Modelado por elementos finitos del recocido de roscas mediante calentamiento por inducción

Las etapas de procesamiento importantes después del endurecimiento de una pieza de acero incluyen el revenido, el alivio de tensiones y el recocido subcrítico. La transformación en martensita mediante temple crea una estructura muy dura con baja ductilidad. La martensita sin revenir conserva un alto nivel de tensiones residuales y, por lo general, es demasiado frágil para muchas aplicaciones comerciales, excepto para componentes que requieren principalmente resistencia al desgaste. El recalentamiento de aceros y hierros fundidos recién templados para el revenido produce una microestructura de martensita revenida. Las temperaturas de revenido están por debajo de la temperatura de transformación inferior A1 (generalmente en el rango de 120 a 650 °C, o de 250 a 1200 °F) y comprenden cuatro etapas de revenido superpuestas.
El revenido localizado de roscas mediante calentamiento por inducción permite enfocar la energía térmica en las áreas donde se desea una mayor ductilidad. El desarrollo de este proceso presenta varios desafíos:
• El área de la rosca del eje debe calentarse justo por debajo de la temperatura crítica A1 para ablandarla adecuadamente, asegurando al mismo tiempo que la temperatura de las áreas circundantes (incluidos los hombros y los cambios de diámetro) no se reaustenice.
• Las condiciones térmicas y la receta del proceso deben seleccionarse para evitar o reducir la posibilidad de que ocurran fenómenos metalúrgicos indeseables como la fragilidad por revenido de la martensita revenida y la fragilidad de revenido.
• No se debe exceder una longitud específica de la zona de transición "revenido-sin revenir".
• El proceso debe ser fiable y repetible.
El modelado numérico por computadora ayuda no solo a determinar un diseño de bobina y una receta de proceso óptimos, sino también a evaluar la solidez de un proceso de revenido en particular mediante la estimación del impacto de las desviaciones del proceso en condiciones reales, tales como tolerancias dimensionales, la integridad de los dispositivos de sujeción y el posicionamiento de la pieza respecto al inductor.
A modo de ilustración, las figuras siguientes muestran la dinámica de la distribución del campo electromagnético (arriba) y la variación de temperatura durante el revenido por inducción de un área de rosca utilizando un inserto inductor optimizado de dos espiras (inductor con secundario acoplado electromagnéticamente). Este tipo de inductor se seleccionó debido a las características específicas de sintonización de carga del inversor disponible utilizado por el cliente.

Lecturas complementarias
• V. Rudnev, D. Loveless, et al., Handbook of Induction Heating, Marcel Dekker, NY, 2003.