Lubricantes para hornos de tratamiento térmico:
temple, revenido y cementación
El tratamiento térmico del acero opera en un rango de 150°C (revenido suave) a 1.050°C (cementación a alta temperatura). En cada proceso, los fluidos y lubricantes en contacto con las piezas y con la maquinaria del horno deben seleccionarse con criterio metalúrgico, de seguridad y de compatibilidad con las atmósferas de proceso.
El tratamiento térmico industrial comprende una familia de procesos —temple, revenido, recocido, normalizado, cementación, nitruración, carbonitruración y temple superficial— cada uno con un entorno térmico y químico específico que condiciona la selección de lubricantes y fluidos auxiliares.
La lubricación en este contexto afecta a tres categorías distintas: los fluidos de temple(que no son lubricantes en sentido estricto pero comparten la cadena de suministro y la gestión de compatibilidades), los lubricantes de la maquinaria de horno (cadenas transportadoras, rodamientos de ventiladores, mecanismos de carga/descarga) y los lubricantes de manipulación de piezas(grasas para fixtures, cestillos y útiles de temple).
Contenido del artículo
- Aceites de temple: clasificación y propiedades de enfriamiento
- Sales de temple y polímeros: alternativas no inflamables
- Revenido: aceites y sales a 150-650°C
- Atmósferas controladas: cementación, nitruración y compatibilidad
- Cadenas y cintas de horno a 950°C: grafito y sales
- Rodamientos y ventiladores en entorno de horno
- Tabla comparativa por proceso y temperatura
1. Aceites de temple: clasificación y velocidad de enfriamiento
El temple consiste en enfriar rápidamente el acero austenizado para obtener martensita dura. La velocidad de enfriamiento determina la dureza final y la distorsión dimensional de la pieza. Los aceites de temple ofrecen una velocidad de enfriamiento intermedia entre el agua (muy rápida, alto riesgo de grietas y distorsión) y el aire (lenta, solo para aceros de alta aleación).
| Tipo de aceite de temple | Temperatura de trabajo | Velocidad enfriamiento | Aplicación típica |
|---|---|---|---|
| Aceite rápido (fast) | 40-80°C | Alta (150-200 °C/s en zona martensítica) | Aceros de baja aleación, piezas de sección pequeña |
| Aceite medio (intermediate) | 40-80°C | Media (80-130 °C/s) | Aceros de media aleación, engranajes, ejes |
| Aceite lento (slow/marquench) | 120-200°C | Lenta (40-80 °C/s) | Aceros de alta aleación, piezas complejas, mínima distorsión |
| Aceite caliente (marquenching) | 140-200°C | Muy lenta, controlada | Herramientas, moldes, piezas de alta precisión |
| Aceite al vacío | 60-100°C | Variable por presión de N₂ | Hornos de vacío: alta limpieza superficial |
1.1 Parámetros críticos del aceite de temple
Punto de inflamación COC
>160°C (recomendado >180°C)
Las piezas entran al baño a 800-1.050°C; una capa de vapor puede arder si el aceite es muy inflamable
Índice de viscosidad (IV)
IV > 90-95
Alta variación de temperatura del baño: IV alto mantiene velocidad de enfriamiento estable de 40°C a 80°C de trabajo
Viscosidad a 40°C
ISO VG 22-100 según tipo
Fast: VG 22-32 / Intermediate: VG 46-68 / Slow: VG 68-100 / Marquench: VG 68-100 a 150°C
Estabilidad oxidativa
RBOT >200 minutos
El aceite de temple opera en ciclos continuos a alta temperatura con presencia de metales ferrosos que catalizan la oxidación
Contenido en agua
<0,05% (Karl Fischer)
El agua en el aceite caliente genera ebullición violenta y puede proyectar metal fundido: riesgo grave de accidente
Agua en el baño de temple: el peligro silencioso
Aunque el agua y el aceite se separan fácilmente, la humedad ambiental puede introducirse en el baño, especialmente en plantas sin climatización. Un 0,1% de agua en un aceite de temple a 150°C puede generar vapor explosivo al contactar con una pieza a 900°C. Los análisis periódicos de contenido en agua (Karl Fischer) son obligatorios en instalaciones que trabajan con aceite caliente. Temperatura del baño >120°C reduce el riesgo ya que el agua evapora más rápido de lo que puede acumularse.
