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Tratamientos termoquímicos
por difusión
Año 2016
1
Contenido
Definición
• Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos mediante los cuales se modifica más o menos profundamente, la naturaleza de un metal por difusión de uno o más elementos de aleación a través de su superficie. (IRAM-IAS U 500-540)
• Ejemplos:– endurecimiento superficial– lubricación � (ver bonderizado en clase de Forja)
– menos abrasión � sulfinizado– mejora la corrosión (?) � cromización, galvanizado en
caliente (?)
Técnicas de Endurecimiento Superficial
Objetivo: Se busca mejorar la dureza superficial de la pieza a tratar, incrementando la resistencia al desgaste y conservando latenacidad en el interior de la pieza. En algunos casos se busca además aumentar la vida a la fatiga.
Carburización
Nitruración
Carbonitruración
Nitrocarburación
Boronizado
Procesos Termoquímicos
Se modifica la composición química de la superficie. Se introducen especies endurecedoras al acero (Por ej: C, N, B) en un
proceso de Difusión.
Sulfinización
Endurecimiento por llama
Endurecimiento por inducción
Endurecimiento por láser
Procesos Térmicos No se modifica la composición química de la superficie.
Se modifica la microestructura superficial sin la adición de especies endurecedoras Endurecimiento por haz de electrones
Cromado duro (Hard chromium plating)
Recubrimiendo de Ni autocatalítico (Electroless Nickel Plating)
Thermal Spraying
Soldadura de Recargue (Weld hardfacing)
Deposición Química en Fase Vapor (QVD)
Deposición Física en Fase Vapor (PVD)
Implantación Iónica
Revestimientos / modificaciones superficiales
Se deposita una nueva capa sobre el sustrato de acero.
Se modifica la composición quimica subsuperficial
Laser Surface Processing
Clasificación de los Procesos Termoquímicos(Difusional)
tkcapadeProf =
k = cte de difusividad térmica, depende de T, composición química del acero y gradiente de concentración de la especie endurecedora.
Según especie endurecedora Según medio de transporte de la especie endurecedora
SólidoLíquidoGaseosoVacíoIones (Plasma)
� Carburación� Nitruración� Carbonitruración� Nitrocarburación� Boronizado� Sulfinización
CN
C, NN, C
BS, N, C
Especie
endurecedoraT (°C) Prof típica
Dureza
(HRC)Metales base típicos Características del Proceso
Sólida (Pack) C 815–1090125 µm–1.5
mm50–63(a) AºbC, Aº aleados bC
Bajo costo del equipamiento.
Poco control de la profundidad de capa.
Gaseosa C 815–98075 µm–1.5
mm50–63(a) AºbC, Aº aleados bC
Buen control de profundidad de capa.
Adecuado para la operación contínua.
Requiere cuidadosos controles del gas.
Puede ser peligroso.
Líquida / Sales C (+ N
probablem)815–980
50 µm–1.5
mm50–65(a) AºbC, Aº aleados bC
Más rápido que los procesos Pack y Gas.
Problemas en la disposición de las sales.
Mantenimiento frecuente de las sales.
Vacío C 815–109075 µm–1.5
mm50–63(a) AºbC, Aº aleados bC
Excelente control del proceso.
Mayor rapidez.
Equipamiento caro.
Gas N + Cptos de N 480–590125 µm–0.75
mm50–70
Aº aleados, nitriding
steels, SS
No requiere de temple.
Baja distorsión.
Proceso lento (en gral batch).
Líquida / Sales N + Cptos de N 510–5652.5 µm–0.75
mm50–70
Ferrosos en gral
(incluye fundiciones)
Para capas delgadas <25 µm.
No se produce la capa blanca.
Ion N + Cptos de N 340–56575 µm–0.75
mm50–70
Aº aleados, nitriding
steels, SS
Mayor rapidez que la nitruración gaseoso.
No se produce la capa blanca.
Alto costo del equipamiento.
Gas C + N 760–87075 µm–0.75
mm50–65(a)
AºbC, Aº aleados bC,
SS
Menor T que en carburización (menor
distorsión).
Líquida
(Cianuración)C + N 760–870 2.5–125 µm 50–65(a) Aº bC
Películas delgadas.
