UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA

AREA DE LA ENERGIA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES.

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA.MATERIALES PARA LA INGENIERIA.

TEMA:NITRURACIÓN.

ACEROS PARA LA NITRURACIÓN.PROPIEDADES DE LOS ESTRATOS DESPUÉS DE LA NITRURACIÓN.

CIANURACIÓN.CLASES DE CIANURACIÓN.

TRATAMIENTO TÉRMICO DESPUÉS DE LA CIANURACIÓN.PROPIEDADES DE LOS ESTRATOS DEPUÉS DE LA CIANURACIÓN.

DOCENTE:Ing. Gonzalo Riofrio.

ESTUDIANTE:Carlos Alberto Hidalgo Masache.

MODULO VII PARALELO “A” 28 DE ENERO DE 2014

2014

1. NITRURACIÓN.Se trata de un tratamiento térmico realizado a temperaturas relativamente bajas (500-570° C), que proporciona nitrógeno en la superficie del acero y su difusión hacia el interior, consiguiéndose durezas elevadas. Se aplica normalmente en piezas de acero previamente templado y revenido para lograr un núcleo resistente, capaz de soportar las cargas externas a que están sometidas y que se tramiten a través de la capa dura. El nitrógeno que se incorpora al acero a 500-570°C, tiene, a esa temperatura, una velocidad de difusión mayor que el carbono, disminuyendo con el incremento de la temperatura.

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.

La nitruración se aplica principalmente a piezas que son sometidas regularmente a grandes fuerzas de rozamiento y de carga, tales como pistas de rodamientos, camisas de cilindros, etc. Estas aplicaciones requieren que las piezas tengan un núcleo con cierta plasticidad, que absorba golpes y vibraciones, y una superficie de gran dureza que resista la fricción y el desgaste. Las piezas que se hayan pasado por un proceso de nitruración se pueden usar en trabajos con temperaturas de hasta 500 °C (temperatura de nitruración), temperatura a la cual el nitrógeno comienza a escaparse de la pieza, eliminando los efectos de la nitruración y disminuyendo la dureza de la pieza.(La duración de la 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.)

GASEOSO:Estos procesos se llevan a cabo en hornos de Vacío donde se inyecta una mezcla ajustada de gases a baja presión, permitiendo la obtención de capas a la carta.

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.

Aplicaciones: Mínima Deformación. Excelentes Propiedades Mecánicas. Aumento de la Dureza. Buena Resistencia al Desgaste y a la Abrasión. Aumento de la Resistencia a la Corrosión. Fuerte Aumento de la Resistencia a la Fatiga. Mejora de la estabilidad dimensional frente al Temple.

Tipos de piezas.

Moldes. Ejes. Pistones. Herramientas.

Baños 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.

2. ACEROS PARA LA 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 él % 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.En la Tabla I se resumen los valores de dureza Vickers de la capa de compuestos para diferentes composiciones. En la Fig. XIII.4 se pueden observar los valores de dureza superficial logrados para diferentes composiciones en nitruración en sales y gaseosa; se nota que la dureza depende casi exclusivamente de la composición del acero y no del método de nitruración.Un buen acero para nitrurar debe tener estos rangos de materiales en su aleación 0.30-0.38 % de carbono. 1.35-1.65% de cromo. 0.4-0.6% de molibdeno. 0.75-1.1% de aluminio.

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.

ALGUNOS ACEROS EN EL MERCADO APTOS PARA NITRURAR.

AMS: Aerospatial Material Specifícation.

3. PROPIEDADES DE LOS ESTRATOS DESPUES DE LA NITRURACIÓN.a. pueden quedar valores de HV 650 a 1100 según el material que se utiliza. Las capas con

dureza elevada son menos tenaces que las de menores valores de HV. La capa nitrurada confiere resistencia al desgaste.

b. Resistencia a la corrosión: después del nitrurado, los aceros resisten mejor la acción corrosiva del agua dulce, agua salada y atmósferas húmedas, que los aceros ordinarios. Por eso se suele utilizar el nitrurado en piezas que deben sufrir ciertos agentes corrosivos. La resistencia está dada por la capa más superficial de nitrurado, la más externa.

c. Ausencia de deformaciones: como la temperatura de proceso no es elevada y no es necesario enfriar rápidamente, se evitan los grandes inconvenientes por deformaciones.

d. Nitrurado selectivo: se pueden proteger perfectamente de la nitruración las superficies que no se desean endurecer, dejando libres las áreas que desean tratarse.

e. Retención de dureza a elevada temperatura: las capas nitruradas conservan la dureza hasta los 500° C, si no es muy prolongado el período de calentamiento. 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.

4. CIANURACIÓN.

Es un tratamiento termoquímico que se da a los aceros. Cuando se quiere obtener una superficie dura y resistente al desgaste, esto se logra empleando un baño de cianuro fundido, la cianuración se puede considerar como un tratamiento intermedio entre la cementación y la nitruración ya que el endurecimiento se consigue por la acción combinada del carbono y el nitrógeno a una temperatura determinada.

