DEFINICION: Los tratamientos termoqumicos, consisten en calentar un producto siderrgico a una determinada temperatura en un medio capaz de cederle, carbono, carbono y nitrgeno, nitrgeno, etc., durante cierto tiempo y luego, en general enfriarlo en un lquido, al aire, dentro del horno o por contacto con un slido.

Estos

tratamientos tienen efecto solo superficial en las piezas tratadas y consiguen aumentar la dureza superficial de los componentes dejando el ncleo ms blando y flexible. No solo se producen cambios en la estructura del acero, sino tambin en su composicin qumica, aadiendo diferentes productos qumicos durante el proceso del tratamiento.

Se

efectan en aceros de bajo porcentaje de carbono (menos del 0,30 % C) y requieren el uso de calentamiento y enfriamiento en atmsferas especiales.

CARBURACION O CEMENTACIONNITRURACION TRATAMIENTOS TERMOQUIMICOS

EN FASE SOLIDA EN FASE LIQUIDA EN FASE GASEOSA

CIANURACION Y CARBONITRURACION SULFINIZACION

Los distintos tipos de tratamientos termoqumicos son: Carburacin o cementacin, cuando se adiciona carbono. Nitruracin, cuando se incorpora nitrgeno. Cianuracin y carbonitruracin, cuando se incorpora carbono y nitrgeno. Sulfinizacin, cuando se incorpora azufre.

Los tratamientos termoqumicos pertenecen a lo que se denominan tratamientos trmicos superficiales. stos tienen por objeto el endurecimiento de la superficie de los metales, y por consiguiente, el aumento de resistencia al desgaste, conservando su ductilidad y la tenacidad del ncleo.

En muchas aplicaciones es conveniente emplear una pieza de acero cuya porcin interior o ncleo sea tenaz y dctil, y posea una superficie dura, que resista el desgaste y la corrosin.

Carburacin o cementacin La carburacin es un tratamiento termoqumico que consiste en calentar un producto siderrgico durante cierto tiempo a una temperatura superior a Ac3, en un medio capaz de cederle carbono y luego enfriarlo en un lquido, al aire o por contacto con un slido.

Objetivos de la carburacinLa finalidad principal que se persigue mediante la incorporacin de carbono y el temple posterior es obtener. a) Dureza superficial elevada. b) Gran resistencia al desgaste. c) Ncleo resistente, dctil o tenaz, de acuerdo con los requerimientos del uso. d) Elevacin de lmite de fatiga.

Carburacin slida En esta tcnica, la ms antigua, las piezas a ser endurecidas se empacan en una caja metlica junto con material carbonceo (carbn vegetal) y materiales activantes, tales como los carbonatos de sodio o de bario. La caja cementante se calienta a temperaturas suficientemente altas para convertir el carbn en monxido de carbono (entre 815 y 980 C dependiendo del tipo de acero).

Las

piezas deben calentarse por encima de la temperatura de transformacin superior, as ocurre la transformacin a austenita. Durante el calentamiento, el monxido de carbono penetra la superficie de las piezas y es absorbido por la austenita, produciendo una capa delgada de carbono en la superficie.

Las principales ventajas de este mtodo son que no requiere una atmsfera preparada y es eficiente y econmico para el procesamiento individual de pequeas cantidades de piezas, o de grandes piezas masivas. Las desventajas son que no es muy adecuado para producir partes delgadas superficiales carburizadas que deben controlarse a tolerancias reducidas; no puede proporcionar el estrecho control del carbono superficial que se obtiene mediante el mtodo de carburizacin por gas; las piezas no pueden templarse directamente desde la temperatura de carburizacin; y se consume excesivo tiempo en calentar y enfriar la carga. Sumado a esto, es un mtodo por lotes y no se presta para alta produccin.

Carburacin

gaseosa

En este mtodo, el acero de bajo carbono se calienta dentro de un horno lleno de un gas carbonceo. El gas puede ser gas natural, etano, propano, butano, monxido de carbono, o hidrocarburos fluidos vaporizados. Los agentes carburantes estn constituidos por una mezcla de un gas portador (normalmente endotrmico) y de un gas carburante (metano, propano, butano, etc.)

Como en el caso de la carburacin slida, la carburacin gaseosa requiere que las piezas se calienten hasta la temperatura de austenizacin para lograr una penetracin completa del carbono. El calentamiento vara desde 815C hasta 980C, dependiendo del tipo de acero de bajo carbono.

