Mecanizado de aceros inoxidables

El acero inoxidable es un material difícil de mecanizar. El mecanizado conlleva un riesgo de templado en frío. Además, los errores de mecanizado pueden crear superficies de ataque para la corrosión. El siguiente artículo responde a la pregunta frecuente "¿Puede oxidarse el acero inoxidable?", ofrece una visión general de los problemas durante el mecanizado, varios métodos de mecanizado y criterios de selección para elegir la herramienta correcta para el mecanizado de acero inoxidable.

¿Qué es el acero inoxidable?

El término acero inoxidable se refiere a aceros aleados o no aleados con un grado especial de pureza. En términos coloquiales, el acero inoxidable se refiere a todos los aceros resistentes a la corrosión; sin embargo, en el sentido técnico, el acero inoxidable puede oxidarse con toda seguridad. La norma DIN EN 10020 define la terminología para aceros, incluidos los aceros inoxidables.

Los aceros inoxidables son materiales populares debido a su disponibilidad y propiedades. El acero inoxidable tiene las siguientes propiedades:

• Durabilidad
• Atractivo visual
• Alta variabilidad

La versatilidad en particular es muy atractiva: El acero inoxidable tiene propiedades variables dependiendo de su composición. Por ejemplo, el cromo garantiza la resistencia a la corrosión, mientras que el níquel favorece la resistencia a los ácidos. Debido a las propiedades positivas que se pueden ajustar mediante diferentes aleaciones, a menudo se utilizan diversos aceros inoxidables para fabricar piezas estandarizadas para la ingeniería mecánica.

La siguiente figura muestra una comparación de las propiedades del acero indicando la designación de conformidad con la norma JIS y los códigos de material asociados válidos en Europa:

Comparación de las propiedades de diferentes aceros

• A = Resistencia a la corrosión
• B = Pulibilidad
• C = Maquinabilidad
• D = Soldabilidad
• E = Magnetizabilidad
• Cuanto más hacia fuera se muestre el valor del parámetro, más pronunciado será.

Los siguientes aceros están codificados por el número de material: X5CrNi18-10 (1,4301 / SUS 304), C X X105CrMo17 (1,4125 / SUS 440), X8CrNiS18-9 (1,4305 / SUS 303) y 100Cr6 (1,3505 / SUJ 2).

Problemas con la manipulación y el mecanizado de acero resistente a la corrosión

Se asume incorrectamente que el acero resistente a la corrosión es 100 % inoxidable. Esto no es cierto: una capa pasiva o película de óxido que protege al acero contra la corrosión se forma bajo la influencia del oxígeno en la superficie del acero inoxidable aleado con cromo.   Esta capa es muy fina, de entre 0,06 y 0,08 micrómetros. Sin embargo, esta capa tarda cierto tiempo en formarse y proteger el material activamente contra la corrosión. Los problemas típicos durante el mecanizado son que no se ha dejado tiempo suficiente para que se forme la capa o que la capa pasiva se destruye por arañazos, incluso durante el mecanizado. Sin embargo, el contacto con otros metales menos preciosos también puede provocar oxidación (corrosión por contacto) de un acero que esté clasificado como inoxidable. El metal menos precioso reacciona al contacto, por ejemplo, con el agua y el oxígeno. Se corroe. Extrae el oxígeno necesario para la oxidación de su entorno inmediato. La capa pasiva del acero inoxidable aleado con cromo está formada por óxido de cromo, un compuesto químico de cromo y oxígeno. En el punto de contacto, la capa de óxido de cromo queda privada de oxígeno y, como resultado, se destruye la capa protectora. La superficie del acero inoxidable ahora desprotegida también puede corroerse.

Varias precauciones para manipular y mecanizar aceros inoxidables

Debido a los problemas mencionados anteriormente, se debe prestar mucha atención al manipular y mecanizar acero resistente a la corrosión. Por ejemplo, las herramientas utilizadas para acero inoxidable deben utilizarse exclusivamente para este fin y no deberían haber tenido contacto previo con otros aceros. Esto incluye el almacenamiento de las herramientas.

