NITRURACIÓN
NITRURACIÓN
NITRURACIÓN
Los aceros nitrurados sólo deben emplearse en estado bonificado. En tal estado se garantiza
una formación impecable de la capa de nitruración.
Con ello se confieren buenas
características de resistencia y de tenacidad al núcleo. Debe atribuirse importancia a la
superficie de la pieza ya que no debe haber capas marginales con descarburación, oxidación
o herrumbre. Deben estar completamente libres de aceite o grasa.
2NH3 → 2N + 3H2
1. Temperatura
2. Presión
3. Flujo de amoniaco
4. La acción catalítica del acero de la pieza a nitrurar
2) Absorción del N por el Feα para formar primeramente solución sólida y después
nitruro de hierro (Fe4N).
El horno de retorta vertical (Fig. XIII.5a) es estacionario; las piezas a nitrurar se cargan en
una canasta que se baja dentro de la cámara de calentamiento. La tapa se sella con una junta
de amianto y se sumerge en una cubeta llena de aceite. La atmósfera entra por la parte
superior y sale por la parte inferior del horno. La refrigeración se logra con un ventilador y
abriendo una válvula de una camisa colectora de agua. Hornos de diseño similar, pero sin la
camisa de agua, se utilizan cuando no se requiere un enfriamiento rápido; la calidad de
nitruración lograda es equivalente a la de los hornos de tubo colector. La nitruración también
ha sido satisfactoria en retortas verticales sin ventiladores. Flujos y presiones apropiados en
la línea de salida, son críticos para proveer el amoníaco su
Detalles del proceso
2) Resistencia a la corrosión Los aceros nitrurados resisten mejor la acción corrosiva del agua
dulce, agua salada, vapor o atmosfera húmeda que los aceros sin tratar. La nitruración es
muy utilizada para aquellas piezas que deben sufrir la acción de ciertos agentes corrosivos,
como ejes impulsores y engranajes de bombas de agua o de petróleo.
8) Menos susceptibles a la formación de herrumbre por ajuste que las piezas sometidas a
cementación.
También conocida como Baño de sal nitruración, en el cual se usa una sal que contiene
nitrógeno, como la sal de cianuro. También donan C a la superficie de la pieza de trabajo.
Este proceso logra una mayor difusión en el mismo periodo de tiempo que en otro método.
Operación simple: se calienta la sal, y la pieza de trabajo. Se sumerge hasta que pase el
tiempo de operación.
Las sales son toxicas: Leyes ambientales son estrictas a este tipo de sal en países del
occidente, ha aumentado costos .
Solo un proceso es posible con un tipo de sal en particular: dado que la sal establece el
potencial de nitrógeno, solo es un posible un tipo de proceso
Nitruración sólida. En la nitruración sólida las piezas se colocan cubiertas por una pasta de
sustancia nitrurante que se eleva a una temperatura entre 520 ºC y 570 ºC durante 12 horas.
Nitruración iónica o por plasma. Es un tipo de nitruración gaseosa dirigida a aumentar la
velocidad de difusión del nitrógeno 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. Con ello se produce la difusión del nitrógeno por la
superficie y la consiguiente formación de nitruros. Otros gases presentes y que actúan como
soporte son el gas carburante, argón, etc.
Tratamiento de endurecimiento
En la capsula se realiza una despresurización, se extrae el aire quedando al vacío una presión
de 1 a 16 mbar aprox.
1ra etapa
Se introduce amoniaco a esa presión. Al crear una diferencia de potencial el gas se ioniza y
se separan las moléculas de nitrógeno del amoniaco y se forma una descarga luminosa
alrededor de la pieza, convertida en cátodo. Un proceso de nitrocarburación se lleva a cabo
en el vacío. Una alta tensión se aplica a la cámara que enciende la descarga luminiscente en
las piezas.
2da etapa
Los iones positivos mas pesados(nitrógeno) se mueven hacia el cátodo(piezas), esto hace
que la caída de potencial ocurra directamente enfrente al cátodo y produzca un espacio
positivo alrededor de la pieza (ánodo proyectado) adsorbiendo dichas moléculas.
Dentro de la región caída del potencial, aparece el fenómeno de luminiscencia debido a que
ocurre toda la ionización y excitación del gas.
3ra etapa
Mezcla de gas a presión y el tiempo; se consigue una capa nitrurada de sus necesidades
específicas.
Beneficios a la pieza:
Resistencia a la corrosión
Ausencia de deformaciones
Nitrurado selectivo
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.
