Cuchillería (página 2)

Importancia de los elementos de aleación
sobre la resistencia a la
corrosión
de los aceros inoxidables.

El cromo es el elemento básico en la
pasivación de los aceros inoxidables y, al aumentar el
porcentaje de cromo en una aleación, aumenta la
resistencia a la corrosión de la misma. Un contenido
mínimo del 10% es exigido para alcanzar la necesaria
pasividad que es ,por asì decir, completa con 20% a 30% de
cromo.

El siguiente gráfico muestra la
pasividad de los acero al cromo
expuestos durante 10 años a una atmósfera
industrial.

Esta resistencia es específicamente desarrollada
en los medios
oxidantes. Las substancias fuertemente reductoras, como los
ácidos
clorhídrico y fluorhídrico destruyen la pasividad y
corroen los aceros inoxidables. La presencia de iones negativos
de cloro en solución es el factor más activo en la
destrucción de los aceros al cromo.

El elemento que sigue en importancia es el
níquel. En las aleaciones que
han sido tratadas adecuadamente, el níquel aumenta la
resistencia de los aceros inoxidable al ataque de los
ácidos reductores o de los ácidos de bajo efecto
oxidante. Además el níquel mejora ciertas
propiedades mecánicas de los aceros inoxidables, disminuye
la tendencia a endurecerse con el trabajo en
frío y hace que sea posible soldarlos. Aceros inoxidables
con níquel no son un buen material para
cuchillería, pues tienen baja dureza, lo cual no permite
mantener el filo de las hojas.

El molibdeno hace que la pasividad adquirida por
la adición de cromo sea efectiva en casos donde el cromo
solo no es suficiente, como por ejemplo para impartir resistencia
al acero contra el ataque de los ácidos sulfúrico y
sulfuroso, de las soluciones
neutras de cloro (corrosión por cloruros) y del agua de
mar.

MÉTODO DE FABRICACIÓN DE
CUCHILLO

Para el caso de un cuchillo se pueden usar diferentes
composiciones en el acero inoxidable martensítico de su
hoja, puede ser tipo AISI 420 A, 420 B, 410, 414, 440 B, etc.
Cada uno aporta diferentes características y posee
diferentes composiciones químicas, distintas temperaturas
para tratamientos térmicos y distintos grados de
maquinabilidad.

Un acero muy común utilizado es el AISI 420, por
lo que se usará para explicar el proceso de
fabricación. Este es el acero que conforma la hoja del
cuchillo Tramontana de la figura siguiente.

Composición química acero tipo
AISI 420:

Carbono
0,25% a 0,35%

Cromo 12% a 14%

Manganeso 1% máximo

Silicio 1% máximo

La primera etapa consiste en el tratamiento
térmico en hornos para tratamiento
térmico.

Los aceros inoxidables pueden ser tratados en
hornos eléctricos a resistencia o por inducción, en hornos a gas o a
combustibles líquidos, o en baños de sal. En todos
los casos es necesario un control exacto de
las temperaturas.

La atmósfera del horno puede afectar
considerablemente a las piezas tratadas. Las atmósferas
reductoras producen depósitos de orín en la
superficie del acero, difíciles de eliminar por cualquiera
de los procesos de
decapado. Tampoco es aconsejable calentar las piezas en cajas con
materiales que
producen la carburización del material, o en
atmósferas que proporcionen el mismo efecto, puesto que
los aceros inoxidables se carburizan fácilmente a las
altas temperaturas del tratamiento térmico. La
carburización disminuye la resistencia a la
corrosión de todos los aceros inoxidables, sobre todo los
austeníticos (contienen niquel).

Las atmósferas oxidantes producen
depósitos de óxido en la superfiecie de la pieza,
sin embargo es sencilla su eliminación por decapado. Por
lo tanto como es dificil lograr una atmósfera
completamente neutra, es preferible que sea ligeramente
oxidante.

Es muy importante evitar que la llama pegue en la
superficie de la pieza, pues produce la
descarburización.

