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TRATAMIENTO TERMICO HORNOS DE ATMOSFERA
CONTROLADA
SIFAX THERMAL DEVICES, S.L. C/ Navas 20-H, Pol. Industrial Rio de Janeiro, 28110 - Algete, Madrid (España), tel: +34 91 806 36 31 email: [email protected]
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TRATAMIENTO TERMICO HORNOS DE ATMOSFERA CONTROLADA
Los tratamientos térmicos consisten en procesos de calentamiento y enfriamiento convenientes a las que se
someten los metales y sus aleaciones para conseguir determinados cambios en su estructura cristalina
interna, modificando sus propiedades físicas, sin que la composición química resulte afectada, adaptando el
metal y sus aleaciones a nuestras necesidades.
Las características que normalmente se suelen modificar y mejorar son: la maquinabilidad, la tenacidad, la
dureza, el desgaste, las propiedades magnéticas y eléctricas…entre otras.
Los tipos de tratamientos térmicos más comunes y utilizados son:
- Recocido: Suavizar el metal, mejorando la maquinabilidad.
- Temple: Aumentando la dureza y resistencia del metal.
- Revenido: Disminuir la fragilidad del metal tras el temple.
- Normalizado: Dejar el metal en estado normal, es decir ausencia de tensiones internas.
Los hornos más utilizados son continuos de atmosfera controlada y gaseosa, logrando protecciones contra la
oxidación y la descarburización a temperaturas elevadas. Ampliamente utilizados para procesar grandes lotes
de piezas. También suelen utilizarse hornos intermitentes de vacío para pequeñas piezas y/o producciones
resolviendo el problema de la oxidación y descarburización superficial de forma muy eficiente. La
temperatura máxima de estos hornos es de 1250⁰C.
Los tratamientos termoquímicos forman parte de los tratamientos térmicos, ya que la pieza sufre un
calentamiento y posteriormente un enfriamiento adecuado, con la diferencia que al metal se le somete a un
tratamiento químico superficial modificando su estructura.
Las sustancias químicas más utilizadas son: N2, NH3, CO, H2, e hidrocarburos saturados (metano, etano o
propano), pudiendo destacar el endogas (N2-CO-H2 en diferentes concentraciones) y el formigas (N2-H2 en
diferentes concentraciones). Aunque también líquidos (sales fundidas de carbonato o cloruro de sodio +
cianuro de sodio o potasio + cloruro de bario) e incluso sólidos.
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Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que además de los cambios de estructura
del metal y sus aleaciones, también se producen cambios de composición química de la capa superficial
añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Este tipo de tratamientos
requieren el uso de procesos de calentamiento y enfriamiento controlados en atmosferas especiales.
Los tratamientos termoquímicos más comunes son:
- Cementación: Aumenta la dureza superficial del metal aumentando la concentración de carbono en
la superficie de la pieza.
- Nitruración: Aumenta la dureza superficial del metal incorporando nitrógeno en la composición de
la superficie de la pieza.
- Cianuración: Endurecimiento superficial aportando carbono y nitrógeno, normalmente de pequeñas
piezas de metal, mediante baños de CNH, carbonato y cianato sódico.
- Carbonitruración: Al igual que cianuración introduce carbono y nitrógeno superficialmente, pero con
hidrocarburos, amoniaco (NH3) y monóxido de carbono (CO). Obteniéndose superficies
extremadamente duras y un núcleo tenaz.