Proceso Batch.
Problemas en la disposición de sales.
Nitrocarburación
FerríticaC + N 565–675 2.5–25 µm 40–60(a) Aº bC Baja distorsión
Boronizado
(Boriding)B + Cptos de B 400–1150 12.5–50 µm 40–>70
Aº aleados, Aº para
herramientas, Aleac.
Co, Aleac. Ni
Capas de alta dureza.
Procesos de
disfusión termica
Diffused carbide
layers via salt
bath processing
800–1250 2–20 µm >70
Aº aleados, Aº para
herramientas, Aº 1/2
C
Capas de alta dureza.
Otros
(a) Requiere de un temple desde la fase austenítica
Proceso
Carburización
(Carburizing)
Nitruración
(Nitriding)
Carbonitruración
(Carbonitriding)
Características generales
Carburación (Cementación)
Proceso:
• Calentar la pieza hasta una T de austenización (815-1090 ºC).
• Someter la pieza a un medio carburante (sol, liq o gas) por un determinado tiempo (de horas a días).
• Temple. La superficie carburada, de mayor templabilidad, forma martensita. El núcleo de la pieza, cuya composición química no es alterada, posee menor templabilidad y no forma martensita.
• Revenido de la microestructura martensítica superficial.
Objetivo: Mejorar la dureza superficial de la pieza, incrementando la resistencia al desgaste y conservando la tenacidad en el interior de la pieza.
• Aceros de bajo C (0,08 a 0,25%C). Capa carburada hasta 1%C. • Profundidad de capa: 125 µm a 1,5 mm. • Durezas superficial: 50-65 HRC.
Carburación (Cementación)
Gradiente en la concentración de C
Carburación Gaseosa SAE 8620 a 927ºC
Carburación sólida de un acero 0,15% C @ 940ºC
1 hora
2 horas
3 horas
Gradiente superficial en la concentración de carbono (CAPA DURA)
Gradiente de dureza
Mayor en la superficie Menor hacia el interior
Superficie dura y resistente al desgasteNúcleo tenaz
Carburación GaseosaSe emplean atmósferas carburantes controladas, de forma tal que:
• La concentración de carbono final en la superficie de la pieza sea menor al límite de solubilidad de la austenita a la T de carburación.
• Se minimiza la deposición de hollín en el interior del horno.
atmósfera carburante controlada
Gas portador. Ejemplos:• Gas Endotérmico• Atmósfera Metanol-
;itrógeno
Gas Rico (o Gas Carburante). Ej:• Metano (Gas ;atural)• Propano• Butano
=
+
1000ºC
CO, H2, ;2, CO2, CH4
Generador de Gas Endotérmico
Carburación Gaseosa
Hornos Continuos
Tipos de Hornos
Hornos “Tipo Batch”
Hornos de FosaHornos HorizontalesHornos de Lecho Fluidizado
RotativosDe Retorta RotativosCon Cinta Transportadora
Algunos diseños de hornos permiten tener un sistema integrado de temple
Horno de fosa con carga superior
(Horno “Tipo Batch”)
Carburación Gaseosa
Peso total: 18000 kgTemperatura de carburizacion: 840ºC
Ejemplo: Rodamientos
(Horno “Tipo Batch”)
Horno horizontal con sistema de temple integrado
Carburación Gaseosa
Carburación GaseosaVariables en el proceso de carburación
TemperaturaTiempoComposición de la atmósfera
TEMPERATURALa velocidad de difusión del C en Fe γ aumenta con la T. Ejemplo: El C se incorpora en el acero un 40% más rápido al pasar de 870 ºC a 925 ºC.
���� A mayor T, mayor velocidad de difusión, mayor degradación del refractario y menor precisión en la profundidad de capa carburada ���� Relación de compromiso
Una T de carburación muy empleada es 925ºC: permite una velocidad de carburación razonablemente rápida sin un deterioro excesivo del interior del horno. Para piezas de mayor profundidad de capa, la T puede ser elevada a 955 ºC y 980 ºC, acortando el tiempo de carburación. Para menores profundidades de capa, se emplean menores T de carburación para tener un control más preciso en la profundidad de la capa carburada.