Como se realiza el tratamiento termoquímico.-La cianuración se efectúa a una temperatura justamente por encima de la crítica del corazón de la pieza (750°C – 950°C), se introduce la pieza en una solución que generalmente consta de cianuro de sodio con cloruro de sodio y carbonato de sodio, el enfriamiento se da directamente por inmersión al salir del baño de cianuro con esto se obtiene una profundidad de superficie templada uniforme de unos 0.25 mm en un tiempo de una hora.

Cuando se quiere obtener una superficie dura y resistente al desgaste, se realiza a una temperatura por encima de la crítica del corazón de la pieza entre 750 °C y 950 °C aproximadamente, se introduce la pieza en una solución que generalmente consta de cianuro de sodio con cloruro de sodio y carbonato de sodio, el enfriamiento se hará directamente por inmersión al salir del baño de cianuro con esto se obtiene una profundidad de superficie templada uniforme de unos 0,25 mm en un tiempo de una hora.El cianuro es un anión monovalente de representación CN-. El mismo contiene el grupo cianuro (:C≡N:), que consiste de un átomo de carbono con un enlace triple con un átomo de nitrógeno.

La ventaja de la cianuración en comparación con la cementación y nitruración son de una mayor velocidad en el proceso y un mayor efecto fortalecedor combinando la acción del nitrógeno y el carbono.

5. CLASES DE CIANURACIÓN.Podemos realizar la cianuración de dos maneras diferentes, como son: A la flama: el calentamiento del acero se realiza de forma local, de modo que con el enfriamiento se produzca un temple localizado en la región afectada. La profundidad de temple con este proceso varia de 1,5 a 6,5 mm este método se emplea en superficies de piezas grandes por su deformación que es mínima. Para aceros al carbono el contenido de este debe ser entre 0,35 % a 0,70 %, aunque también puede templarse a la llama aceros contenido de carbono más alto si se tiene cuidado de impedir el agrietamiento de la superficie. Para obtener buenos resultados con este proceso se debe tener cuidado en la característica de la flama, la distancia a la superficie, su velocidad de movimiento y el tiempo de enfriamiento por inmersión. Es necesario un revenido para liberar el material de los esfuerzos, siendo suficiente por lo general una temperatura de 200 °C aproximadamente. Sus principales aplicaciones son: para el temple de dientes de engranes, levas, extremos de rieles, llantas metálicas de rueda, etc.

Por inducción: el calentamiento se realiza por corriente eléctrica, el calentamiento por resistencia es útil para templar secciones localizadas de algunas piezas forjadas y de fundición, pero en general su principal aplicación es para calentar partes de sección transversal uniforme. El proceso se usa para templar superficies de piezas cilíndricas, los muñones de apoyo de los cigüeñales aplicando una corriente de alta frecuencia a la sección de apoyo durante unos cuantos segundos y cuando se ha calentado el acero a la profundidad deseada, se rocía agua sobre la superficie calentada a través de orificios hechos, los bloques del inductor que rodea al apoyo. La amplitud de la zona calentada puede regularse con toda exactitud que las curvas o filetes puedan quedar perfectamente sin posibilidad de fallar por fatiga y sin sacrificar la resistencia al

desgaste.

La Cianuración puede tener por finalidad algunos de los siguientes objetivos:

a. Producir una elevada dureza superficial.b. Lograr una buena resistencia al desgaste.c. Obtener ambas características sobre superficies terminadas que no requieren

rectificación o bien lograr una mínima deformación: alabeo o distorsión compatible con el uso.

6. TRATAMIENTO TÉRMICO DESPUÉS DE LA CIANURACIÓN.Después de las cianuración las piezas se enfrían hasta la temperatura óptima del temple, y se templan con agua o aceite según el tipo de acero. Después del temple se aplica el revenido a 160°C- 180°C. Temple: Procedimiento que consiste en calentarlo hasta una temperatura a la que sea completamente austenítico (V. austenita) y enfriarlo luego con la rapidez suficiente para que se evite la formación de ferrita y perlita y se obtenga martensita pura. El tiempo de mantenimiento a la temperatura elevada debe ser el necesario para obtener austenita homogénea, es decir, para que se conviertan totalmente en austenita los productos de baja temperatura y esta última se haga homogénea por difusión.Revenido: Es un tratamiento complementario del temple, que generalmente sigue a éste. Al conjunto de los dos tratamientos también se le denomina "bonificado".

El tratamiento de revenido consiste en calentar al acero después de normalizado o templado, a una temperatura inferior al punto crítico, seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rápido cuando se pretenden resultados altos en tenacidad, o lento, para reducir al máximo las tensiones térmicas que pueden generar deformaciones.

7. PROPIEDADES DE LOS ESTRATOS DESPUES DE LA CIANURACIÓN.

Ventajas.La cianuración es un proceso de endurecimiento superficial relativamente económico porque puede utilizarse aceros al carbono comunes. Es un proceso bastante rápido utilizado en aplicaciones que requieren una capa delgada y dura.Desventajas.La cianuración puede ser un proceso riesgoso. Las sales de cianuro son venenosas, los humos resultantes pueden ser fatales si son inhalados. El área que rodea al horno debe estar muy bien ventilado. Se deben tener cuidados especiales de seguridad cuando se manejan materiales cianurados. Si el líquido del baño de sal hace contacto con una herida abierta, los resultados pueden ser muy serios