Los baños de sales dan en general buenos
resultados, por cuanto la capa de óxido que se forma en la
superficie es fina y se puede eliminar con facilidad.

Tratamiento térmico en los aceros
martensíticos.

TEMPLE

Las hojas de acero martensítico tipo 420 son
calentadas hasta unos 975 ºC a 1050 ºC por unos minutos
para luego ser templadas, enfriadas muy rápidamente en
aire o aceite
caliente.

Las piezas pueden ser llevadas rápidamente a la
temperatura de
temple en el caso de los cuchillos, pues sus dimensiones son
pequeñas y de pequeño espesor alrededor de 1 mm. El
tiempo en que
las piezas estén sometidas a la temperatura del horno,
debe ser suficiente para permitir que las piezas adquieran dicha
temperatura uniformemente en toda la masa y toda la estructura
pase a ser austenita, debiendo cuidar, sin embrago, no dejarlas
más de lo necesario, puesto que se produciría la
descarburización del acero. Durante el austenizado el
tamaño del grano puede cambiar debido a consideraciones
térmicas. Para hojas de chuchillo o herramientas
de corte es preferible una estructura de grano fino porque
aumenta la retención del filo y mejora el acabado final de
la hoja.

El tiempo adecuado para cada caso es determinado
solamente por la práctica, mas a título indicativo
se pude considerar una hora para cada 25 mm del espesor mayor de
la pieza, por lo tanto en el caso de cuchillos esta temperatura
será rápidamente alcanzada.

Cuando las piezas son livianas el temple en aceite puede
desformarlas por lo cual se recomienda enfriarlas con
aire.

El acero enfriado rápidamente aumenta al
máximo la dureza del mismo, por lo que resulta quebradizo.
Por lo tanto procederemos a dar un revenido a fin de distender
sus moléculas y quitar dureza al acero inoxidable
según la condición final de dureza que se quiere
obtener, las temperaturas de revenido están comprendidas
entre 150°C y 375°C. Cuanto más alta es la
tempertarura de revenido, tanto mayor es la ductilidad del acero
y menor su resistencia a la tracción y a la
corrosión. La velocidad de
enfriamiento no tiene importancia.

El gráfico número 2 muestra el efecto del
revenido sobre la resistencia al ataque en solución normal
de ácido nítrico de acero inoxidable
martensítico tipo cuchillería. El gráfico
muestra como la pérdida en peso por el ataque por parte
del ácido diluido aumenta en varios aceros templados de
temperaturas diferentes cuando son revenidos a diferentes
temperaturas durante una hora. La mejoría gradual de la
resistencia a la corrosión en función de
la temperatura de temple es evidente. El estudio fue realizado en
acero con 17,4 % de cromo y 0,077 % de carbono. La
explicación aparente del fenómeno es la siguiente:
la martensita, siendo una solución muy sobresaturada de
carbono, sufre una precipitación de carburo, cuando el
acero fuera recalentado después del temple; ese carbono es
muy rico en cromo. El acero, que exige que todo el cromo quede en
solución, perderá, en consecuencia, resistencia a
la corrosión. El revenido deberá por lo tanto, ser
aplicado con riguroso control. El gráfico de la figura
muestra en resumen, dos hechos importantes.

• Mayores temperaturas de temple mejoran la resistencia
  a la corrosión del acero
• A medida que aumenta la temperatura de revenido, la
  resistencia a la corrosión. disminuye, debido a la
  mencionada precipitación de carburos ricos en cromo de
  la matensita

2) -Después viene el mecanizado
de la hoja para conseguir una hoja cónica con un filo
fino, este proceso se realiza con una muela de afilar.

Los acero martensíticos a veces presentan
dificultad en el esmerilado por su tendencia a pegar. La
superficie de la muela tiende a cargarse con partículas de
metal, rayando la superficie del acero. Por esta razón se
requiere más tiempo para obtener un acabado satisfactorio.
Las muelas deben ser rectificadas con frecuencia para obtener
buenos resultados.