MECANISMOS A OPERAR
El encendido de los crisoles calentados externamente debe iniciarse con bajo fuego (bajo
ingreso de calor) de acuerdo con el método de calentamiento. Una vez que la sal aparece
fundida alrededor de la superficie, el calor puede incrementarse gradualmente hasta fuego
alto para completar la fusión. Debe tenerse la siguiente precaución: un excesivo
calentamiento de las paredes o la parte inferior del crisol durante el encendido, puede crear
presiones suficientes para proyectar sal violentamente fuera del pote. Para mayor seguridad,
el pote debería cubrirse durante la fusión de las sales.
1 o ) Tratamiento previo: en la mayoría de los casos, la nitruración se realiza en aceros
templados y revenidos a una temperatura superior a la del baño de nitrurado, para evitar las
variaciones dimensionales de las piezas después del tratamiento. De esta forma no hay
posibilidad de un cambio estructural que pueda afectar a las tolerancias de la pieza acabada
2 o ) Limpieza: Para conseguir una zona de compuestos compacta y regular, es necesario
que las piezas entren al baño de nitrurado libres de residuos aceitosos, óxidos o sales que
hayan permanecido impregnados de operaciones anteriores. Además de las dificultades que
entraña en la mecánica de la nitruración una deficiente limpieza de superficies, existe el riesgo
de contaminación del baño y dejarlo parcialmente inutilizado
3 o ) Precalentamiento: es conveniente precalentar el material a nitrurar a temperaturas
inferiores a 380º C, evitando el peligro de oxidación. Esta precaución se apoya en tres
principios: a) seguridad de que las piezas, al ser introducidas en el baño, estén libres de
humedad; b) evitar la caída de temperatura del baño; c) tener una mínima distorsión en el
material por diferencia de temperaturas
4 o ) Control de temperatura: Debe ser eficaz y preciso; para ello los crisoles serán muy
profundos y calentados preferentemente con resistencias eléctricas para una mayor
uniformidad de temperatura. En el Metalografía y Tratamientos Térmicos XIII - 8 - caso de
nitrurar piezas de grandes dimensiones en crisoles superiores a los 2,5 m, se dispondrá de
varios termopares colocados a distintos niveles del crisol, de forma que regulen
automáticamente, por zonas, la totalidad del baño, para mantener constante la temperatura
de 570° C.
5 o ) Tiempo de nitruración: se dispone de una constante que es la temperatura (570° C), la
penetración del nitrógeno dependerá entonces del tiempo y de la clase de material. En los
aceros aleados la profundidad de capa siempre es inferior que en los aceros al C. Ensayos
de laboratorio o industriales han demostrado que las penetraciones de nitrógeno logradas en
tiempos superiores a 4 horas no mejoran la resistencia mecánica de las piezas tratadas. De
aquí que los tiempos normales de nitruración oscilan entre 90 y 180 minutos, hasta un máximo
de 4 horas.
6°) Enfriamiento: Las piezas nitruradas deben enfriarse en agua en la mayoría de los casos.
En los aceros de alta aleación, como los de matricería, así como elementos mecánicos de
fundición, camisas de cilindros, etc., debe procederse a un enfriamiento mixto a fin de evitar
la formación de grietas: al aire hasta que la temperatura disminuya a 250-180° C y luego
sumergirlos en agua corriente.
Como regla general, al nitrurar las piezas fabricadas de aceros de las clases perliticas,
martensitica y austenitica, sus dimensiones aumentan. En relación con esto, antes del
tratamiento químico – térmico se prevé la disminución de las dimensiones geométricas de las
piezas. Protección de los puntos no sujetos a nitruración. Se Puede proteger sumergiendo las
zonas a proteger en un baño fundido del 60% de plomo y 40% de Sn. Posteriormente antes
de iniciar el ciclo nitrurante, deberemos desengrasar bien el material con tricloroatileno e
introducir las piezas en el horno libre de humedad. Todos los aceros que se puedan templar
deben hacerlo y revenirse antes de ser nitrurados. Como se ha indicado la temperatura de
revenido debe ser suficientemente alta para garantizar la estabilidad dimensional a la
temperatura de nitruración.
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.
MICROESTRUCTURA
Fig. (a) Fig. (b)
ASPECTOS A CONSIDERAR
Consideraciones metalúrgicas
Básicamente es un tratamiento termoquímico en el que la superficie de nitrógeno se transfiere
de un medio de comunicación en el acero a temperaturas completamente dentro del campo
de fase de ferrita y carburo. Después de la nitruración, una capa de compuesto y una zona
de difusión subyacente se forman en la superficie del acero. La capa de compuesto, también
conocida como la capa blanca, compuesta principalmente de la fase ε-Fe2(N-C)1-x a y la fase
y΄-Fe4-N (Fig. X1).
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Ventajas:
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.
d) Nitrurado selectivo: se pueden tratar solamente las áreas de la pieza que sean
necesarias.
APLICACIONES
CONCLUSIÓN
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS