Israel Medina Juárez

Los neumáticos fuera de uso representan un grave problema a nivel mundial por contaminación ambiental y de salud pública. Actualmente, en México se desechan cada año en vertederos y tiraderos clandestinos cerca de 40 millones de neumáticos, de los cuales la mayoría son quemados o acumulados a cielo abierto y solo un bajo porcentaje es tratado y reciclado adecuadamente para ser utilizado posteriormente en la fabricación de productos. En el estado de Tamaulipas, México con los métodos tradicionales de gestión y tratamiento de neumáticos se está generando problemas medioambientales afectando el suelo, aire y el agua. Por lo tanto, es necesario considerar métodos sostenibles de recolección, tratamiento y eliminación de neumáticos de desecho para contribuir a la disminución en la contaminación ambiental. La presente investigación presenta un estudio de viabilidad en la producción de topes de estacionamiento y tejas para casa con el objetivo principal de motivar a la industria de manufactura en Tamaulipas para incursionar en otros mercados viables y económicamente atractivos, como lo es el reciclaje de caucho para la fabricación de piezas para el mercado nacional. El granulado de caucho utilizado fue de 3 y 1 mm, mientras que el porcentaje de resina como aglutinante fue de (10, 15, 20, 25 y 30 %). El estudio involucra la medición de la resistencia a la compresión y la caracterización mediante un microscopio estereoscopio del tipo de unión de la mezcla. Los resultados demuestran que, a mayor contenido de resina y menor tamaño de partícula, se presentan la resistencia a la compresión más elevadas.

Although quenching is one of the most widely used heat treatments in the metal-mechanical industry to improve the mechanical properties of steels, it is also responsible for the generation of residual stress, distortion, and fractures in the treated parts. The high-temperature gradients present during quenching and martensitic transformation are the main failure mechanisms. Cooling is the critical quenching stage where several variables that need to be controlled are involved in reducing these problems. The objective of this research was to evaluate the main variables in the quenching process in SAE 4340 steels, which promote distortion, residual stress accumulation, and fracture failures. A 2ᴷ factorial experiment was designed, samples with C-ring geometry susceptible to changes in quenching variables were used, and the variables studied were the agitation and temperature of the quenching medium. Experimental measurements, statistical tools and modeling were used to evaluate and predict the distortion generated in quenched samples. Such tools include Minitab 21^® software and its statistics utilities. Furthermore, a finite element method model was carried out using STFC Deform^®. The results suggest that there are optimal conditions in the quenching process to minimize distortion and residual stresses and to improve mechanical properties of quenched parts; therefore, the methods used in this work could be useful to detect and control the appearance of defects in an industrial environment.

El presente documento muestra un caso de estudio, en una empresa manufacturera ubicada al noreste de México, en el periodo de enero-agosto de 2022. Se aplicó la metodología de mapeo del flujo de valor, con el objetivo de identificar y eliminar las actividades que generan entregas tardías a los procesos del producto terminado. Durante el estudio se detectaron las causas que afectan al flujo del proceso, tales como; sobre-procesamiento, movimientos innecesarios, tiempos de espera, defectos y falta de personal. Los resultados de la aplicación de la metodología mapeo de flujo de valor, cumple con los objetivos establecidos anteriormente, disminuyendo al mínimo número de pasos necesarios para cumplir con las entregas a clientes.

El temple es uno de los tratamientos térmicos más utilizados en la industria Metal-Mecánica y Metalúrgica para mejorar las propiedades mecánicas en los aceros empleando altas velocidad de enfriamiento que permiten la transformación de austenita a martensita. Sin embargo, el temple involucra diversos fenómenos acoplados físicos-térmicos-mecánicos los cuales son difícil de controlar y predecir, exponiendo la calidad de las piezas templadas cuando no se cuenta con un óptimo diseño del proceso. La presente investigación tiene como objetivo evaluar el efecto de la posición de inmersión de las piezas y de agitación del medio líquido, sobre la extracción de calor representado por las curvas de enfriamiento, lo anterior permitirá determinar con mayor exactitud el coeficiente de transferencia de calor (CTC) en piezas de un acero en forma de “C” de tipo SAE 4340. Se diseñó y construyó un sistema de enfriamiento controlando (agitación del líquido y la posición de inmersión). Los resultados obtenidos permitieron analizar la historia térmica del enfriamiento de las muestras mediante curvas de enfriamiento y se calculó el coeficiente de transferencia de calor a través de elementos finitos.

During quenching heat treatment, the formation of high residual stress values and the presence of distortion are phenomena which are difficult to control and accurately predict, their effects being extremely important to the components or pieces of complex and robust geometry that are commonly used in the industry. The latter is mainly due to the mixture of the high temperature levels formed between the surface and the cores of the components and the martensitic transformation during quenching. In this research, an experimental and simulated analysis of the process of the quenching heat treatment of AISI 4340 steel, using geometrically complex components, was undertaken with the objective of studying and understanding the effect of quenching process parameters on distortion, stress generation, and mechanical properties. A model that applied the finite elements method (FEM), in which entry data such as thermo-physical and mechanical properties were obtained through experimental techniques that were reported in the literature, made it possible to simulate the cooling process under different conditions, which helped to explain the origins of the distortion in the quenched parts. The results show a close relationship between various quenching parameters such as heat extraction speed, the immersion orientation in the liquid, and the component’s geometry. The data obtained could contribute to accelerating the design process of the heat processing routes for quenching components by taking into consideration both the classic process variables and, due to the increased precision resulting from mathematical modeling, additional factors such as the geometry of real applications.

Prediction of residual stress profiles after quenching is important for a range of industry applications. Finite element method (FEM) models have the capability of simulate the cooling and stress evolution during quenching; however, they are very dependent on the heat transfer coefficient (HTC) imposed on the surface. In this paper, an analysis of the HTC effect on the accuracy of the residual stress profile after quenching a 304L stainless steel Jominy sample was conducted. The FEM model was validated in its thermal accuracy using thermocouples and the residual stress profile was measured using the contour method. The results show that a thermally validated FEM model may yield results which overestimate the tensile residual stress and underestimates the compressive residual stress maxima while accurately calculating the maxima positions from the quenched edge. The FEM model accuracy was not improved by modifying the HTC or by using a different thermal expansion coefficient. The results are discussed in terms of the effect of plasticity due to twinning in the residual stresses calculated by the FEM model.