Roturas de hilo e inversión de resistencia en el recocido en continuo de microhilo de MP35N (0.02–0.065 mm)

El MP35N es una aleación de cobalto, níquel, cromo y molibdeno con buena resistencia a la corrosión por fluidos corporales y a la fatiga, y un conductor habitual en los electrodos de marcapasos. A medida que los electrodos se hacen más finos, el hilo conductor se trefila hasta unas decenas de micras. A esa escala aparecen dos problemas que en medidas más gruesas son menores: las roturas durante el trefilado y la rectitud y resistencia del hilo después del recocido.

Este artículo resume nuestros registros de producción de microhilo de MP35N de 0.02–0.065 mm, describe lo observado y lo interpreta según cómo se endurece la aleación.

Condiciones de producción

Las cifras de resistencia son valores aproximados anotados durante la producción, no resultados de un programa formal de ensayos, y el alargamiento después del recocido no se registró. El análisis se apoya en la tendencia, no en la precisión de cada valor.

Observación 1: a 0.02 mm las roturas se concentran en las últimas hileras

Por encima de 0.035 mm, las roturas durante el trefilado son ocasionales. A 0.02 mm pasan a ser el problema principal y se agrupan en las últimas hileras.

La consecuencia directa son bobinas que nunca se llenan. Cada rotura termina una bobina antes de tiempo, de modo que su peso y su longitud varían. El trenzado y el bobinado necesitan bobinas completas de longitud constante; más roturas significan más empalmes y cambios aguas abajo.

Tamaño del defecto respecto al diámetro del hilo. Un defecto de un tamaño dado ocupa una parte mayor de un hilo más fino:

Un defecto despreciable a 0.065 mm basta para iniciar una rotura a 0.02 mm. Por eso las roturas se concentran en las últimas hileras: cuanto más se acerca el hilo a la medida final, mayor es cualquier defecto en términos relativos.

Factores del material de partida. Al rastrear los lotes con roturas, tres factores pesan más:

1. Tolerancia de diámetro del material de partida. Un diámetro irregular significa una reducción irregular en cada hilera; los puntos que reciben demasiada reducción fallan primero.
2. Defectos superficiales. Rayas, solapes y cascarilla incrustada avanzan hacia el centro del hilo a lo largo de las pasadas y aparecen como puntos de rotura en las últimas hileras.
3. Práctica de fusión. El MP35N contiene titanio, que forma inclusiones duras de nitruro y carburo. Estas partículas no se deforman con la matriz y se convierten en origen de rotura en el hilo fino; en los electrodos terminados también son un origen habitual de grietas de fatiga. El material fundido al vacío y refundido tiene menos inclusiones y más pequeñas.

ASTM F562 admite hasta 1.0 % de titanio y no especifica la práctica de fusión. Por ello, coladas distintas que cumplen F562 pueden comportarse de forma muy diferente al trefilarse a 0.02 mm.

Observación 2: inversión de resistencia en el recocido en continuo

El microhilo de MP35N trefilado tiene una curvatura marcada: al soltarlo se enrolla en bucles y no puede ir directamente al trenzado ni al entubado. El recocido alivia la tensión residual del trefilado y lo endereza.

Resultados del hilo de 0.035 mm recocido en continuo a distintas temperaturas:

Por debajo de 600 °C el hilo no se endereza de forma eficaz. Al subir la temperatura, la resistencia no baja de forma continua como en la mayoría de los metales: primero baja y luego sube, con el mínimo a 590 °C y por encima del estado de trefilado a 700 °C.

Discusión: dos procesos opuestos

Al calentar MP35N trefilado en frío se ponen en marcha dos procesos que llevan la resistencia en direcciones opuestas.

Alivio de tensiones (recuperación). La tensión residual del trefilado se relaja y las dislocaciones se reorganizan. El hilo se endereza y pierde algo de resistencia. Es rápido; bastan segundos.