La

carburacin gaseosa presenta varias ventajas sobre la slida. Es un proceso ms rpido, y requiere menos mano de obra. La profundidad de penetracin puede ser controlada ms precisamente. Es ms prctica cuando deben endurecerse cantidades ms grandes. desventaja de la carburacin es que los equipos y los materiales son caros, mientras que la carburacin slida puede realizarse sin maquinaria especial.

La

Carburacin lquida Es un mtodo de endurecimiento superficial de acero que consiste en colocar a ste en un bao de cianuro fundido, de modo que el carbono se difundir desde el bao hacia adentro del metal y producir una parte superficial, comparable con la de la carburizacin por empaque o por gas. Puede distinguirse de la Cianuracin por el carcter y composicin de la superficie dura producida. Las superficies endurecidas con cianuro son ms altas en nitrgeno y ms bajas en carbono; lo inverso de las superficies endurecidas por carburacin por lquido.

El lquido carburizante puede ser cianuro de sodio (NaCN), cianuro de bario [Ba(CN)2 ] o cianuro de calcio [Ca(CN)2]. El bao de sal suele calentarse elctricamente. En la mayora de los tanques, la solucin es agitada para mantener un movimiento uniforme.

La carburacin lquida tiene varias ventajas sobre las carburaciones gaseosa y slida. El lquido tiende a transferir el calor ms rpidamente, entonces el carbono penetra el acero muy rpidamente en la primera hora de la carburacin. Adems, la carburacin lquida es un proceso ms eficiente para la produccin de capas delgadas y uniformes. La capa es ms uniforme porque el lquido tiende a fluir ms uniformemente que el gas.

Sin embargo, existen tambin varias razones por las cuales la carburacin lquida no siempre es la mejor tcnica de cementacin. En el bao de cianuro, siempre se absorbe algo de nitrgeno, que provoca un endurecimiento inmediato. Por lo tanto, estas piezas no pueden ser luego mecanizadas. Adems, las sales de cianuro son txicas. Las piezas deben ser enjuagadas luego de la carburizacin lquida para prevenir la corrosin. Esto toma tiempo y requiere equipamiento adicional. Los baos de sales usualmente contienen cmaras pequeas, por lo que resulta imprctico sumergir piezas grandes e irregulares. Por esta razn, la carburacin lquida se utiliza para endurecer superficies de piezas pequeas.

Nitruracin Se

entiende por nitruracin al tratamiento termoqumico del acero al carbono y del acero aleado, en atmsfera de nitrgeno, con el cual se consiguen capas duras, resistentes al desgaste y a la corrosin, debido a la formacin de nitruros de hierro, de cromo, de molibdeno, de vanadio, de nquel, etc.

La nitruracin puede tener entre otros, algunos de los siguientes objetivos:

a) Producir elevada dureza superficial, que es obtenida sin posterior temple. b) La elevada dureza superficial permanece inalterable aun cuando el metal se lo caliente hasta temperaturas de alrededor de 580C. c) Resistencia al desgaste excepcional, especialmente para usos especficos, entre los que se incluye el caso de desgaste por contacto, metal con metal. d) Baja tendencia al engrane, agarrotamiento o gripado, an en condiciones deficientes de lubricacin. e) Aumento del lmite de resistencia a la fatiga, particularmente reduce la sensibilidad a la entalladura. f) Mejora notablemente la resistencia a la corrosin. g) Mnima distorsin o alabeo de las piezas luego del tratamiento final de nitruracin. h) Salvo casos muy especiales, las piezas pueden nitrurarse, previamente rectificadas, es decir, en muchas aplicaciones no se requiere rectificado final.