Podemos realizar una primera clasificación de los hornos más utilizados en la industria del tratamiento
térmico para baja temperatura (<1.280⁰C) donde SIFAX propone soluciones con materiales refractarios de
altas prestaciones de tipo no oxídico como ADCARSIL TT (SiC aglomerado con oxido), ADCARNIT TT (SiC
aglomerado con nitruros (Si3N4, Si2ON2…) y oxídico del tipo ADALUM (Al2O3 de alta pureza y bajo contenido
en SiO2 y Na2O y K2O), y ADMULL (3Al2O3.2SiO2, mullitas electrofundidas de alta pureza):
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- Hornos intermitentes de cámara para pequeñas producciones y piezas especiales por su
composición y/o forma:
• Atmosféricos
• De vacío
- Hornos continuos para grandes producciones:
• Hornos de empuje
• Hornos de solera rotatoria
• Hornos de cinta transportadora
• Hornos galopantes
• Hornos de rodillos
HORNOS INTERMITENTES DE CAMARA
Los materiales propuestos por SIFAX para estos hornos son el ADCARSIL TT, ADCARNIT TT y el ADMULL
dependiendo de la atmósfera de trabajo: salina, carburación, carbonitruración…
Productos
- Muflas y conjuntos de piezas para construcción de muflas en ADCARSIL TT y ADCARNIT TT
- Placas y piezas de solera en ADCARSIL TT, ADCARNIT TT y ADMULL
- Soportes en ADCARSIL TT y ADCARNIT TT
- Ladrillos y piezas de forma en ADCARSIL TT, ADCARNIT TT y ADMULL
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Sección horno intermitente típico (Sistema mufla-solera)
Horno intermitente típico de tratamiento térmico (sistema de mufla-solera)
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Pieza de solera para sistema de arrastre
Conjunto de piezas para mufla en ADCARSIL TT
Piezas de solera en ADCARNIT TT y
ladrillos de pared en ADMULL
Mufla y piezas de solera en ADCARSIL TT
Características fundamentales de los materiales ADCARSIL TT y ADCARNIT TT
Alta conductividad térmica Buen comportamiento al choque térmico Estabilidad dimensional durante la aplicación y la vida del material Alta resistencia a la oxidación Excelente comportamiento a la corrosión en diferentes atmósferas y concentraciones, y sales
fundidas Excelente comportamiento a la abrasión Excelente comportamiento a la resistencia bajo carga a la temperatura de trabajo
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HORNOS CONTINUOS PARA GRANDES PRODUCCIONES
Productos
- Skid Rails en ADCARSIL TT, ADCARNIT TT y ADALUM
- Barras, soportes y ladrillos en ADCARSIL TT, ADCARNIT TT, ADALUM y ADMULL
- Placas de empuje y/o soporte en ADCARSIL TT, ADCARNIT TT y ADMULL
- Muflas en ADCARSIL TT, ADCARNIT TT y ADALUM
- Piezas sistema movimentación en ADALUM y ADALUM HT
HORNOS DE EMPUJE
Este tipo de horno de longitudes superiores a 15-20 metros y temperaturas de trabajo normalmente hasta
1200⁰C en diferentes atmósferas tipo carburación, carbonitruración, endogas, formigas, incluso sales
fundidas, utilizan para el movimiento de las piezas a tratar “carriles de deslizamiento” (skid-rails) en
ADCARSIL TT, ADCARNIT TT e incluso ADALUM (para atmósferas fuertemente oxidantes).
Es fundamental la estabilidad dimensional en las condiciones de vida útil de los materiales, la excelente
resistencia bajo carga en caliente y la superior resistencia a la abrasión.
Detalle de colocación de skid-rails
en ADCARNIT TT
Vista general horno de empuje con skid-rails
en ADCARNIT TT y paredes en ADMULL
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Montaje de horno de empuje con Skid-rails
en ADCARSIL TT y paredes en ADMULL
Dimensión standard Skid-rail
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HORNOS CONTINUOS DE SOLERA ROTATORIA
Este tipo de horno trabaja en las mismas condiciones de temperatura (hasta 1200⁰C) y atmósferas que los
hornos de empuje. La estabilidad dimensional del ADCARSIL TT y ADCARNIT TT en diferentes condiciones de
atmósfera, resistencia mecánica en caliente y la resistencia a la oxidación son características fundamentales
para su buen comportamiento durante el tratamiento térmico.
Detalles de placas - soporte en ADCARSIL TT
HORNOS CONTINUOS DE CINTA TRANSPORTADORA
Este tipo de hornos con anchura de 1-1,5 metros y longitudes no superiores a 15-20 metros, con sistemas de
calentamiento normalmente por elementos calefactores de tipo metálico y/o de carburo de silicio (cuando
se necesitan altas temperaturas), aunque también por combustión y/o sistemas hibridos, trabajan a
temperaturas no superiores a 1200⁰C, normalmente muflados, ya que trabajan en atmósferas muy
controladas del tipo endogas (N2-CO-H2) con concentraciones del 40% N2 - 40% H2 – 2% CO y formigas (H2 en
diferentes concentraciones balanceado con N2) entre otras.
