Ciencia de materiales para tornillos y barriles: elección de la aleación adecuada para sus necesidades (una guía para expertos)

En Barrelize, con más de 30 años de experiencia en la fabricación de tornillos y cilindros, entendemos el papel fundamental que desempeña la selección de materiales en su desempeño. Una aleación incorrecta puede provocar desgaste prematuro, ineficiencias y costosos tiempos de inactividad.

Comprender los mecanismos de desgaste: un ataque multifacético

Las hélices y los barriles están constantemente bajo asedio. Aquí hay un desglose de los principales mecanismos de desgaste y cómo las propiedades de los materiales los combaten:

Desgaste adhesivo: El plástico fundido se adhiere a las aletas del tornillo, provocando transferencia de material y aumento de la fricción. Las aleaciones con baja energía de adhesión superficial, como los aceros nitrurados con acabados lisos, minimizan este problema. Para una resistencia aún mayor, considere el cromado.

Desgaste abrasivo: Las partículas sólidas del material procesado raspan el tornillo y el cilindro. Aquí, la dureza es clave. Los aceros carburados y los aceros para herramientas como el H-13 cuentan con un alto contenido de carburo de cromo para una resistencia excepcional a la abrasión.

Desgaste corrosivo: la degradación química debilita el material. Para procesos que involucran productos químicos o alimenticios corrosivos, los aceros inoxidables con alto contenido de níquel como el 316L son esenciales. Forman una capa de óxido pasiva que impide una mayor corrosión.

Desgaste por fricción: La fricción constante genera calor, acelerando el desgaste. Busque aleaciones con buenas propiedades autolubricantes, como Nitralloy®, un acero especialmente tratado que forma una capa de nitruro resistente al desgaste.

Análisis profundo de aleaciones: más allá de lo básico

Si bien los aceros nitrurados, carburados y inoxidables son caballos de batalla, las aplicaciones avanzadas exigen soluciones más sofisticadas:

Superaleaciones: Para ambientes extremos, considere las aleaciones Inconel® o Incoloy®. Estas aleaciones a base de níquel-cromo ofrecen resistencia excepcional, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión a altas temperaturas. Se destacan en el procesamiento de productos químicos, polímeros y compuestos agresivos.

Aceros para herramientas: El acero para herramientas D2 proporciona un equilibrio entre dureza, tenacidad y resistencia al desgaste. Es una buena opción para aplicaciones moderadamente abrasivas y cuando el costo es un factor. Sin embargo, carece de la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables.

Diseños bimetálicos: aquí es donde las cosas se ponen interesantes. Combinando diferentes aleaciones en un solo tornillo o cilindro, podemos optimizar el rendimiento en zonas específicas. Por ejemplo, un tornillo podría tener un núcleo de acero nitrurado para mayor resistencia general, revestido con una capa de Inconel® resistente al desgaste en las superficies de las aletas.

Estudio de caso: Optimización del rendimiento en el procesamiento de PET

Un cliente se acercó a nosotros con un desafío: su monohusillo para la producción de botellas de PET (tereftalato de polietileno) se desgastaba rápidamente durante los vuelos. El acero nitrurado estándar no era suficiente para los pellets de PET de alta abrasión. ¿Nuestra solución? Un diseño de tornillo bimetálico. El núcleo era de acero nitrurado para mayor resistencia, revestido con una capa de Stellite® (aleación de cobalto-cromo) en las alas. Stellite® cuenta con una dureza y resistencia al desgaste excepcionales, perfectamente adecuadas para el procesamiento de PET. ¿El resultado? Vida útil del tornillo significativamente extendida y eficiencia de producción mejorada para nuestro cliente.

Decisiones basadas en datos: equilibrio entre rendimiento y costos

En Barrelize, aprovechamos datos del mundo real para guiar la selección de materiales. Mantenemos una base de datos completa del rendimiento del desgaste para varias aleaciones en diferentes aplicaciones. Esto nos permite predecir cómo se comportará una aleación específica en su situación particular. He aquí un ejemplo:

Imagine que está procesando PVC (cloruro de polivinilo) moderadamente abrasivo a temperaturas de alrededor de 200 °C (392 °F). Nuestros datos indican que un acero cementado como el 4140 ofrece un buen equilibrio entre resistencia al desgaste y rentabilidad para esta aplicación. Sin embargo, si la temperatura sube a 250°C (482°F), podríamos recomendar Nitralloy® por su estabilidad térmica superior.