Endurecimiento por envejecimiento. El MP35N alcanza sus mayores resistencias mediante deformación en frío más envejecimiento: la estructura deformada en frío se endurece aún más al calentarse. El tratamiento de envejecimiento habitual es de 540–645 °C durante 4 horas, un tiempo que se mide en horas.

Un recocido en continuo dura segundos. A temperaturas bajas, el envejecimiento no tiene tiempo de desarrollarse y domina el alivio de tensiones. A temperaturas más altas, el envejecimiento se acelera lo suficiente para alcanzar y superar al alivio de tensiones en esos mismos segundos:

• 590 °C: el alivio de tensiones ha empezado y la resistencia baja un 12 %, pero queda tensión residual y el hilo aún no está recto.
• 650 °C: la tensión residual prácticamente ha desaparecido y el hilo está recto. El envejecimiento empieza a actuar y la resistencia se recupera, aunque sigue por debajo del trefilado.
• 700 °C: el envejecimiento en pocos segundos supera la pérdida por alivio de tensiones, y la resistencia termina un 6 % por encima del trefilado.

En las condiciones de recocido en continuo descritas, 650 °C es por tanto el punto de inflexión: el hilo está recto y la resistencia todavía no ha subido. Más caliente, la resistencia puede superar el rango que exige el diseño del electrodo; más frío, el hilo no se endereza. La ventana es estrecha y la temperatura del horno debe mantenerse estable.

Estas temperaturas solo valen para recocidos en continuo de segundos. Un recocido por lotes de rollos completos se mantiene durante horas, el envejecimiento se completa a temperaturas más bajas y la relación con la temperatura es distinta.

Relación con los estados de hilo fino de ASTM F562

ASTM F562 es la especificación habitual para hilo médico de MP35N. Define tres estados para el hilo fino: recocido, deformado en frío «hard» y deformado en frío «spring». Nuestras medidas de 0.02–0.035 mm caen en su escalón más fino (menos de 0.0508 mm), y 0.06 y 0.065 mm en el escalón superior.

La resistencia se especifica como un rango; el hilo por encima del límite superior tampoco es conforme.

El hilo de 0.035 mm con alivio de tensiones a 650 °C, con unos 1500 MPa, queda por encima del rango del recocido y muy por debajo del mínimo del «hard». No pertenece a ninguno de los tres estados.

El alargamiento del 25–30 % de la columna del recocido corresponde a un hilo con recocido completo a alta temperatura, que lo recristaliza y ablanda. El hilo con alivio de tensiones y enderezado conserva la mayor parte de su endurecimiento por deformación en frío, y su alargamiento queda muy por debajo de ese nivel.

Para los estados fuera de la tabla, F562 deja las propiedades mecánicas al acuerdo entre comprador y proveedor. El alargamiento del hilo fino depende mucho de la longitud de referencia, por lo que también conviene acordarla.

Conclusiones

1. Al trefilar MP35N a 0.02 mm, las roturas se concentran en las últimas hileras, sobre todo porque los defectos se hacen grandes respecto al diámetro del hilo. La tolerancia de diámetro del material de partida, la calidad superficial y la práctica de fusión (nivel de inclusiones) deciden si esa medida puede producirse de forma estable.
2. En un recocido en continuo de segundos, la resistencia a la tracción del hilo de 0.035 mm primero baja y luego sube con la temperatura: un 12 % menos a 590 °C, recuperación a 650 °C y un 6 % por encima del trefilado a 700 °C. La causa es la distinta velocidad del alivio de tensiones y del endurecimiento por envejecimiento.
3. 650 °C es el punto de inflexión que equilibra rectitud y resistencia. El hilo con alivio de tensiones que resulta queda fuera de los estados recocido, «hard» y «spring» de ASTM F562; su rango de tracción, su alargamiento y la longitud de referencia deben acordarse aparte.
4. Los datos son valores aproximados de producción y las conclusiones se apoyan en la tendencia. No se incluye el alargamiento después del recocido.