Durante el afilado la hoja debe ser refrigerada con agua
para evitar que el acero se caliente en exceso, y así
evitar que se altere la estructura del material que hemos
conseguido con el temple y el revenido.

3) Agujereado

Deberán hacerse las perforaciones para luego
colocar los remaches que sujetarán firmemente el mango al
cuchillo.

Los agujeros pueden ser taladrados o punzonados,
recomendándose la primer operación. En el caso de
punzonar los agujeros, los mismos deben ser escariados para
eliminar la zona de material deformado, o que se encuentra bajo
tensión.

4) Esmerilado y pulido

Condición de la superficie: La probabilidad de
corrosión es disminuida por la presencia de superficies
suaves, ausencia de defectos superficiales, ausencia de
cáscara de óxido y otras sustancias
extrañas. Generalmente una superficie muy pulida presenta
mayor resistencia a la corrosión, ya que las superficies
groseras tienen mayor tendencia a acumular polvos, sales y
humedad que pueden provocar ataque corrosivo local.

Las operaciones de
esmerilado y pulido emplean abrasivos par eliminar las asperezas
de la superficie del metal. Se entiende por esmerilado una
operación de desbastado en la que se emplean abrasivos de
grano grueso o mediano, con o sin lubricantes líquidos,
mientras que en el pulido se emplean abrasivos de grano fino con
lubricantes pastosos. El pulido puede dividirse en poco brillo y
mucho brillo.

Tanto en el esmerilado como en el pulido es necesario
tener mucho cuidado. La tenacidad de los aceros inoxidables es
apreciable, presentando mayor propensión a pegar que el
acero al carbono, lo que hace que las muelas de afilar o pulir se
desgasten relativamente mucho. La escasa conductibilidad
calórico implica, además, que haya de tenerse mayor
cuidado en la operación para que la superficie no reciba
temperatura demasiado elevada, produciéndose manchas de
revenido las cuales son difíciles de quietar y disminuyen
la resistencia a la corrosión de todos los grados de
aceros inoxidables.

A cada nueva etapa, ya sea en el esmerilado o en el
pulido, es aconsejable cambiar el sentido de formación de
las rayas, para cruzar las rayas de la operación anterior.
De este modo se obtiene el mejor rebajado y es relativamente
fácil apreciar si han podido quitarse las rayas hechas por
la muela anterior.

5) Remachado del mango a la
hoja

Es muy importante evitar el empleo de
remaches de acero al carbono para chapas de acero inoxidable,
puesto que los mismos contaminarán al acero
inoxidable.

Los aceros martensíticos pueden ser remachados en
frío cuando el diámetro de los remachas no pasa de
5 mm. Los remaches de mayor diámetro se pueden aplicar en
caliente a temperatura máxima de 730 ºC-760
ºC

ENSAYOS

Estudio de la
estructura

Los pasos a seguir para poder ver la
micrografía son los siguientes.

1) Corte de la hoja para obtener una pequeña
parte, de dimensiones razonables, hasta aproximadamente 1,7
cm.

Durante el corte es importante que la pieza sea enfriada
para que no modifique su estructura en la zona de corte, que
tenderán a calentarse. Será suficiente con agua que
bañe la región de corte durante el
proceso

2) Con la pequeña muestra cortada, se la
incorpora en un trozo de baquelita, lo cual permitirá que
la muestra sea manipulada, pues no debe tener huellas digitales
ni ningún otro contaminante que perjudique la observación en el microscopio.

Se toma la muestra y baquelita en polvo y se las coloca
en una máquina. Un taco calentado aplica suficiente
calor y
presión
para ablandar el polímero termorrígido y llenar la
cavidad cilíndrica del molde. Esto permite que las cadenas
del polímero se entrecrucen rápidamente y el
plástico
se endurece tomando su forma permanente, pudiendo ser retirado
del molde.

3)Lijado.