���� Para obtener un resultado consistente, la T debe ser uniforme en toda la pieza.
Si la T no es uniforme, se obtiene diferentes profundidades de capa de una pieza a otra o en la misma pieza.Por esto, se puede precalentar la carga hasta la T de carburación en una atmósfera endotérmica (en hornos batch y continuos). Luego se agrega el gas carburante.
Carburación GaseosaVariables en el proceso de carburación
Profundidad de capa en función del tiempo de carburación a diferentes temperaturas
Carburación GaseosaVariables en el proceso de carburación
COMPOSICIÓ; DE LA ATMÓSFERASe supone una atmósfera de un gas endotérmico (producido a partir de metano) enriquecida con metano.
Los principales constituyentes de la atmósfera carburante resultante son: CO, N2, H2, CO2, H2O y CH4,
El N2 es inerte, actúa sólo como diluyente.
El CO, CO2, H2, y H2O presentes en el gas son muy cercanas a las composiciones del siguiente equilibrio:
222 HCOOHCO +↔+
El C sólo ingresa en el acero bajo el estado naciente, es decir, bajo las siguientes reacciones reversibles
2COFe)C(en 2CO +↔ OHFe)C(en HCO 22 +↔+
El metano está presente en cantidades mayores a las del equilibrio. Es la fuente de C según:
224 H2CO2COCH +→+ 224 H3COOHCH +→+
24 H2Fe)C(en CH +→
La suma de las reacciones se reduce a:
El CO2 y H2O se mantienen constantes. Se reduce del contenido de metano y se incrementa la cantidad de H2,
De esta forma, los parámetros que se monitorean son: contenido del vapor de agua (midiendo el punto de condensación del gas), contenido de CO2 (mediante una análisis infrarojo del gas), cantidad de O2 (mediante sensores de circonia). El O2 altera la reactividad del C (enFe) según: CO21/2OFe)C(en ↔+
Ejemplo con sopleteSoot(a) Acetylene flameDiffusion flame(b) Carburizing flameWhite cone Acetylene feather(c) Neutral flame(d) Oxidizing flameCarburación Sólida
Compuesto de carburación(Polvo Endurecedor)
Calor
Contenedor cerrado(Caja de cementar)
Pieza a CementarCalor
• Conocido también como carburación en cajas.
• La pieza a tratar es calentada hasta una T de austenización en un contenedor cerrado (caja) y en contacto con un compuesto de carburación sólido.
• Es el método más antiguo de los procesos de carburación y fue el más empleado durante muchos años.
• No es muy empleado en la actualidad debido a las limitaciones inherentes del proceso y la mejora de las otras técnicas de carburación.
Carburación Sólida
Link carburación en cajas (casero)
Carburación Sólida
• Gran variedad de hornos (el proceso genera su propia atmósfera contenida en la caja de carburación).
• Ideal para piezas que deban ser mecanizadas luego de la carburación y antes del TT final (bajas velocidades de enfriamiento desde la T de carburación).
• Baja distorsión de las piezas durante la carburación (se emplea el compuesto carburizante para soportar las partes).
• Esta técnica permite mayores opciones en cuanto a técnicas de carburación selectiva.
VE;TAJASVE;TAJAS
• No es adecuado para capas poco profundas, donde se requiera estrictas tolerancias en cuanto a la profundidad de capa (por la variación de la T en el interior de la caja).
• No todas las piezas dentro de la caja tendrán la misma profundidad de capa.
• No hay control de las variables del proceso y por ende, de los resultados finales.
• Dificultad de templar directamente las piezas desde las cajas (requiere una operación adicional, siendo imposible la automatización del proceso de temple).
• Mayor tiempo de procesamiento debido al calentamiento y enfriamiento de la caja y del compuesto de cementación.
• Mayor consumo de combustible/electricidad.
• Considerable mano de obra. Elevado costo de preparación y colocación de las piezas en las cajas.
• Posee problemas medio-ambientales asociados a la disposición de compuestos de carburación que contienen bario.