2. Sales de temple y polímeros: alternativas no inflamables
Sales de nitrato/nitrito (KNO₃/NaNO₂)
- → Temperatura de trabajo: 150-550°C (marquenching y austempering)
- → No inflamables: eliminan riesgo de incendio en taller
- → Velocidad de enfriamiento muy uniforme
- → Austempering: temple isotérmico para obtener bainita
- → Problema: mezcla con aceite o material orgánico = riesgo de explosión
- → Temperatura mínima de trabajo: 140°C (solidifican por debajo)
- → Desecho: gestión como residuo peligroso (nitratos)
Polímeros (PAG — polialquilenglicol)
- → Solución acuosa 5-25% de PAG en agua
- → Inversión de solubilidad: polímero precipita sobre pieza caliente, creando capa aislante
- → Velocidad de enfriamiento ajustable por concentración (entre agua y aceite)
- → No inflamable (base acuosa)
- → Sin humos ni vapores inflamables en taller
- → Requiere control de concentración (refractómetro o densitómetro)
- → Biodegradable: gestión como efluente industrial ordinario
Selección del fluido de temple: árbol de decisión simplificado
Si: Alta dureza requerida, sección pequeña, bajo riesgo distorsión
→ Aceite rápido VG 22-32 a 40-60°C
Si: Alta precisión dimensional, mínima distorsión, herramientas
→ Aceite caliente VG 68-100 a 150-200°C o sales de nitrato
Si: Consideraciones ambientales, sin humos, base acuosa
→ Polímero PAG 10-20% en agua o sales de nitrato
3. Revenido: aceites y sales a 150-650°C
El revenido elimina la fragilidad de la martensita recién formada y ajusta el compromiso dureza/tenacidad. La temperatura de revenido determina las propiedades finales: revenido bajo (150-300°C) para alta dureza, revenido alto (500-650°C) para máxima tenacidad (mejora de dureza-tenacidad en aceros de construcción).
Aceites de revenido (150-300°C)
- → Aceites de alta temperatura: ésteres de trimellitato o PAO VG 150-220
- → Punto de inflamación COC: mínimo 280°C para revenido a 250°C
- → Estabilidad oxidativa muy alta: RBOT >500 minutos
- → Ventaja sobre sales: limpieza de piezas más sencilla (desengrase)
- → Inconveniente: humos y vapores a alta temperatura
Sales de revenido (300-650°C)
- → Mezclas de sales de nitrato/nitrito o cloruros alcalinos
- → 300-550°C: mezclas KNO₃/NaNO₂ (mismas que temple de sales)
- → 500-650°C: sales de cloruro (NaCl, KCl, BaCl₂) — mayor temperatura de fusión
- → Temperatura uniforme en toda la sección de la pieza
- → Limpieza post-revenido: lavado acuoso caliente
4. Atmósferas controladas: cementación, nitruración y compatibilidad de lubricantes
Los hornos de cementación, carbonitruración y nitruración gaseosa operan con atmósferas específicas que son activas químicamente. La presencia de lubricantes incompatibles puede contaminar la atmósfera, alterar el potencial de carbono o causar reacciones inesperadas con las piezas.
Cementación gaseosa (900-950°C)
Gas endotérmico (CO + H₂ + N₂) con adición de gas enriquecedor (CH₄ o C₃H₈) para controlar el potencial de carbono (Cp = 0,8-1,2%). Cualquier contaminante orgánico (grasa, aceite de corte residual en las piezas) altera el Cp y puede causar sobre-carburación o sub-carburación.
Regla: piezas 100% limpias y desengrasadas antes de entrar al horno. Nunca usar grasa en fixtures si entran al horno cementador.
Nitruración gaseosa (500-580°C)
Atmósfera de NH₃ disociado (N₂ + H₂). El amoniaco reacciona con la superficie del acero introduciendo nitrógeno. Cualquier lubricante que libere carbono en la atmósfera puede generar una capa de carbonitruración no deseada.
Regla: fixtures de acero inoxidable (inhibe la nitruración de la fijación). Lubricación de mecanismos exteriores al horno, nunca interior.
4.1 Lubricación de fixtures y cestillos de horno
| Componente | Proceso aplicable | Lubricante / Tratamiento |
|---|---|---|
| Tornillos y pernos de fixture | Temple, revenido, recocido | Pasta antiseize de grafito o Ca-sulfonato (sin zinc en cementación) |
| Guías deslizantes de acceso al horno | Todos los procesos | Grafito coloidal en pasta sólida; sin aceite (evita humos) |
| Rodamientos de rodillo de carga | Exteriores al horno, hasta 300°C | Grasa Ca-sulfonato o Li-complejo alta temperatura, NLGI 2 |
| Mecanismo elevador de tapa de horno | Todos los procesos | Grasa Li-complejo EP NLGI 2; lubricación periódica (zona tibia) |
| Contactos eléctricos resistencias | Hornos de resistencia | Pasta de grafito puro en contactos de alta temperatura (no lubricante) |
| Cestillos de acero Cr-Ni | Cementación | Sin lubricante. Limpieza con disolvente antes de cargar piezas |
5. Cadenas y cintas de horno a 950°C
Los hornos continuos (belt furnaces, mesh belt) de recocido, sinterización y tratamiento de piezas pequeñas utilizan cintas de malla metálica (acero inox AISI 314, Inconel) que operan a 700-1.050°C. Las cadenas de transporte articuladas en la zona de entrada y salida (más fría, 200-600°C) requieren lubricación específica.