La estabilidad dimensional en diferentes atmósferas, resistencia a la corrosión y oxidación, resistencia a la
abrasión y la conductividad térmica son factores definitivos para los materiales muflados y placas soporte –
empuje en calidad ADCARSIL TT y ADCARNIT TT.
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Horno continuo de cinta transportadora
Despiece de mufla para horno de cinta
transportadora
Muflas en ADCARNIT TT y ADALUM
Mufla en ADCARNIT TT
Mufla en ADCARNIT TT
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HORNOS CONTINUOS GALOPANTES
Este tipo de hornos puede llegar a temperaturas superiores a 1650⁰C con longitudes del orden de 10 metros
y anchura no superior a 1 metro con sistemas de calefacción eléctrico por elementos cerámicos del tipo SiC,
MoSi2, …. y sistemas de movimentación “galopante” con elementos móviles y fijos, y atmósferas del tipo
formigas (H2 balanceado con N2) para aplicaciones en pulvimetalurgia (PM) y moldeo por inyección de metal
(MIM). Requieren materiales refractarios oxídicos (Al2O3) de alta pureza y estabilidad tipo ADALUM HT
eliminando la contaminación resultante por la reducción y posterior reoxidación de la sílice y álcalis presente
en muchos materiales refractarios.
Sistema movimentación en ADALUM HT
Elemento móvil ADALUM HT
Elemento fijo ADALUM HT
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HORNOS CONTINUOS DE RODILLOS
Estos tipos de hornos no son ampliamente utilizados en la industria del
tratamiento térmico de metales por sistemas de PM. Suelen utilizarse en
aplicaciones donde los hornos de cinta transportadora no alcanzan las
temperaturas necesarias para el tratamiento térmico, normalmente 1200-
1400⁰C en atmósferas de formigas. Sobre el sistema de movimentación de
rodillos se utilizan placas soporte en calidad ADCARSIL TT, ADCARNIT TT y/o
ADALUM o ADMULL dependiendo de las condiciones de temperatura y
atmósfera del tratamiento.
PROCESOS TERMICOS PARA PULVIMETALURGIA (PM) Y MOLDEADO POR INYECCION DE METALES (MIM)
Los procesos térmicos de piezas metálicas y sus aleaciones son de amplia utilización en el sector de
automoción, donde cabe destacar la sinterización de piezas por pulvimetalurgia (PM) y moldeado por
inyección de metales (MIM) donde podemos encontrar hornos con atmosferas muy específicas con altos
contenidos de H2 normalmente formigas y temperaturas de trabajo entre 1280 – 1800⁰C.
La selección de materiales refractarios y estructuras de enhornamiento para la sinterización por PM y MIM
requieren la consideración de factores clave dependiendo de las condiciones de trabajo.
Muchos de los óxidos metálicos que se encuentran en los materiales refractarios tradicionales se reducen y
reoxidan posteriormente en los hornos de atmósfera de hidrógeno, por lo que es importante comprender la
cinética de estas reacciones para recomendar los materiales refractarios y estructuras de enhornamiento
más adecuados para estas condiciones de tratamiento térmico.
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Este tipo de reacciones puede provocar cambios prematuros del refractario, un incorrecto funcionamiento
del horno y bajo rendimiento de la producción.
SIFAX diseña y fabrica refractarios de altas prestaciones y sistemas de enhornamiento para hornos de alta
temperatura en atmósferas exigentes.
HORNOS DE ATMÓSFERA DE ALTA TEMPERATURA
Nuestro ADALUM HT (muflas, ladrillos, placas de solera, …) es específico para hornos de atmósfera de
hidrógeno, temperaturas de trabajo entre 1200-1850 ⁰C y bajos puntos de rocío hasta -60⁰C. ADALUM HT de
alta pureza minimiza o elimina la contaminación y degradación que resulta de la reducción y reoxidación de
la sílice (SiO2) y álcalis (Na2O y H2O) encontrados en muchos materiales refractarios tradicionales.
ADALUM HT y ADALUM HT Lite son estables en hornos de altas temperaturas ya que están fabricados con
materiales de alta pureza y cantidades muy bajas de SiO2 y álcalis.
