ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL

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.