Carburación SólidaDESVE;TAJAS
Carburación Sólida
Compuesto de carburación
Carbón vegetal /Coque de petróleo /Alquitrán
+ 10-20% de carbonatos de Ba, Ca y Na=
Al mezclar el carbón con carbonatos alcalinos/alcalino-térreos, se alcanza hasta 1,20% de carbono en la superficie de la pieza. Caso contrario, el contenido de carbono sería inferior a 0,65%. Por ello, los carbonatos se llaman activadores.
2COO2C 2 →+ 2COC2CO +→
23 COBaOcalorBaCO +↔+ CO2CCO2 →+
Las mezclas cementantes pierden su actividad con el uso y deben reponerse.
Una práctica común es mezclar 3 partes de mezcla usada y una parte de mezcla nueva.
Tipos de hornos + Variables de proceso
Carburación Líquida(Baño de Sales)
• La pieza es inmersa en un baño de sales carburizantes a una T en donde el acero se encuentra en fase austenítica.
• Ya no tiene la importancia comercial que tenía en el pasado� Problemas medioambientales asociado a la disposición de las sales (algunas contienen cianuros)� El proceso tiene ciertas limitaciones (la remoción de sales puede ser difícil)
• Se realiza en menor tiempo que la carburación gaseosa (mayor velocidad de calentamiento)
• En general, las piezas se templan luego del baño, seguido de un revenido.
Carburación Líquida(Baño de Sales)
La mayoría de las sales de carburación contienen compuestos de cianuro.
• Si contienen cianuro� se introduce C y algo de ; a la capa. (El efecto del ; es despreciable)
• Si no contienen cianuro� Sólo se introduce C a la pieza.
Carburación Líquida(Baño de Sales)
Baño de Sales con Cianuro
Sales de baja T o penetración media
Sales de alta T o gran penetración
Profundidades de capa promedio (mm) 0,2 a 1,5 1 a 3
T de carburizacion (ºC) 850 a 900 875 a 950
Cianuro Sódico 17 a 23 7,5 a 12
Cloruro Bárico 14 a 40 45 a 55
Otras sales alcalinas (F- o Cl- de Ba, Ca o Sr) 0 a 3,5 2 a 10
Cloruro Potásico - 5,5 a 20
Cloruro Sódico 20 a 30 0 a 15
Carbonato Sódico <30 <30
Cianato Sódico <1 <0,30
2NaClBa(CN)BaCl 2NaCN 22 +↔+
(C)BaCNBa(CN) 22 +↔
Tipos de Hornos: Crisoles
Calentados con gas o fuel oilCalentados con resistencia eléctrica
Carburación Líquida(Baño de Sales)
Con electrodos sumergidos
Descarburación
Es el fenómeno en el cual un acero al carbono pierde carbono de su superficie. Puede ocurrir luego de un tratamiento térmico, trabajado en caliente o cualquier proceso en el cual el acero permanezca un período lo suficientemente largo en un medio oxidante.
La descarburación es indeseable, dado que afecta:
- la capacidad de endurecimiento de la superficie de la pieza al reducir su contenido de carbono
- la dureza � mas blando,
- resistencia mecánica
- vida a la fatiga de los aceros
Carbonitruración• Es un proceso modificado de carburación, y no una forma de nitruración• Involucra la difusión de C y N a la superficie exterior del acero. • Ambos elementos contribuyen a la formación de la capa dura.• Puede ser gaseosa, líquida o por plasma.• En gral se emplean menores T (775-900ºC) y menores tiempo que en carburación gaseosa.• El N inhibe la difusión del C.
� Como resultado, se obtienen capas de menor profundidad y mayor dureza. � Adquieren mayor dureza de temple, por lo que necesitan mayores T de revenido en la cementación para lograr la misma dureza.� Tienen mayor resistencia al ablandamiento y al desgaste a alta T, cuando las piezas deban trabajar en caliente
Carbonitruración Gaseosa
Cualquier equipo que sirva para la carburación gaseosa puede ser utilizado para carbonitrurar, ya que sólo es necesario agregar de 2 a 12% de amoníaco a la
misma atmósfera empleada en la carburación gaseosa.
• Ejemplos de aceros comúnmente carbonitrurados:
� Serie 1000, 1200, 1300, 1500, 4000, 4100, 4600, 5100, 6100, 8600, 8700,
� Con contenidos de C de hasta 0,50%.
