Generalmente los
tratamientos térmicos superficiales tienen por objeto el endurecimiento de la
superficie de los metales y, por consiguiente, el aumento de la resistencia al
desgaste, conservando la ductilidad y tenacidad del núcleo. El endurecimiento
superficial del acero se puede conseguir, fundamentalmente, mediante dos
procedimientos: modificando la composición química de la superficie mediante la
difusión de algún elemento químico (carbono, nitrógeno, azufre, etc.) en cuyo
caso se le conoce como tratamiento termoquímico o modificando sólo la
microestructura de la superficie por tratamiento térmico, conociéndose entonces
como tratamiento superficial. Los tratamientos termoquímicos aplicados al acero
son aquellos en los cuales la composición de la superficie de la pieza se
altera por la adición de carbono, nitrógeno u otros elementos. Los tratamientos
más comunes son: carburización, nitruración, carbonitruración y boración. Estos
procesos se aplican comúnmente a piezas de acero de bajo carbono para lograr
una capa exterior dura, resistente al desgaste reteniendo un núcleo tenaz y
dúctil. El término endurecimiento de capa superficial (case hardening) se usa
frecuentemente para este tratamiento.
NITRURACIÓN:
La nitruración es un procedimiento de endurecimiento superficial en la que por la absorción de nitrógeno, se consiguen durezas extremas en la periferia de la pieza. En la nitruración se incorpora nitrógeno en el acero por difusión, para provocar cambios de propiedades en la superficie de las piezas. Debido a su pequeño radio atómico, el nitrógeno puede penetrar con facilidad en la red del hierro. Para esto es, sin embargo, indispensable que el nitrógeno tenga la forma atómica. La absorción de éste tiene lugar con gran rapidez a altas temperaturas en la solución sólida γ. En la capa estrictamente superficial se obtiene concentraciones de combinaciones de combinaciones nitrogenadas que originan la aparición de una capa superficial muy frágil. Por ello no se debe permitir que el nitrógeno se difunda en el hierro γ (exceptuando en los casos de aceros austeníticos de alta aleación), sino en la red α. Así se obtiene una capa superficial frágil mucho menos gruesa, y detrás una zona conteniendo también nitrógeno con precipitaciones muy finas de nitruros. Esta capa tiene gran dureza, aun mayor que la de la martensita. El aluminio es el que mejores resultados ha dado como formador de nitruros, además se utiliza titanio, cromo y otros elementos de uso menos frecuente,. Debido a que solamente por difusión de nitrógeno en la región α se consigue una capa enriquecida con nitrógeno técnicamente útil, es decir, no demasiado frágil y sin embargo muy dura. La temperatura de difusión tiene que ser menor a la temperatura crítica A1. Pero al elegir la temperatura debe tenerse en cuenta que el nitrógeno reduce considerablemente la temperatura de transformación A1, así, en una aleación de hierronitrógeno, la temperatura eutectoide es de 591 °C, figura 20. Por adición de carbono en los aceros de nitruración se produce todavía un ligero descenso del punto eutectoide. Si por encima de la temperatura eutectoide se difunde nitrógeno en el hierro, es decir, en la γ, el hierro α se transformará debido a su absorción de y región donde existe hierro α nitrógeno, cada vez más en hierro γ. Por ello se forman de nuevo capas frágiles, lo mismo que a las temperaturas de difusión por encima de la temperatura A3. Por esta razón, no procede realizar la nitruración en una estructura compuesta parcialmente por solución sólida γ.
CARBURACIÓN:
La carburación o cementación
es un tratamiento termoquímico en el cual, se obtiene una superficie muy dura,
resistente al desgaste y a la penetración y a su vez, el núcleo central es muy
tenaz, para poder soportar los choques a que están sometidas.
La cementación consiste en
aumentar el contenido en carbono en la superficie de las piezas de acero,
rodeándolas con un medio carburante, y manteniendo todo el conjunto, durante un
cierto tiempo a elevada temperatura. Luego, se templan las piezas y quedan con
gran dureza superficial. Se puede emplear cementantes sólidos, líquidos y
gaseosos, oscilando la duración de la cementación de 6 a 10 horas cuando se
utilizan cementantes sólidos, de 1 a 6 horas cuando se trata de sales o
cementantes líquidos y de 1 hora a varios días utilizando cementación gaseosa.
Se pueden emplear aceros aleados y sin aleación, de bajo contenido en carbono,
generalmente de 0.08 a 0.25 % de C y excepcionalmente algunas veces se cementan
también aceros hasta de 0.40 % de C. La operación se realiza generalmente a
temperaturas comprendidas entre 850 y 1000 °C, siendo las temperaturas próximas
a 900 °C las más utilizadas. En el proceso de cementación se pueden distinguir
dos etapas distintas: la absorción del carbono por el acero y el mejoramiento
de sus características por medio de los tratamientos térmicos adecuados. La
cantidad y distribución del carbonó absorbido por la pieza depende de la
composición del acero, de la naturaleza de la sustancia cementante y de la
temperatura y de la duración de la cementación. Una pieza después de cementada
se puede considerar compuesta por dos zonas principales de composición química
diferente; el núcleo y la periferia o capa cementada, existiendo entre ellas
otra tercera zona de transición de menor importancia.
Cualquiera que sea el
proceso que se emplee, conviene que el contenido en carbono de la capa
cementada no pase de 1% y debe procurarse que la parte periférica de la pieza
después de rectificada, quede aproximadamente con 0.8 a 0.90 % de carbono, con
lo que se obtiene en el temple una dureza de 62 a 65 RC. Ya que siempre conviene
obtener durezas superiores a 60 RC.
