hornos industriales, están disponibles en diferentes disposiciones para adaptarse a las distintas necesidades.

¿Cuáles son algunas configuraciones de equipos comunes en el tratamiento térmico de aluminio?

El tratamiento térmico del aluminio abarca diferentes configuraciones de equipos, como el horno drop bottom, el horno de carga frontal, el horno de rodillos y diferentes sistemas sin canastilla, como el horno de cadena/ malla transportadora y el horno de rotatorio/ giratorio.