Granallas esféricas de acero ALTO CARBONO o BAJO CARBONO
El granallado es un proceso mecánico de tratamiento superficial, siendo común el uso de granallas esféricas de acero, en numerosas industrias, concretamente en fundiciones y metalurgia, para rectificar, eliminar oxidación o crear rugosidades.
Las granallas esféricas de acero también se utilizan para aumentar la resistencia de las superficies mediante el "granallado", a través de la energía cinética de las partículas de la granalla, al comprimir la superficie.
Por su composición, estas granallas se utilizan preferentemente sobre metales ferrosos, u otras superficies que puedan sufrir alguna oxidación.
Los factores habitualmente considerados para la evaluación de la calidad de una granalla de acero están relacionados con su DURABILIDAD e INTENSIDAD de impacto (efecto granallado sobre la superficie).
La DURABILIDAD de una granalla viene determinada por el número de ciclos realizados, sin ser eliminado de la mezcla operativa a través del sistema de limpieza de la granalla, debido a su pequeño tamaño.
Así, cuantos más ciclos realice una granalla más económico será.
La durabilidad de una granalla de acero se puede probar en un equipo comúnmente llamado “Ervin Tester”, comparando, en las mismas condiciones, su durabilidad con otras granallas de acero.
La durabilidad de las granallas esféricas de acero fundido suele oscilar entre 2000 y 3500 ciclos. El resultado obtenido depende mucho del tamaño de la granalla analizada y del límite mínimo especificado para las partículas utilizadas en la mezcla operativa.
Este límite mínimo se traduce en la utilización de una malla de cierta apertura, para la eliminación de las partículas más finas, por desgaste o rotura, del resto de partículas de mayor granulometría.
Como se permite cierta tolerancia en la selección del límite mínimo de partículas en la mezcla operativa, la comparación rigurosa de los datos transmitidos por diferentes fabricantes con respecto a la durabilidad de la granalla es innecesaria, porque la información se basa en diferentes condiciones o supuestos.
Asimismo, a pesar de que los fabricantes mencionan que los resultados se basan en los mismos estándares, las variaciones permitidas en estos mismos estándares invalidan cualquier comparación exacta entre los valores presentados para las diferentes granallas.
La figura 1 representa la durabilidad obtenida en laboratorio por cinco muestras de granallas de acero fundido esférico de diferentes fabricantes.
La INTENSIDAD de granallado/arenado determina el efecto que tiene la granalla de acero en la superficie y se determina de acuerdo con la " Almen Test ", llamada así por su inventor.
Este proceso de medición de intensidad se basa en el uso de una placa de acero con una dimensión y una composición del material bien definidas. La placa Almen se fija sobre soportes específicos en la pieza a tratar en la granalladora, de manera que se granalla en las mismas condiciones (ej. ángulo, distancia) que la pieza real.
Después del granallado, la desviación de la placa Almen se mide en milímetros en el “Almen Tester”, para determinar la intensidad del granallado.
Así es posible medir la intensidad de una nueva carga de granalla o de una mezcla operativa en funcionamiento. Como la intensidad de granallado de una granalla determinada cambia con el número de ciclos realizados, el resultado del Almen Tester cambia de manera similar según el número de ciclos realizados en la prueba.
La intensidad del granallado influye en el proceso de tratamiento de la superficie y los costes relacionados. Una granalla con baja intensidad de impacto puede requerir una mayor velocidad de proyección y, en consecuencia, mayores costos de energía.
La Figura 2 representa la intensidad obtenida de las cinco muestras de granallas utilizadas en este estudio, con los valores que representan la intensidad de las granallas después de 30 ciclos, 1000 ciclos y 2000 ciclos.
Figura 2 - Intensidad de 5 muestras de granalla.
LA COMPOSICIÓN QUÍMICA de la granalla afecta la DURABILIDAD y la INTENSIDAD.
Además del estricto control del proceso de producción, existen otras causas para la existencia de granallas similares con diferente durabilidad.
La durabilidad y la intensidad están significativamente influenciadas por la dureza de la granalla que, a su vez, está influenciada por la composición química, principalmente por el carbono (C) presente en la composición de la granalla, pero también por el tratamiento térmico realizado.
En el mercado existen principalmente granallas con alto contenido de carbono (HC) y bajo contenido de carbono (LC), que reflejan principalmente las diferencias en la composición del carbono (C), ambas cualidades tienen diferentes ventajas y desventajas.
El porcentaje de carbono (C) presente en la granalla alta en carbono (HC) suele ser superior al 0,8% y en la baja en carbono entre el 0,1% y el 0,2%. Existen otros componentes, con menor efecto sobre la dureza de la granalla, algunos de los cuales pueden mejorar la estructura propia de la granalla y, en consecuencia, su durabilidad.
Como el tratamiento térmico es similar para las granallas (HC y LC), será la composición química la que determinará las diferencias en la durabilidad e intensidad del granallado.
La durabilidad de la granalla también está influenciada por el porcentaje de defectos en la propia granalla, siendo el límite especificado en las normas SAE J827 y SAE J2175.
Debido a la alta velocidad de enfriamiento durante el proceso de producción, las granallas HC presentan una mezcla de martensita y austenita residual al final del enfriamiento. Estas estructuras tienen diferentes propiedades mecánicas y de contracción térmica que provocan pequeñas grietas que no pueden ser eliminadas por el tratamiento térmico posterior. Debido a esta tendencia a formar grietas, las granallas HC tienden a no lograr la misma durabilidad que las granallas LC.
La Figura 3 presenta una imagen ampliada de “corte” de ambas calidades (HC y LC).
Figura 3 - Imagen ampliada de tomas HC y LC
Independientemente de la granalla esférica de acero utilizada, los parámetros de su aplicación influyen decisivamente en su durabilidad y eficacia.
El mantenimiento periódico de los equipos, así como del sistema de limpieza de granalla, a fin de mantener una adecuada mezcla de operación, es condición indispensable para optimizar el funcionamiento y reducir el desgaste de los equipos.
Si bien una granalla más dura puede causar un desgaste ligeramente mayor en el equipo, asumiendo la buena calidad de los componentes principales (por ejemplo, turbinas), este aspecto no es significativo en vista de los puntos principales que se deben considerar al seleccionar la granalla.
La comparación realizada en la figura 1) demuestra que la durabilidad de la granalla es superior con la reducción de la composición de carbono.
En la granulometría considerada, las granallas LC tienen una durabilidad de 3500 ciclos y las granallas HC tienen valores por debajo de los 2900 ciclos.
Así, se puede concluir que, en promedio, las granallas LC tienen una durabilidad un 20% superior a las granallas HC, lo que puede suponer un ahorro importante, si se consideran otros factores relevantes del proceso.
La evolución de la intensidad del granallado en trabajo, de las diferentes granallas se presenta en la figura 2.
Las granallas de LC se endurecen significativamente en los primeros ciclos, aumentando así su intensidad. En el caso de las granallas de HC, el aumento de intensidad con el trabajo es significativamente menor o incluso, al contrario.
Incluso considerando el endurecimiento por trabajo, la granalla LC suele tener una menor intensidad en el granallado, en comparación con la granalla HC.
La Figura 4 muestra la combinación entre la durabilidad y la intensidad de las diferentes muestras de granallas en el estudio.
Figura 4 - Efecto combinado de durabilidad e
intensidad.
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