Sin embargo, las cosas pueden salir mal incluso después de que el acero libre de corrosión haya pasado por la operación de mecanizado. Si durante el transporte el acero inoxidable entra en contacto, por ejemplo, con el hierro de las horquillas de las carretillas elevadoras o de las herramientas, las manchas resultantes pueden presentar un nuevo riesgo de corrosión. Por lo tanto, también en este caso debe prestarse especial atención a que sólo se utilicen medios de transporte adecuados.

Pero veamos ahora el proceso de mecanizado en sí: A continuación se describen diversos métodos de mecanizado, qué hay que tener en cuenta y qué herramientas utilizar.

Corte y tronzado de acero inoxidable

Debido a los problemas anteriores, se debe prestar mucha atención al tronzar y cortar acero inoxidable. El proceso de corte puede generar calor o crear óxido en el aire. Los métodos de mecanizado, como el taladrado y el fresado, suelen suponer un reto a la hora de mecanizar acero inoxidable. Por ejemplo, el elemento de aleación níquel tiene un efecto negativo en la capacidad de corte y mecanizado del acero. Además de utilizar brocas y fresadoras especiales de alto rendimiento, también es importante utilizar parámetros de mecanizado adecuados al material. Por lo general, al cortar acero inoxidable a medida se añade un agente abrasivo. A continuación se ofrece una breve descripción general de los métodos comunes para cortar acero inoxidable:

• Corte por chorro de agua: Mediante una boquilla se dirige un chorro de agua extremadamente fino a alta presión (hasta 6000 bares) sobre el metal junto con un material abrasivo como arena. La arena pule simultáneamente la superficie, garantizando así una baja rugosidad de la superficie. Este método de corte no genera calor. Este método también es adecuado para chapas gruesas. Sin embargo, en comparación con otros métodos, es relativamente lento y los costes del abrasivo adicional pueden ser altos en función del grosor de la chapa.
• Corte por plasma: También se dirige un gas conductor de electricidad (plasma) sobre el metal a través de una boquilla, donde se crea un arco entre el electrodo y la pieza de trabajo, que calienta fuertemente y funde la superficie. Sin embargo, se crea una junta de corte relativamente amplia en comparación con el corte por láser o por chorro de agua. Sin embargo, las ventajas son que se pueden implementar una amplia variedad de contornos, se pueden cortar chapas gruesas y que el método generalmente es muy rápido.
• Corte con láser: Se dirige un rayo láser altamente enfocado hacia el metal, que luego se funde/evapora con precisión. La región afectada por el calor es muy limitada. El corte con láser permite fabricar contornos complejos, corta acero inoxidable sin desgaste y es muy preciso y rápido. Sin embargo, el corte con láser es menos adecuado para chapa gruesa.

Unión y conexión de aceros inoxidables

Los aceros resistentes a la corrosión se pueden unir y conectar de diferentes maneras. Los métodos adecuados dependen en gran medida del material y sus propiedades. Los posibles métodos de unión son:

• Soldadura autógena
• Soldadura blanda
• Pegado

Además del hecho de que no se pueden soldar todos los aceros inoxidables, la soldadura en particular presenta el mayor riesgo de corrosión. El calor fuerte resultante puede provocar la formación de carburos de cromo, tensiones de tracción internas o templado (oxidación). Si se desarrollan grietas, la probabilidad de corrosión por fisuras es alta. Las perlas de soldadura solo deben colocarse con materiales y métodos de soldadura adecuados y siempre deben pasivarse después del proceso de soldadura. Esta es la única forma de garantizar la resistencia a la corrosión. Debido a que la superficie de acero inoxidable está pasivada, se requiere un agente de flujo durante la soldadura. Para pegar acero inoxidable es necesario previamente darle rugosidad a la superficie. Cuanto más lisa sea la superficie, más débil será la unión del material adhesivo. Como es de alta dureza, se requieren herramientas especiales para taladrar el acero inoxidable. MISUMI, por ejemplo, tiene las siguientes herramientas para mecanizar los diversos materiales:

• Hojas de sierra circulares
• Cortadores de orificios
• Fresas de extremo

Tratamiento y mecanizado de superficies: Rectificar y pasivar químicamente el acero inoxidable

La superficie de acero inoxidable puede, por ejemplo, cepillarse, lijarse, pulirse o granallarse. Esto cambia la rugosidad de la superficie del acero inoxidable. Cuanto más rugosa sea la superficie, más susceptible será el acero inoxidable a la corrosión. Por lo tanto, el rectificado es un método popular para el tratamiento de superficies de metal.