ADALUM HT Lite es un producto de alúmina globular con menos del 0.05% de sílice (SiO2) y del 0.05% de
sodio (Na2O) y potasio (K2O). Nuestro producto ADALUM HT es un material de alta densidad formulado con
alúminas de alta pureza con valores inferiores al 0.07% de sílice y del 0.25% de sodio y potasio.
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Para poner estos datos en perspectiva, 1000 ladrillos standard con un 0.5% de sílice pueden generar 11 kg
de depósitos no deseados en el horno. Estos depósitos pueden afectar negativamente a la vida del
revestimiento refractario y en el rendimiento del proceso de producción.
Nuestras piezas en ADALUM HT proporcionan revestimientos duraderos y estables en hornos de atmósfera
de hidrógeno que se utilizan para proceso de “sintering” por PM y MIM. Además, se utilizan en hornos para
diferentes tratamientos térmicos y termoquímicos y para sinterizar metales especiales como el carburo de
tungsteno y disiliciuro de molibdeno (MoSi2).
MUFLAS
Las muflas fabricadas con ADALUM HT son utilizadas para controlar las condiciones de cocción en diferentes
atmósferas y para proporcionar un medio estable y resistente al desgaste en hornos galopantes y de empuje
a temperaturas de hasta 1850⁰C. Los sistemas de calentamiento normalmente se realizan con elementos
calefactores de MoSi2. Las muflas están diseñadas para acomodar placas de apoyo y de empuje en calidad
ADALUM 90 ≤300x300 mm. y se producen en diferentes secciones y longitudes hasta 1.250 mm.
Mufla en ADALUM HT
LADRILLOS Y BLOQUES
Los ladrillos aislantes diseñados con ADALUM HT Lite de alúmina globular de alta pureza se utilizan en
revestimientos de hornos que llegan a temperaturas de 1750⁰C para atmósferas corrosivas y de hidrógeno,
mientras que los densos fabricados con ADALUM HT se utilizan para soportar grandes cargas en hornos que
llegan a temperaturas hasta 1850⁰C.
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Ladrillos en ADALUM HT y ADALUM HT LITE
PLACAS SOPORTE Y DE EMPUJE
Las placas soporte y de empuje fabricadas con ADALUM HT de alta pureza proporcionan una superficie de
empuje duradera y resistente al desgaste a temperaturas de hasta 1850 ⁰C. Estas placas presentan una
excelente resistencia mecánica a la deformación bajo carga en caliente, con objeto de alargar la vida útil es
importante asegurar que estén correctamente apoyadas. La dimensión de las placas en ADALUM HT debe
ser estudiada y adecuada a las condiciones de trabajo para maximizar su comportamiento al choque térmico,
no recomendándose placas superiores a 180 mm. Para temperaturas hasta 1750⁰C, y con objeto de mejorar
su comportamiento al choque térmico en hornos de cocción rápida se utilizará ADALUM 90. Los modelos de
placas en calidad ADALUM 90 más utilizados son 300x300x25mm., 300x150x18mm. y 200x200x22 mm. y la
carga máxima recomendable debe ser inferior a 3 kg. por placa.
Placas soporte en ADALUM HT
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HORNOS DE ATMÓSFERA DE BAJA TEMPERATURA
La mayoría de los ladrillos, piezas y fibras refractarias tradicionales en base a SiO2-Al2O3 se pueden usar para
revestir y aislar los hornos de baja temperatura (hasta 1.150⁰C) en atmósfera tipo formigas (hidrógeno-
nitrógeno) ya que estos hornos generalmente operan en atmósferas, temperaturas y puntos de rocío donde
la sílice es estable.
Estos hornos que se utilizan para procesos de templado, normalizado, nitrurado, carbonuitruración…de
piezas por pulvimetalurgia (PM), normalmente utilizan materiales en base a carburo de silicio, ADCARSIL TT
y ADCARNIT TT debido a una excelente resistencia a la deformación, muy buena resistencia al desgaste y alta
conductividad térmica.
BARRAS
Las barras fabricadas con ADCARNIT CAST se pueden utilizar como soporte estructural para muflas en hornos
continuos de banda transportadora, con hasta 8 veces la resistencia de las piezas de carburo de silicio
tradicional. Las barras de SiC proporcionan una alternativa ligera y resistente. Las barras de ADCARNIT CAST
se producen en secciones tan pequeñas como 14,5 x 14,5 mm. y longitudes hasta 2,5 m.
