Integridad de la superficie

La integridad superficial es el estado de la superficie de una pieza después de haber sido modificada por un proceso de fabricación . El término fue acuñado por Michael Field ^{[ 1 ]} y John F. Kahles ^{[ 2 ]} en 1964. ^{[ 3 ]}

La integridad superficial de una pieza o elemento modifica las propiedades del material. Las consecuencias de los cambios en la integridad superficial constituyen un problema de diseño de ingeniería mecánica , pero la preservación de dichas propiedades es una consideración de fabricación. ^{[ 4 ]}

La integridad superficial puede tener un gran impacto en la función de una pieza; por ejemplo, el Inconel 718 puede tener un límite de fatiga de hasta 540 MPa (78 000 psi) después de un rectificado suave o tan bajo como 150 MPa (22 000 psi) después del mecanizado por descarga eléctrica (EDM). ^{[ 5 ]}    

La integridad superficial tiene dos aspectos: las características topográficas y las características de la capa superficial . La topografía se compone de rugosidad superficial , ondulación , errores de forma y defectos. Las características de la capa superficial que pueden cambiar durante el procesamiento son: deformación plástica , tensiones residuales , grietas, dureza , sobreenvejecimiento, cambios de fase , recristalización , ataque intergranular y fragilización por hidrógeno . Cuando se utiliza un proceso de fabricación tradicional, como el mecanizado , la capa superficial sufre deformación plástica localizada. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Los procesos que afectan la integridad superficial se pueden dividir convenientemente en tres clases: procesos tradicionales , procesos no tradicionales y tratamientos de acabado . Los procesos tradicionales se definen como aquellos en los que la herramienta entra en contacto con la superficie de la pieza; por ejemplo: rectificado , torneado y mecanizado. Estos procesos solo dañarán la integridad superficial si se utilizan parámetros inadecuados, como herramientas desafiladas, velocidades de avance demasiado altas, refrigerante o lubricación incorrectos, o dureza de la muela abrasiva incorrecta. Los procesos no tradicionales se definen como aquellos en los que la herramienta no entra en contacto con la pieza; ejemplos de este tipo de proceso incluyen la electroerosión (EDM), el mecanizado electroquímico y el fresado químico . Estos procesos producirán diferentes niveles de integridad superficial según cómo se controlen; por ejemplo, pueden dejar una superficie sin tensiones, una superficie refundida o una rugosidad superficial excesiva. Los tratamientos de acabado se definen como aquellos procesos que anulan los acabados superficiales proporcionados por los procesos tradicionales y no tradicionales o que mejoran la integridad superficial. Por ejemplo, la tensión residual de compresión se puede mejorar mediante granallado o bruñido con rodillos , o la capa refundida que queda después del mecanizado por descarga eléctrica se puede eliminar mediante fresado químico. ^{[ 6 ]}

Los tratamientos de acabado pueden afectar la superficie de la pieza de diversas maneras. Algunos limpian y/o eliminan defectos, como arañazos, poros, rebabas , destellos o imperfecciones. Otros procesos mejoran o modifican la apariencia de la superficie al aumentar su suavidad, textura o color. También pueden mejorar la resistencia a la corrosión , la resistencia al desgaste y/o reducir la fricción . Los recubrimientos son otro tipo de tratamiento de acabado que se puede utilizar para recubrir un material costoso o escaso sobre un material base menos costoso. ^{[ 6 ]}

Los procesos de fabricación tienen cinco variables principales: la pieza de trabajo, la herramienta , la máquina herramienta , el entorno y las variables del proceso. Todas estas variables pueden afectar la integridad superficial de la pieza de trabajo al producir: ^{[ 3 ]}

• Altas temperaturas involucradas en diversos procesos de mecanizado
• Deformación plástica en la pieza de trabajo (tensiones residuales)
• Geometría de la superficie (rugosidad, grietas, distorsión)
• Reacciones químicas , especialmente entre la herramienta y la pieza de trabajo.