Es necesario obtener una superficie homogénea de
la muestra y gracias a la sujeción de la baquelita podemos
tomar la muestra y lijarla en sucesivas lijas, cada vez
más finas hasta obtener una superficie lisa, este proceso
se llama desbaste.

Se lija la pieza en una misma dirección por cada lija, y antes de pasar a
la siguiente se la lava con agua.

El lavado es para quitar todo resto del lijado anterior,
que ocasionaría rayas en los lijados más finos
consecutivos.

En cada nueva etapa se debe cambiar el sentido de
formación de rayas del lijado en 90º, para cruzar las
rayas de la operación anterior. De este modo se obtienen
el mejor rebajado y es relativamente fácil apreciar si han
podido quitarse las rayas hechas anteriormente.

Con cuatro lijas y los siguientes valores de
abrasión 220, 360, 400 y 600 es suficiente.

4) El Pulido es la siguiente operación, y
consiste en pulir la pieza con un paño el cuál como
abrasivo contiene polvo de diamante y lubricante. La pieza debe
ser pulida hasta obtener una apariencia especular.

Luego es lavada con alcohol y un
poco de algodón. Se seca con aire caliente, para
evitar tocar la muestra y acelerar el proceso.

Se debe hacer una vista en microscopio
metalográfico para verificar si hay rayas y en ese caso se
debe seguir puliendo para reducirlas al máximo.

5) Para poder observar los bordes de grano de la pieza
el acero inoxidable puede ser atacado con vilela, sustancia
química que contiene ácido prícrico,
ácido clorhídrico y alcohol etílico.
Ésta atacará los bordes de grano revelando la
micrografía de la pieza.

En el presente trabajo se
ensayo la hoja
de un cuchillo Tramontina de cocina.

Mediante la comparación con micrografías
que efectivamente se conocía su composición se
concluyó que es del tipo AISI 420.

Para averiguar qué aleación exactamente
dio origen a la hoja es necesario hacer ensayos
químicos más elaborados.

La micrografía obtenida es la
siguiente

En ella se puede observar una estructura
martensítica (regiones oscuras) que le otorga la dureza y
conforma la matriz y
regiones más claras que son ferríticas las cuales
le otorgan flexibilidad a la hoja.

Ensayo de dureza.

Se decidió realizar el ensayo por
el método de
Rockwell escala C pues al
ser un acero inoxidable, se sabe de antemano que posee gran
dureza y si se usaran métodos
con bolilla, ésta podría deformarse y
perdería exactitud la medición.

El método Rockwell C utiliza un penetrador
cónico de diamante de 120 º pues tiene gran
resistencia a deformarse.

La superficie a ensayar debe estar tan exenta como sea
posible de defectos superficiales. Es suficiente con desbastar
mediante un papel esmeril fino.

El espesor de la pieza que se ensaya debe ser tal que,
al aplicar la carga normal, sea solo su material el que se
deforme, no llegando los efectos a la cara de la probeta que se
apoya sobre el soporte de la máquina de ensayo. En el caso
del acero inoxidable esto se puede constatar al ver la luz reflejada por
la pieza en el lado opuesto de contacto con el penetrador, si
esta tiene una trayectoria modificada respecto a la que
daría una pieza plana, indicará que los efectos
llegaron a la cara opuesta.

Esto es importante en la hoja de un cuchillo pues
generalmente son delgadas.

El método Rockwell C es de lectura
directa. Se realizó una precarga de 10 kgf y luego se
agregaron 140 kgf, totalizando 150 kgf. Luego se quitaron los 140
kgf y en función de la penetración lograda se
indico la dureza obtenida.

Se hicieron tres ensayos, cuyos valores fueron 49
HRC, 47 HRC y 49 HRC y con ellos
se calculó el valor promedio
de 48.3 HRC.

Autor:

Postma Gonzalo,

estudiante de ingeniería industrial

Argentina, provincia de Sante Fe, ciudad de
Rosario

Año de publicación 2007