Nitruración

Nitruración
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Nitruración. La nitruración es un tratamiento termoquímico de endurecimiento superficial por el cual se incorpora Nitrógeno a la superficie del acero, compuesto principalmente por fase ferrítica, mediante el calentamiento en una atmósfera de amoníaco. El resultado es un incremento de la dureza superficial de las piezas. También aumenta la resistencia a la corrosión y a la fatiga. Una variante de este tratamiento, es el proceso tenifer.

Procedimiento

El tratamiento de nitruración ocurre a través de dos mecanismos. Un primer tratamiento de conversión química superficial, en el que tiene lugar la formación de una capa compuesta principalmente por nitruro de hierro (Fe2N).

Un segundo tratamiento de difusión de Nitrógeno como solución sólida y de combinación con algunos elementos de aleación del acero (Cromo, Aluminio, Volframio, Molibdeno y Titanio, principalmente) para formar nitruros finamente dispersos, conduciendo a un endurecimiento estructural.

Características de la nitruración

La nitruración permite obtener una capa superficial de elevada dureza (700-1000HV) con una estructura rica en nitruros y carbonitruros, muy bien definida y formada por: Una capa periférica (capa blanca), también llamada de compuestos o de combinación. Es una capa rica en nitruros que mejora la resistencia al desgaste y a la abrasión; Una capa subyacente, llamada zona de difusión. Su comportamiento proporciona una alta resistencia a la fatiga.

Las fases sólidas presentes en toda capa nitrurada son la fase α, fase ε, y fase gamma γ´. Lo deseable es obtener una capa monofásica de fase ε, o bien γ´, en lugar de capas bifásicas o dúplex. Las capas de combinación de una sola fase evitan casi por completo la fragilidad superficial de la pieza de acero, debido a la elevada cohesión capa-sustrato.

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Apliacciones de la nitruración

Este tratamiento superficial se aplica a aceros especiales llamados aceros de nitruración con un contenido en carbono que suele estar comprendido entre 0,25 y 0,50% y con elementos de aleación como Cromo y Aluminio, que favorecen la difusión del Nitrógeno, y Molibdeno, que elimina la fragilidad de la capa nitrurada.

Clasificación de los procesos de la Nitruración

  • Nitruración gaseosa: La nitruración gaseosa se realiza en hornos de atmósfera controlada en los que la pieza se lleva a temperaturas entre 500º y 570 ºC en presencia de amoníaco disociado. Este proceso se basa en la afinidad que tiene los elementos de aleación del acero por el nitrógeno procedente de la disociación del amoníaco.
  • Nitruración en baño de sales: La nitruración en baño de sales se realiza a la misma temperatura que la nitruración gaseosa, entre 500ºC y 570ºC. Para ello se introduce la pieza en un baño de sales fundidas compuesto por cianuros (CN-) y cianatos (CON-) en estado fundido. Durante este tratamiento, el material absorbe C y N del baño. Dadas las bajas temperaturas a las que se opera, la carburación es muy pequeña, dando paso a la nitruración. Así, se forma una capa cuya composición química es de un 25% de carburos y de un 75% de nitruros de hierro.
  • Nitruración sólida: En la nitruración sólida las piezas se colocan cubiertas por una pasta se sustancia nitrurante que se eleva a una temperatura entre 520 ºC y 570ºC durante 12 horas.
  • Nitruración iónica o por plasma: Es un tipo de nitruración gaseosa dirigida a aumentar la velocidad de difusión del N y reducir el tiempo de tratamiento. Se realiza dentro de un reactor donde se ha hecho vacío antes de introducir los gases de nitruración. Estableciéndose un circuito eléctrico en el que la pieza a nitrurar es el ánodo, por efecto del calor el Nitrógeno molecular se descompone e ioniza.

Aceros para nitruración

No todos los aceros son aptos para nitrurar, ya que en ocasiones el procedimiento puede resultar contraproducente, tales como los aceros al carbón, en los que el nitrógeno penetra demasiado rápido en la estructura y la capa nitrurada tiende a desprenderse.

Para este proceso resulta conveniente que en la composición de la aleación haya una cierta cantidad de aluminio (1% aproximadamente).

Ejemplos de aceros para nitruración

  • Acero para nitruración al Cr-Mo-V de alta resistencia: La composición extra de este acero es la siguiente: 0,32% C, 3,25% Cr, 0,40% Mo y 0,22%V. Una vez tratado alcanza una resistencia mecánica de 120 kg/mm2. La capa nitrurada se adhiere muy bien al núcleo sin temor a descascarillamiento. Se utiliza para construir piezas de gran resistencia y elevada dureza superficial para resistir el desgaste.
  • Acero para nitruración al Cr-Mo-V de resistencia media: la composición extra de este acero es 0,25% C, 3,25%Cr, 0,40% Mo y 0,25% V. Tiene características y aplicaciones parecidos al anterior, solamente que su resistencia mecánica es de 100kg/mm2.
  • Acero para nitruración al Cr-Al-Mo de alta dureza: la composición extra de este acero es 0,40% C, 1,50% Cr, 0,20% Mo y 1% Al. La capa nitrurada de este acero puede descascarillarse y es de gran fragilidad. Se utiliza para piezas que soporten una resistencia media y la mayor dureza superficial posible.

Este tratamiento también es aplicable a algunos aceros inoxidables, aceros al cromo-níquel y ciertas fundiciones al aluminio o al cromo.

Enlaces externos

Ver también

Fuente

  • A. Malishev.Tecnología de los Metales. Editorial Pueblo y Educación(1989.
  • Guliáev, A, P. Metalografía Tomo I y II; Editorial Mir Moscú; 1978.
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