MUFLAS
Las muflas en ADCARNIT TT y ADCARSIL TT se utilizan en hornos de cinta
transportadora que sinterizan piezas tradicionales por pulvimetalurgia.
Nuestras muflas, con una excelente estabilidad y comportamiento
termomecánico, reemplazan a muflas de aleación metálica en muchos
hornos de cinta transportadora debido a su resistencia a la deformación
y al desgaste. Las muflas de SIFAX reducen los costes asociados con el
reemplazo de las muflas de aleación estándar con durabilidad superior
a 4 años y en ciertas condiciones de trabajo superior. Estas muflas se
fabrican en secciones para alojar cintas transportadoras de hasta 950
mm de ancho.
Mufla en ADCARNIT TT
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PLACAS SOPORTE Y DE APOYO
Las placas de apoyo fabricadas en ADCARNIT TT y
ADCARSIL TT proporcionan un soporte seguro para
utilizar en las muflas tanto de aleación metálica como
cerámica. Las placas en ADCARNIT TT y ADCARSIL TT
pueden fabricarse en una gran variedad de tamaños y
formas. Estos tipos de placas pueden se fabricados en
diferentes dimensiones y una gran variedad de diseños
de acuerdo con la relación óptima longitud/espesor.
ESTRUCTURAS DE ENHORNAMIENTO
Los sistemas de enhornamiento ADMULL y ADALUM se utilizan para sinterizar piezas por PM y MIM en
hornos de empuje que funcionan entre 1.200-1.550⁰C. Estas estructuras en ADMULL y ADALUM 90 están
diseñadas para resistir enfriamientos agresivos, puntos bajos de rocío y altas temperaturas ciclo tras ciclo.
Una atmósfera seca y de bajo punto de rocío conducirá eventualmente a la reducción del contenido de la
sílice de estos productos. Esta reacción está controlada por la temperatura, el punto de rocío y el tiempo de
exposición, pero la utilización de los materiales de SIFAX en los sistemas de enhornamiento maximiza la vida
de los materiales durante ciclos.
Los sistemas de enhornamiento en ADALUM HT se pueden usar como una alternativa para eliminar la
degradación de la reducción de sílice, pero su resistencia inherente al choque térmico generalmente limita
su uso a hornos atmosféricos con velocidades de enfriamiento rápido debiendo utilizar ADMULL. Los
materiales de ADALUM HT deben considerarse para todas los hornos atmosféricos que operan por encima
de 1.600⁰C debido a su excelente resistencia a la deformación bajo carga en caliente.
Placas soporte y apoyo ADMULL, ADALUM y, ADCARNIT TT y ADCARSIL TT
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Placas de empuje en ADCARNIT TT
Placas de empuje-soporte en ADCARNIT TT
Aunque las placas de cordierita se utilizan típicamente para la sinterización a baja temperatura para el
tratamiento térmico en hornos de cinta transportadora, para temperaturas superiores donde la cordierita
presenta problemas en su utilización la alternativa adecuada es utilizar ADALUM 90 y ADMULL con una
excelente estabilidad dimensional y planitud durante su vida en servicio. Estas placas pueden engobarse con
zirconia de alta pureza para su compatibilidad si fuera necesario.