Ventajas Dureza. De todos los procesos de endurecimiento superficial, la nitruracin provee la mayor dureza. Se han alcanzado valores de 70 en la escala Rockwell C. Dureza inmediata. Tan pronto como el nitrgeno se une a la superficie, la capa exterior se vuelve dura. No se requiere temple o recalentamiento. Esto ahorra tiempo. Temperatura de endurecimiento. Durante la nitruracin, los tomos de nitrgeno se unen a la superficie de hierro a temperaturas inferiores a la de transformacin del acero. Se usan calentamientos entre 480-540C. Es el nico mtodo de endurecimiento superficial que opera a temperaturas relativamente bajas, lo que es ms conveniente y econmico. Eliminacin de la distorsin. La nitruracin genera menos tensiones internas y ms estabilidad dimensional en el acero. Esto se debe a la baja temperatura y a la ausencia de temple posterior. Resistencia a la corrosin. Las superficies nitruradas son ms resistentes a la corrosin que la de otras piezas endurecidas superficialmente. No se ven afectadas por la humedad, condiciones salinas, agua, aceite, gasolina y otros agentes corrosivos. Resistencia trmica. El recalentamiento de las piezas a temperaturas entre 540590C por un perodo pequeo de tiempo no afecta a las piezas nitruradas. Estas temperaturas, en cambio, ablandan a los aceros carburizados. Limpieza. Las piezas recientemente nitruradas no requieren limpieza. Las piezas carburadas s, para prevenir la corrosin.

Desventajas Lentitud. Es el tratamiento de endurecimiento superficial ms lento. Para completarse requiere varios das. Por esta razn, est limitado a la produccin de capas muy delgadas. Costo. Es un proceso caro. El gas amonaco es mucho ms costoso que otros gases carburizantes. Tambin el equipamiento es ms costoso. Los aceros de bajo contenido en carbono no pueden ser nitrurados, ya que deben contener aleantes para formar nitruros, y estos aceros aleados con ms costosos. Crecimiento en tamao. A medida que las piezas toman nitrgeno, comienzan a hincharse. Esto puede afectar el dimensionamiento preciso. En la mayora de los casos, sin embargo, el crecimiento puede ser estimando de forma precisa. Maquinabilidad. Casi no pueden maquinarse las piezas nitruradas debido a que el endurecimiento ocurre casi inmediatamente. En este sentido, la carburacin es ms conveniente. Control. La nitruracin requiere un control muy especfico. La cmara de calentamiento debe mantenerse a baja temperatura y debe estar sellada con amoniaco gaseoso. El porcentaje de amonaco debe ser cuidadosamente

Carbonitruracin o nitrocarburacin La carbonitruracin es un tratamiento termoqumico que consiste en calentar un producto siderrgico a temperaturas comprendidas entre 700 y 890C, en un medio capaz de cederle carbono y nitrgeno, durante cierto tiempo, para luego enfriarlo en aceite, baos de sales, en algunos caos en agua y a temperaturas bajo cero. Tanto el amonaco como el gas natural se ponen en contacto con las piezas, produciendo una combinacin de carburo de hierro y nitruros de hierro.

La carbonitruracin, mediante la incorporacin simultnea de carbono y nitrgeno, puede tener por objetivos algunas de las finalidades siguientes: a) Lograr una elevada dureza superficial, an mayor que la de carburacin. b) Aumentar la templabilidad de la capa perifrica, gracias a la presencia del nitrgeno. c) Utilizar temperaturas de tratamiento inferiores a las de carburizacin. d) Factibilidad de realizar el temple directo desde el medio cementante. e) Mayor economa de combustible, mantenimiento de los equipos y menor costo de la pieza por utilizar en general aceros al carbono que son ms baratos. f) Lograr mayor resistencia a la corrosin, al desgaste y a la fatiga, presumiblemente debido a los compuestos formados sobre la superficie tratada.

Sulfinizacin El

sulfinizado es un tratamiento termoqumico, que consiste en calentar el acero, fundicin y otros metales en un bao de sales alrededor de 570C, durante cierto tiempo en un medio capaz de cederle carbono, nitrgeno y azufre.

Entre los objetivos que se logran con el sulfinizado, se citan los siguientes: a) Mejorar la friccin, reduciendo el coeficiente de rozamiento. b) Aumentar considerablemente la resistencia a la fatiga, por efecto de la microdureza que origina una caparazn dura. c) Eliminar, en la mayora de los casos, el agarre o gripado por frotamiento de metal con metal en virtud de la autolubricacin por el azufre. d) Tratar piezas rectificadas sin necesidad de una operacin mecnica o trmica posterior. e) Mejorar considerablemente la resistencia a la corrosin. Es necesario, sin embargo, realizar una limpieza muy cuidadosa para eliminar toda traza de sal. f) Mejorar la resistencia al desgaste del acero rpido tratado, en particulas por la no adherencia en el til, por frotamiento de la viruta del corte. g) Mejorar las condiciones de trabajo de los bronces, cuando no tienen aleantes de punto de fusin inferior a 500C.