Hoy vamos a comentar un proceso de terminación térmica, la nitruración, que hace que las piezas sometidas a este tratamiento cuenten con una superficie de una dureza sensiblemente superior que aquellas con superficies cementadas y templadas.
La nitruración
La nitruración es un proceso de terminación de piezas que se basa en la formación de una solución sólida de nitrógeno y nitruros en la capa superficial de la pieza de acero. Los nitruros son extremadamente duros, por lo que confieren mucha dureza a la capa superficial de la pieza.
El proceso de nitruración se produce a temperaturas relativamente bajas (500-600°C), y en un medio amoniacal que al descomponerse desprende nitrógeno elemental capaz de reaccionar con el metal.
La duración de la capa superficial tratada por nitruración es aproximadamente 10 veces mayor que la de la cementación, necesitando unas 20-50 horas para alcanzar una profundidad de 0.2-0.4 mm.
Por otra parte, la nitruración exige el uso de acero especial aleado, debido a que solamente cuando se forman nitruros de cromo, molibdeno, aluminio etc., esta operación da buenos resultados. La dureza de la capa superficial es natural, es decir, se obtiene sin temple; por lo tanto sirve para el trabajo a temperaturas relativamente altas (400-500°C).
Además de la resistencia térmica y la alta dureza, la superficie nitrurada soporta bien la acción corrosiva de la atmósfera, lo que hace que las piezas así tratadas puedan utilizarse con éxito para fines decorativos.
Algunas ventajas de la nitruración
Estas son algunas de las ventajas que se pueden obtener al realizar este tratamiento:
a) Elevada dureza, con valores de HV 650 a 1100 según el material utilizado. La capa nitrurada confiere resistencia al desgaste.
b) Resistencia a la corrosión: después del nitrurado, los aceros resisten mejor que los aceros ordinarios la acción corrosiva del agua dulce, agua salada y atmósferas húmedas. Por eso se suele utilizar el nitrurado en piezas que deben sufrir ciertos agentes corrosivos.
c) Ausencia de deformaciones: como la temperatura de proceso no es elevada y no es necesario enfriar rápidamente, se evitan inconvenientes por posibles deformaciones.
d) Nitrurado selectivo: se pueden tratar solamente las áreas de la pieza que sean necesarias.
e) Retención de dureza a elevada temperatura: las capas nitruradas conservan la dureza hasta los 500° C, siempre que el período de calentamiento no sea muy prolongado. Esta retención de la dureza es superior a otros tratamientos térmicos como cementación, temple por inducción, etc. que, por tener estructura martensítica, la pierden muy rápidamente a partir de los 200º C.
f) Incremento de resistencia a la fatiga: la distorsión de la red cristalina por la difusión del nitrógeno incrementa la resistencia a la fatiga. Además disminuye los efectos de entalla y corrosión.
Aceros para nitruración
Normalmente se emplean aceros entre 0,2 y 0,60 % C, aleados con Al, Cr, Mo y V. El contenido de C no influye en la dureza y levemente en la profundidad de capa, disminuyendo ésta con el % de C.
El Al es el elemento más importante para lograr las máximas durezas, pero debe ir siempre acompañado de otros aleantes para evitar capas nitruradas muy frágiles.
El Mo aumenta la dureza de la capa, mejora la tenacidad del núcleo y evita la fragilidad de los aceros sin Mo, cuando permanecen mucho tiempo a temperaturas próximas a 500° C.
El Cr y el V aumentan la profundidad de capa dura.
En los aceros al carbono, a igualdad de tiempo, se obtiene una mayor profundidad de capa, ya que los aleantes forman nitruros y disminuyen la difusión hacia el interior, pero los valores de dureza son sensiblemente inferiores.
Nitruración iónica de aceros inoxidables endurecidos por precipitación
Los aceros inoxidables endurecibles por precipitación, utilizados para moldes de inyección para plásticos corrosivos, caucho y para la industria médica y alimenticia, elevan la dureza y resistencia mecánica a valores deseables cuando son sometidos a envejecimiento.
La nitruración iónica es una técnica de difusión asistida por plasma, que se aplica con éxito para endurecer aceros inoxidables austeníticos sin disminuir su resistencia a la corrosión, mientras que en aceros martensíticos no ha dado tan buenos resultados, debido a que, en la mayoría de los casos, afecta su resistencia a la corrosión.
Algunos de los aceros inoxidables endurecibles por precipitación, son el CORRAX® de Uddeholm y el THYROPLAST PH-X SUPRA® de ThyssenKrupp.
La dureza puede elevarse hasta valores entre 900 y 1000 HV en estos aceros tras la nitruración iónica.
Como consecuencia, la resistencia al desgaste también se incrementa en ambos aceros y se mantiene la resistencia a la corrosión.
Los aceros inoxidables endurecibles por precipitación, además de cromo y níquel, contienen otros elementos de aleación como cobre y aluminio que favorecen la precipitación de fases secundarias elevando la dureza y la resistencia mecánica cuando se los somete a envejecimiento en un rango de temperaturas entre 425°C y 600°C.
Son aceros requeridos en la industria para moldes de piezas plásticas de diseño complicado, dado que pueden ser mecanizados en “blando” y se endurecen posteriormente por envejecimiento, que al requerir bajas temperaturas, no provoca cambios dimensionales.
Por otro lado, su resistencia a la corrosión suele ser superior a la de los aceros martensíticos de la serie 400.
La nitruración iónica es un tratamiento de endurecimiento de difusión termoquímica asistido por plasma, que a diferencia de su equivalente gaseoso tradicional, puede realizarse a temperaturas menores y permite un control más ajustado de los parámetros de nitruración para diseñar la estructura y composición de la superficie.
Y aquí traemos un vídeo en el que se explica cómo se realiza la nitruración [inglés]
Post basado en una entrada en Cosasmundometal (hoy inaccesible), el blog de Luis Manuel Gracia Forcada.
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