PRODUCTOS DISPONIBLES Placas solera o empuje ADALUM HT ADALUM ADMULL ADCARSIL TT ADCARNIT TT
Skid Rails ADALUM HT ADALUM ADCARSIL TT ADCARNIT TT
Barras ADCARNIT CAST ADCARSIL TT
Muflas ADALUM ADMULL ADCARSIL TT ADCARNIT TT
Ladrillos, bloques y piezas ADALUM HT ADALUM HT LITE ADMULL
Estructuras de enhornamiento ADALUM HT ADALUM ADCARSIL TT ADCARNIT TT
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CARACTERISTICAS Y BENEFICIOS MATERIALES SIFAX
Producto Características Beneficios
ADALUM ADMULL
Excelente resistencia al choque térmico Buena resistencia a la deformación bajo carga en caliente Químicamente compatible con muchos productos
Se puede utilizar en hornos de cocción rápido Excelente estabilidad dimensional durante toda la vida útil del producto Se puede utilizar en muchas aplicaciones sin proteger con engobes
ADALUM HT
99,6% de alúmina (Al2O3) Excelente resistencia mecánica a alta temperatura Alta resistencia al desgaste Buena resistencia al choque térmico comparado con otros refractarios de alta alúmina
Mínima condensación de impurezas reducidas y volatilizadas en la cámara caliente incluso en atmósfera hidrógeno seco a temperaturas elevadas Resistencia a la deformación bajo carga en caliente a largo plazo Larga vida en aplicaciones frente a la abrasión Se puede utilizar en placas de solera, de empuje y estructuras de hornos
ADALUM HT LITE
99,8% de alúmina (Al2O3) Piezas de burbuja de alúmina de la más alta pureza que ofrece el mercado
Insignificante cantidad de impurezas reducidas y volatilizadas en la cámara caliente incluso en atmósfera de hidrógeno seco a temperaturas elevadas Se puede utilizar como material refractario de cara caliente
ADCARSIL TT
Material de SiC de textura seca Buena resistencia a la oxidación Buena conductividad térmica Buena resistencia a la deformación y desgaste en caliente
La superficie no se vidria durante la aplicación Muy buena vida útil incluso en atmósferas oxidantes Puede utilizarse en hornos de empuje, solera rotatoria y cinta transportadora Material adecuado para placas de solera
ADCARNIT TT
Material de SiC-Si3N4 de textura seca Muy buena resistencia a la oxidación Muy buena conductividad térmica Muy buena resistencia a la deformación y desgaste
La superficie no se vidria durante la aplicación Excelente vida útil incluso en atmósferas oxidantes Puede utilizarse en ciclos rápidos, hornos de empuje, solera rotatoria y cinta transportadora Material adecuado para placas de solera y muflas en diferentes atmósferas.
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Propiedades Físicas y mecánicas de los productos ADCARNIT TT y ADCARSIL TT
PRODUCTO SIFAX ADCARNIT TT ADCARSIL 50 TT ADCARSIL 20 TT
Propiedad Norma Unidad SiC-Si3N4+Si2ON2 SiC-SiO2 SiC-SiO2
Temperatura máxima oC 1590 1500 1400
Módulo rotura a flexión (1250 oC) EN 993-7 MPa 65 30 18
Resistencia a compresión EN 993-5 MPa 165 120 100
Módulo de elasticidad EN ISO 12680-1 GPa 160 110 100
Conductividad térmica (1250oC) EN 993-15 W/(m⁰K) 15,5 12,5 12
Resistencia a la abrasión EN ISO 16282 cm3 <1,5 <3,0 <4,0
Comportamiento choque térmico excelente Muy bueno Muy bueno
Exp. térmica lineal (20-1400oC) EN 993-10 10-6/oC 4,9 4,8 4,8
Calor específico medio (20-1000 oC) EN 1159-3 J/Kg⁰K 1050 1050 1050
Propiedades Físicas y mecánicas de los productos ADALUM y ADMULL
PRODUCTO SIFAX ADALUM HT LITE ADALUM HT ADALUM 90 ADMULL
Propiedad Norma Unidad Al2O3 (99,8%) Al2O3 (99,6%) Al2O3 SiO2 (99,6%) Al2O3 SiO2
Temperatura máxima oC 1850 1850 1750 1750
Módulo rotura a flexión (1250 oC) EN 993-7 MPa 0,50 42 9 9
Módulo de elasticidad EN ISO 12680-1 GPa 22 95 50 50
Conductividad térmica (1200oC) EN 993-15 W/(m⁰K) 1,2 2,6 2,4 1,55
Comportamiento choque térmico Bueno Bueno Muy bueno Excelente
Exp. térmica lineal (20-1400oC) EN 993-10 10-6/oC 8,7 10,2 7,1 6,7
Calor específico medio (20-1000 oC) EN 1159-3 J/Kg⁰K 1130 1150 1050 1050
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O�icina y Fábrica:Calle Navas, 20 - HPol. Ind. Río de Janeiro28110 - Algete, Madrid (España)Telf.: +34 91 806 36 31www.sifaxtd.com / [email protected]
A-1 / Salida 23
M-100 Cobeña/Algete
Pol. Ind. Rio de Janeiro
ALGETE
A-1
M-106