Zona de alta temperatura (700-950°C)
La cinta de malla opera en esta zona sin lubricación convencional. El acero inox AISI 314 y las aleaciones Ni-Cr tienen suficiente resistencia al deslizamiento seco a alta temperatura. Si hay articulaciones en esta zona, se usan pastas de grafito puro aplicadas antes de entrar al horno, o recubrimientos de nitruro de boro (h-BN) por spray.
Zona de transición (300-700°C)
Grafito coloidal en suspensión acuosa o PEG, aplicado en los pasadores de cadena articulada por dosificación automática. El portador se evapora y deja depósito sólido de grafito. Intervalo de dosificación: 0,005-0,05 ml/hora por pasador según temperatura y velocidad.
Zona fría (100-300°C)
Aceite de cadena sintético (PAO o éster VG 220-460) con COC >280°C o grasa semisólida NLGI 0 de alta temperatura base Li-complejo. El aceite de cadena puede aplicarse por goteo controlado o sistema de lubricación centralizado.
6. Rodamientos y ventiladores en entorno de horno
Los hornos de convección forzada y los hornos de temple con agitación del fluido (agitadores) incorporan ventiladores y bombas accionadas por motores eléctricos. Los rodamientos de estos equipos están expuestos a temperatura radiante del horno y a vapores de los fluidos de proceso.
| Equipo | T ambiente típica | Lubricante recomendado | Intervalo |
|---|---|---|---|
| Ventilador recirculación horno (cojinete externo) | 80-150°C | Grasa poliurea o Li-complejo NLGI 2, vida sellada | Por vida o 2.000 h |
| Bomba de agitación baño de temple | 60-100°C aceite | Aceite mineral VG 46-68 de alto rendimiento en cárter | 6 meses o 2.000 h |
| Motor eléctrico (cojinete trasero) | 60-120°C zona caliente | Grasa Li o Li-complejo NLGI 2-3, alta temperatura | 8.000-12.000 h |
| Reductor de accionamiento de cinta | Ambiente +30-60°C | Aceite CLP-PAO VG 150-220 sintético | Anual o 4.000 h |
| Rueda dentada de transmisión de cadena horno | 100-300°C zona caliente | Pasta de grafito aplicada manualmente cada semana | Semanal |
7. Tabla comparativa por proceso y temperatura
| Proceso | T proceso | Fluido de proceso | Lubricante maquinaria |
|---|---|---|---|
| Temple en aceite (fast) | 800-1.050°C → 40-80°C aceite | Aceite de temple VG 22-68, COC >160°C | Grasa rodamientos Li-complejo, aceite reductor PAO VG 150 |
| Temple marquenching | 800-900°C → 150-200°C aceite | Aceite temple caliente VG 68-100, COC >250°C | Idem; mayor riesgo de vapores en zona de horno |
| Temple en sales (austempering) | 800-950°C → 300-400°C sales | Sales KNO₃/NaNO₂ fundidas | Sin lubricante en zona de sales; grafito en cadenas externas |
| Temple en polímero PAG | 800-950°C → 20-60°C agua+polímero | PAG 5-20% en agua | Sistema hidráulico de agitación: aceite HLP VG 46 |
| Revenido en aceite | 150-300°C aceite | Aceite de revenido PAO/éster, COC >280°C | Grasa alta temperatura en rodamientos de agitador |
| Revenido en sales | 300-650°C sales | Sales KNO₃/NaNO₂ o KCl/NaCl/BaCl₂ | Sin lubricante en baño; grafito exterior |
| Cementación gaseosa | 900-950°C endogas | Gas endotérmico (CO+H₂+N₂)+CH₄/C₃H₈ | Cero lubricante interior; grafito exterior en guías |
| Nitruración gaseosa | 500-580°C NH₃ | NH₃ disociado (N₂+H₂) | Sin lubricante en cámara; aceite en accionamientos exteriores |
| Recocido en campana | 650-900°C N₂/H₂ | Atmósfera protectora N₂ o N₂+H₂ | Rodamientos de sellado hermético en zona caliente |
Conclusión
La lubricación en instalaciones de tratamiento térmico exige un enfoque diferenciado: los fluidos de proceso (aceites y sales de temple/revenido) tienen requisitos metalúrgicos y de seguridad específicos, mientras que los lubricantes de la maquinaria deben sobrevivir en entornos de alta temperatura sin contaminar las atmósferas activas de los hornos.
La regla más importante: ningún lubricante convencional dentro del horno durante procesos en atmósfera controlada (cementación, nitruración). El grafito sólido, los recubrimientos de h-BN y la correcta limpieza de piezas y fixtures son los pilares de una lubricación compatible con estos procesos.
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