• Profundidades de capa de hasta 0,75mm.
• Rango de T de 760 a 870ºC.
• Durezas superficiales de 60 a 65 RC.
Carbonitruración Gaseosa•Efecto del nitrógeno en la capa dura� N, C, Mn, Ni: gammágenos (estabilidazores de austenita)� El N disminuye la velocidad crítica de temple (capa dura de mayor templabilidad)
Gradiente de dureza en un acero carbonitrurado a 815ºC por 1,5 h y templado en aceite.
La pieza se puede templar desde una T menor, recibe menos deformación y disminuye las operaciones de enderezado y rectificado final.
N3HNH3 +→
2N2N →
2H2H →
•Efecto de la T
Curvas de Jominy deun acero de 0,08 %C
Carbonitruración Líquida(Cianuración)
carburación Líquida
CarbonitruraciónLíquida o
Cianuración
Composición química de la capa
Mayor C y menor de N
Mayor N y menor de C
Profundidad típica Hasta 6,35mm < 0,25 mm
• Para endurecer pequeñas piezas de aceros de bajo y medio C, con o sin aleación. • Similar a la carburación líquida (baño de sales con cptos CN). � Se distinguen entre sí por la profundidad y composición química de la capa:
Grado: NaCN(%)
NaCO3(%)
NaCl(%)
T de fusión °C
96 a 98 % 97 2,3 Trazas 560
75 % 75,3 3,5 21,2 590
45 % 45,3 37 17,7 570
30 % 30 40 30 625
Nitruración
● Las piezas que se desean nitrurar son siempre templadas y revenidas antes de la nitruración.
● Se realiza en una atmósfera de amoníaco a 500-575 ºC, durante 20 a 80 horas. Se alcanzan profundidades de capa de 0,20 a 0,70mm y durezas de hasta 70 HRC.
N3HNH3 +→
2N2N →
2H2H →
● Únicamente una pequeña proporción del N atómico (naciente) reacciona con el acero, transformándose rápidamente e1 resto en nitrógeno molecular (inerte).
● La parte del nitrógeno que reacciona con el acero difunde hacia el interior y forma nitruros de aluminio, cromo, molibdeno, vanadio y hierro, creando una capa superficial de elevada dureza.
● El N también puede ser aportado mediante un baño de sales o por implantación iónica
NitruraciónLos pasos completos del proceso de nitruración suelen ser los siguiente:
1) Mecanizado de la pieza, dejando un exceso de 2 mm sobre las medida finales.2) Temple y revenido a una T tal que el núcleo consiga la dureza o resistencia deseada. 3) Mecanizado final, llevando casi exactamente a las medidas finales. 4) Tratamiento opcional a 500-600 ºC (temperatura inferior a la de revenido) para
eliminar las tensiones introducidas en el mecanizado. 5) Protección de las superficies que no se quiere endurecer y desengrasado. 6) Nitruración.7) Ligero rectificado final (opcional).
● No es necesario templar la pieza desde la T de nitruración. Esto evita las deformaciones provenientes del enfriamiento rápido. Además, siempre que la T de nitruración sea inferior la T de revenido, las propiedades mecánicas del núcleo de la pieza quedarán inalteradas y serán las mismas a las obtenidas luego del revenido.
● Por ser relativamente baja la T de nitruración, no hay crecimiento grano. ● No es necesario someter las piezas nitruradas a ningún tratamiento térmico posterior.
Nitruración
Ventajas:● Gran dureza superficial.● Gran resistencia a la corrosión.● Ausencia de deformaciones.● Endurecimiento preferencial.● Retención de dureza a elevadas T.
Durezas obtenidas por nitruración de diferentes tipos de aceros
Nitruración
Para lograr una nitruración efectiva en los aceros al carbono, es condición necesaria cumplir con los siguientes factores:
a) La temperatura de nitruración debe ser inferior a la del eutectoide.b) Es necesaria la presencia de aleantes formadores de nitruros (Al, Cr, Mo, V).
Diagrama de fase Fe-N
Nitruración
Microestructura de la capa nitrurada
���� CAPA BLA;CA● Constituida por las fases ε y γ‘. ● Espesor típico: hasta 25 µm. Esta capa es muy dura y quebradiza y puede no ser deseada, siendo removida con un ligero mecanizado en caso de ser necesario. Resistente a la corrosión.
