Una consideración clave al trabajar con acero inoxidable, especialmente en el corte de chapa, es cómo el grado afecta al rendimiento del corte.
En este artículo, exploraremos cómo los diferentes grados de acero inoxidable influyen en el rendimiento del corte, centrándonos en la maquinabilidad, la dureza, la tenacidad, la conductividad térmica y las tendencias al endurecimiento por deformación.
Comprender los grados del acero inoxidable
El acero inoxidable se clasifica en cinco grandes familias:
- Austenítico (por ejemplo, 304, 316)
- Ferrítico (por ejemplo, 430, 409)
- Martensítico (por ejemplo, 410, 420)
- Dúplex (por ejemplo, 2205)
- Endurecimiento por precipitación (PH) (por ejemplo, 17-4PH)
Cada tipo tiene una composición química y una estructura cristalina diferentes que influyen en sus propiedades mecánicas y, en consecuencia, en su comportamiento durante el corte.
Propiedades clave del material que afectan al rendimiento de corte
1. Dureza y resistencia
Los grados más duros, como los aceros inoxidables martensíticos, tienden a desgastar las herramientas más rápidamente y requieren máquinas de corte más potentes. Por ejemplo, el 440C es un acero inoxidable martensítico con alto contenido en carbono conocido por su excepcional resistencia al desgaste, pero puede ser difícil de cortar sin las herramientas adecuadas y métodos de refrigeración eficaces.
Por el contrario, los grados austeníticos como el 304 y el 316 son relativamente más blandos, pero presentan endurecimiento por deformación durante el corte. Aunque inicialmente no son tan duros, pueden llegar a ser muy difíciles de mecanizar, ya que se endurecen rápidamente con la deformación, lo que aumenta el desgaste de las herramientas y requiere cambios frecuentes o reafilado.
2. Tenacidad
La tenacidad influye en la forma en que un material reacciona a las fuerzas de corte. Un material de alta tenacidad puede absorber más energía y resistir el agrietamiento, lo que es útil para la resistencia al impacto, pero dificulta el corte de precisión. Los aceros inoxidables dúplex, conocidos por su excelente tenacidad y resistencia, plantean retos de corte debido a su microestructura de doble fase que resiste la deformación y aumenta la carga de la herramienta.
3. Conductividad térmica
En comparación con el acero al carbono, el acero inoxidable presenta una menor conductividad térmica. Esto significa que el calor generado durante el corte no se disipa rápidamente, especialmente con los grados austeníticos y dúplex. La acumulación de calor puede provocar el sobrecalentamiento de la herramienta, el desgaste del filo y la deformación de la pieza de trabajo. Es esencial contar con una refrigeración eficaz y con herramientas de materiales con buena resistencia al calor.
4. Tendencia al endurecimiento por deformación
Los grados austeníticos, como el 304 y el 316, son bien conocidos por su tendencia a endurecerse rápidamente durante el mecanizado. A medida que la herramienta de corte avanza a través del material, el acero inoxidable se endurece, lo que aumenta la resistencia al corte. Esto puede provocar un mayor consumo de energía, más calor y una rápida degradación de la herramienta.
Los grados martensíticos y ferríticos suelen presentar una menor tendencia al endurecimiento por deformación, lo que los hace ligeramente más fáciles de cortar en operaciones continuas.
Técnicas de corte y grados de acero inoxidable
Los diferentes métodos de corte, como el corte por láser, el corte por plasma, el corte por chorro de agua y los métodos mecánicos como el cizallado o el aserrado, interactúan de forma diferente con los distintos grados de acero inoxidable. Comprender el comportamiento de cada grado puede ayudar a optimizar el proceso de corte.
1. Corte por láser
El corte por láser ofrece una alta precisión y se utiliza habitualmente para chapas de acero inoxidable más finas. Sin embargo, grados como el 304 y el 316 pueden reflejar los rayos láser y requieren un ajuste cuidadoso de los parámetros del láser. Además, la tendencia al endurecimiento por deformación del 304 puede crear rebabas si la velocidad de corte o el enfoque no se calibran correctamente. Los grados dúplex y martensíticos suelen necesitar una mayor potencia láser debido a su mayor resistencia.
2. Corte por chorro de agua
El corte por chorro de agua no genera calor, por lo que es adecuado para grados sensibles al calor, como el 316 y los aceros inoxidables dúplex. Dado que evita el endurecimiento por deformación y las zonas afectadas por el calor (HAZ), suele ser el método preferido para chapas más gruesas o cuando la calidad de los bordes es fundamental.
3. Corte por plasma
El corte por plasma es eficaz para secciones más gruesas, pero menos preciso que el láser o el chorro de agua. Puede dejar una ranura más ancha y más escoria en los grados de alta aleación. Los grados con alto contenido en cromo pueden reaccionar con los gases del plasma, lo que afecta al acabado de los bordes.
4. Corte mecánico (cizallado, serrado, fresado)
Los métodos de corte mecánico tienen dificultades con las superficies endurecidas por deformación. Los grados austeníticos requieren herramientas afiladas y velocidades más lentas. Para los aceros ferríticos y martensíticos se pueden utilizar herramientas estándar de alta velocidad, aunque los grados más duros pueden necesitar cuchillas con punta de carburo.
Resumen del rendimiento de corte por grados
A continuación se desglosa cómo los grados más comunes de acero inoxidable afectan al corte:
- 304 (austenítico): El acero inoxidable más utilizado. Excelente resistencia a la corrosión, pero difícil de cortar debido al endurecimiento por deformación. Requiere velocidades más lentas y herramientas robustas.
- 316 (austenítico): similar al 304, pero con molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión. Tiene índices de endurecimiento por deformación aún mayores y es más difícil de cortar limpiamente.
- 430 (ferrítico): magnético y menos resistente a la corrosión que los grados austeníticos. Más fácil de cortar con métodos mecánicos, pero más propenso a la deformación.
- 410 (martensítico): más duro y más frágil. Requiere precalentamiento y herramientas especializadas, pero es más fácil de cortar limpiamente en secciones delgadas.
- 2205 (dúplex): su alta resistencia y dureza hacen que este grado sea difícil de cortar. Requiere equipos potentes y estrategias de refrigeración agresivas.
- 17-4 PH (endurecimiento por precipitación): Muy duro y resistente después del tratamiento térmico. Requiere herramientas de corte de alto rendimiento y, a menudo, precalentamiento para secciones más gruesas.
Prácticas recomendadas para cortar acero inoxidable según el tipo
Para optimizar el rendimiento de corte en todos los tipos:
- Utilice las herramientas adecuadas: Se recomiendan herramientas de carburo o recubiertas de cerámica para los tipos duros y que se endurecen con el trabajo.
- Ajustar las velocidades de corte: Las velocidades más lentas y las velocidades de avance más altas ayudan a minimizar el calor y a evitar el endurecimiento excesivo.
- Aplicar refrigerante generosamente: Especialmente importante para grados con baja conductividad térmica, como el 304 y los aceros inoxidables dúplex.
- Evitar interrupciones: El corte continuo reduce la aparición del endurecimiento.
- Utilizar parámetros específicos para cada grado: Las condiciones de corte deben adaptarse en función de las propiedades específicas de cada grado.