Los métodos comunes para el rectificado de acero inoxidable incluyen el rectificado de banda y el rectificado de precisión. El rectificado de banda crea acabados particularmente suaves y de alta calidad y permite realizar eliminaciones de material más grandes. Sin embargo, también pueden conseguirse distintas rugosidades superficiales utilizando distintos tamaños de grano en el abrasivo. Las bandas de rectificado de alta calidad son cruciales para evitar la contaminación con óxido extraño. Por este motivo, MISUMI tiene una amplia gama de abrasivos diferentes para el procesamiento de acero inoxidable.

El rectificado de precisión, como método adicional, tiene por objeto lograr la máxima precisión; el proceso de rectificado en húmedo, en particular, es muy preciso. Las superficies resultantes son particularmente planas y paralelas. Por ejemplo, esto puede desempeñar un papel importante con respecto a las tolerancias; véase también el artículo del blog Límites de procesamiento y estándares de precisión para piezas de chapa metálica, así como las clases de tolerancia conformes con las normas ISO 22081 y DIN ISO 2768: Uso optimizado de tolerancias generales. Encontrará más información en el portal de meviy.

Selección de herramientas

Para un mecanizado eficiente y satisfactorio hay que tener en cuenta muchos aspectos a la hora de seleccionar las herramientas. Las herramientas para mecanizar acero inoxidable deben ser duras, pero no demasiado duras. Las herramientas demasiado duras pueden volverse quebradizas rápidamente y romperse más fácilmente como resultado del mecanizado. Además, pueden producirse mayores vibraciones durante el mecanizado, lo que afecta al acabado superficial. Por lo tanto, es esencial determinar la dureza correcta de la herramienta para el procesamiento de acero inoxidable. La dureza del acero inoxidable y las herramientas de mecanizado se basa generalmente en la escala de Rockwell (HRC). Los valores típicos de HRC para herramientas de mecanizado de acero inoxidable están en el rango de 58 a 65 HRC.

Se aplican otros rangos de dureza, dependiendo de la clase de mecanizado (p. ej., serrado, taladrado, fresado, rectificado de precisión). La siguiente tabla proporciona una descripción general de qué herramienta es adecuada para qué durezas:

La resistencia al desgaste de la herramienta está estrechamente asociada a la dureza. El acero inoxidable suele ser un material muy abrasivo y, por lo tanto, las herramientas abrasivas utilizadas deben tener una alta resistencia al desgaste. Un revestimiento de nitruro de titanio, por ejemplo, puede mejorar la resistencia al desgaste. Además, las herramientas deben tener una alta resistencia al calor, ya que al mecanizar acero inoxidable puede generarse un calor considerable. El corte puede generar calor de hasta aprox. 800 °C a 1200 °C, que se concentra directamente en el filo de corte de la herramienta debido a la baja conductividad térmica.

Sin embargo, en MISUMI, además de herramientas de mecanizado y eliminación de materiales, también encontrará otras herramientas especialmente adaptadas para acero inoxidable, como dobladoras de tubos.

Instrucciones para un mecanizado correcto

Las siguientes instrucciones se pueden utilizar como guía para descartar muchos errores durante el mecanizado. La limpieza es una prioridad máxima: la transferencia de partículas (óxido en el aire) de otros aceros aumenta el riesgo de corrosión en aceros inoxidables. Pero la limpieza no solo afecta al entorno de trabajo, sino también a los propios materiales de trabajo, como los abrasivos. También es importante dejar tiempo para que se forme la capa pasiva. A temperaturas ambiente normales de 20 °C, esto puede tardar entre 24 y 48 horas, e incluso más en presencia de humedad. Esto debe tenerse en cuenta al determinar el tiempo de mecanizado.