���� ZO;A DE DIFUSIÓ;● Constituida por nitruros estables provenientes de la reacción entre el N y los elementos formadores de nitruros que contenga el acero. ● Espesor típico: 1 mmEsta región es la que le confiere las propiedades de dureza y resistencia a la fatiga de las capas nitruradas.
���� ZO;A DE TRA;SICIÓ;● Gradiente de microestructuras entre la zona de difusión y la el núcleo de la pieza. Esta zona no siempre es visible por microscopía óptica.
���� ;UCLEO ●Martensita revenida. Se considera que la dureza del núcleo es la misma que la obtenida luego del temple y revenido.
Capa Blanca (nitruros ε y γ')
Zona de difusión
Zona de transición
Núcleo
Cinética de difusión
NitruraciónComposición química de los aceros de nitruración
Tipo de aceroComposición Química Dureza
VickersResistencia a la tracción (MPa)
C Si Mn Ni Cr Al Mo V
Cromo-Aluminio-Molibdeno
0,50 0,35 0,65 - 1,60 1,10 0,20 - 1100 1260
0,40 0,35 0,65 - 1,60 1,10 0,20 - 1100 980
0,30 0,35 0,65 - 1,60 1,10 0,20 - 1100 910
0,20 0,35 0,65 - 1,60 1,10 0,20 - 1100 760
Alto en cromo con molibdeno y Vanadio
0,40 0,30 0,50 0,30 3,00 - 1,00 0,25 850 1330
0,30 0,30 0,45 0,30 3,00 - 0,40 - 850 1000
0,20 0,30 0,45 0,50 3,00 - 0,40 - 850 790
Cromo-Molibdeno-Vanadio
0,35 0,30 0,50 - 2,00 - 0,25 0,15 750 980
0,25 0,30 0,50 - 2,00 - 0,25 0,15 750 940
0,18 0,30 0,50 - 2,00 - 0,25 0,15 750 830
Cromo-Molibdeno 0,30 0,30 0,60 0,60 1,00 - 0,20 650 920
En un Aº al C, la difusión del N hacia el interior se efectúa con más facilidad que en los Aºaleados. Sin embargo, se obtendrían durezas superficiales inferiores a los 60 HRC. Esta dureza se incrementa hasta 70 HRC (1000 HV) si el acero presenta aleantes formadores de nitruros (Al, Cr, Mo, V).
La adherencia de la capa se incrementa significativamente.
Mecanismos de endurecimiento: endurecimiento por precipitación de nitruros, bloqueo de planos de deslizamiento y la presencia de tensiones de compresión originada por el incremento de volumen asociado a la formación de los nitruros.
Nitrocarburación
La nitrocarburación, o nitrocarburación ferrítica, es un proceso modificado de nitruración y no una forma de carburación.
Tanto N como C (en menor cantidad) se introducen en forma simultánea en el acero en fase ferrítica (490-590ºC).
Se alcanzan durezas superficiales de 60 a 72 HRC.
Puede ser llevado a cabo en un baño de sales (líquido) o en atmósfera gaseosa. Últimamente está teniendo mayor participación la nitrocarburación por plasma.
���� CAPA BLA;CA● Compuesta por fase ε.● Espesor típico: entre 10 y 40 µm.En general esta capa es contínua y le confiere buenas propiedades a la capa dura.
���� ZO;A DE DIFUSIÓ;● compuesta por nitruros de hierro y nitrurosde elementos de aleación y nitrógeno absorbido.
El espesor total (capa blanca más zona de difusión) puede llegar a ser 1 mm.
NitrocarburaciónMicroestructura de la capa nitrocarburada
Boronizado
Este proceso involucra la difusión de B en la superficie de un acero a 850-950ºC. El boro se combina con el Fe del acero y alguno de los elementos de aleación, formando boruros. De esta forma, se obtiene una capa de muy alta dureza (hasta 2000 HV), resistente al desgaste, resistente a altas temperaturas y resistente a la corrosión. En caso de requerir un mecanizado final, sólo es posible realizarlo con piedra de diamante.
Se aplica a aceros al carbono, de baja aleación, aceros para herramientas, aceros inoxidables y aceros sinterizados. También se realizan boronizados sobre aceros ya carburizados.
Se conocen los siguientes procesos: boronizado en cajas (sólido), boronizado líquido, boronizadogaseoso, boronizado en plasma, boronizado en lecho fluidizado.
De todos estos métodos, sólo el boronizado sólido tiene interés comercial. Este proceso se realiza a 900-1000ºC durante 3 a 5 horas. La caja se retira del horno y se deja enfriar al aire.
Fuente de boro
Activadores Relleno (Inerte)
B4C 5% KBF4 5% SiC 90%
B4C 50% KBF4 5% SiC 45%
B4C 85% Na2CO3 15% - -
B4C 95% Na2B4O7 5% - -
B4C 84% Na2B4O7 16% - -
Los espesores típicos de capa borada son 0,05 a 0,25 mm para aceros de bajo carbono y de baja aleación y 0,025 a 0,076 mm para aceros de alta aleación.
BoronizadoCaracterísticas de la Capa Borada
La capa dura resultante puede estar formada por una o dos fases.
� Caso monofásico: la capa es de Fe2B
� Caso bifásico: capa exterior es de FeB y la capa interior de Fe2B.
La fase FeB, si se forma, es muy frágil y se produce en una superficie que se encuentra altamente tensionada (tensiones de tracción).
El Fe2B es la fase preferida, por ser menos frágil y generar tensiones de compresión en la pieza.
Sulfinización
Se incorpora C, N y S en la superficie del acero, al someter la pieza a un baño de sales a baja temperatura (565ºC).
Como resultado, se obtiene una notable mejora en la resistencia al desgaste. ;o se observa un incremento significativo en la dureza superficial del acero.
Se suele emplear un baño formado por dos sales:
a) Una sal de bajo punto de fusión: carbonato sódico con cianuro sódico y cloruro potásico (puede considerarse como una sal típica de cianuración).
b) Una sal portadora de azufre: cloruro de potasio con cianuro sódico y sulfito sódico.
A veces interviene un tercer tipo de sal, de relleno, que es inerte en el proceso.
Las superficies sulfinizadas tienen propiedades antifricción. Este fenómeno se explica por la microfusión de compuestos de azufre (de bajo punto de fusión) como consecuencia del incremento de temperatura generada en el rozamiento. Esto facilita el deslizamiento entre las piezas. Por otro lado, los compuestos duros incrustados en la matriz (nitruros), mejoran la resistencia al roce.
Se forman don capas.
La capa exterior es dura, frágil y de bajo espesor (10 a 30 µm). Compuesta de nitrurosde hierro y nitruros de elementos de aleación (Al, Cr y W, si están presentes).
La capa interior es más blanda y de mayor espesor. La profundidad total que se alcanza es de hasta 0,30 mm.
SulfinizaciónMicroestructura de la capa sulfinizada
Preguntas
1- ¿Qué son los tratamientos termoquímicos?2- ¿En qué consisten los tratamientos termoquímicos de
endurecimiento de superficies?3- ¿Cómo se puede endurecer localizadamente la superficie
de un acero?4- ¿Cómo se clasifican los tratamiento termoquímicos?5- ¿Qué es un cementado?6- ¿Qué es una carburación? ¿En qué consiste?7- ¿Cómo se puede llevar a cabo el proceso de carburación?8- ¿Qué se entiende por decarburación de la superficie de un
acero? ¿En qué circunstancias se puede dar? ¿Cómo puede afectar al desempeño de un pieza?
9- ¿Qué la nitruración?
Preguntas
9- ¿Cuáles son las etapas del proceso de nitruración?10- Describa la capa de una superficie nitrurada de un acero11- ¿Qué características tiene la capa blanca?12-¿Qué características tiene la zona de difusión?11- ¿El proceso de nitruración se realiza por debajo o por
encima de la temperatura de transformación eutectoide?12- ¿Cuáles son los principales procesos para nitrurar la
superficie de un acero?13- ¿Qué es el boronizado?14- ¿Qué es la sulfinización?15- ¿Qué es el bonderizado? (ver Forja)