Técnicas de Tratamiento Superficial de Aceros

Tratamientos Superficiales

Objetivo: Aportar a la superficie de una pieza propiedades especiales.

Cementación

Endurecimiento por incremento del %C. Se obtienen piezas con buena resistencia al desgaste junto con una tenacidad en el núcleo muy superior a la que presentan aceros con mayor contenido en C, una mayor resistencia a la fatiga. Se aplica en engranajes, levas, coronas y ruedas dentadas, a aceros de bajo C (<0.2). Se enriquece hasta 0.7-1%, rodea la pieza con un medio carburante que aporta C a la superficie. Temperatura de tratamiento entre 900-1000 °C para facilitar la difusión del C. 0.1mm capa/h, capa 0.2-2mm. La estructura de la capa debe ser martensítica, por lo que tras la cementación se templa el acero y se le da un revenido a baja temperatura (150-200 °C) para aliviar tensiones, pero no reducir de manera importante la dureza.

Defectos:

• Dureza de la capa insuficiente: templabilidad insuficiente, presencia de austenita residual por temperatura de temple demasiado alto o presencia de elementos de aleación gammágenos.
• Descascarillado: formación de redes de carburos por presencia de elementos carburígenos (Cr, Mo).
• Dureza del núcleo insuficiente.
• Deformaciones de la pieza: temperatura Ms demasiado baja, diseño de la pieza incorrecto.

Nitruración

Endurecimiento por enriquecimiento en nitrógeno de la superficie (difusión de N). Aplicar a cualquier acero, pero los mejores resultados en aceros aleados con elementos formadores de nitruro. Temperatura: 490-580 °C. Se aplica sobre piezas templadas y revenidas. La temperatura de nitruración debe ser 25-50 °C inferior a la temperatura de revenido. El tiempo y espesor de capa es función del proceso utilizado (gaseosa, en sales o en plasma). El espesor de capa también es función del tipo de acero: en general, cuanto más aleado es un acero, menor es el espesor de capa. Capa total: capa de combinación (frágil, 0.001-0.03 mm) + capa de difusión. A veces rectificado post-nitrurado para eliminar capa de combinación.

Propiedades: Elevada resistencia al desgaste abrasivo y adhesivo, aumento importante de resistencia a fatiga, aumento de la resistencia a la corrosión. Se aplica sobre piezas templadas y revenidas (menor distorsión en comparación con cementación). Buena resistencia al ablandamiento en caliente. Capa frágil por lo que puede agrietarse y descascarillarse.

Otros Tratamientos Termoquímicos

• Carbonitruración: Adición de NH₃ a atmósfera carburante ⇒ formación carbonitruros. Respecto a la cementación, permite el uso de aceros menos aleados y con un mayor contenido de C (hasta 0,5%). Al igual que en la cementación, el aporte de C y N se realiza con el acero en estado austenítico. Comparativamente con la cementación, la carbonitruración permite el empleo de aceros más baratos (menos aleados) y proporciona capas más duras (por formación de carbonitruros) y resistentes a la corrosión.
• Nitrocarburación: Se aporta N y C con el acero en estado ferrítico. Temperatura de tratamiento: 495-565 °C. Aumenta la actividad de la fase gaseosa reduciendo tiempo de proceso (1-3h). No es necesario templar la pieza tras nitrocarburarla. Se obtiene una capa exterior de pocas micras de espesor en la que se forman carbonitruros ε de dureza muy elevada, lo que aporta al material una excelente resistencia al desgaste abrasivo.

Temple Superficial

Endurecimiento por transformación martensítica en la superficie. Espesores típicos: 1-5 mm. Calentamiento localizado hasta austenizar y enfriamiento rápido.

Métodos de temple:

• Temple por inducción (corrientes inducidas)
• Temple a la llama
• Temple por láser
• Bombardeo de haz de electrones

Galvanizado/Zincado

• Galvanizado: Aplicación de una capa de zinc por inmersión en caliente (440-460 °C).
• Zincado (electrozincado): Aplicación de una capa de zinc por medios electrolíticos.

Por galvanización se obtiene capas de mayor espesor (50-200 μm) que por zincado (5-50 μm). La capa de zinc protege frente a la corrosión al material base al actuar como barrera y al ser protector catódico. En presencia de humedad y poca aireación sobre la superficie de la pieza galvanizada se pueden formar manchas blancas de hidróxido de zinc hidratado. El bicromatado reduce el riesgo de aparición de estas manchas.

Diferencias entre el galvanizado y el zincado:

• Por galvanización se obtienen capas de mayor espesor (50-200 μm) que por zincado (5-50 μm).
• Mayores riesgos de distorsión de la pieza en galvanizado.
• La adhesión de la capa puede ser peor por galvanizado.
• Peor homogeneidad del espesor de la capa en galvanizado y posible sobreespesor en los bordes.
• Por zincado se puede aplicar diferente espesor de capa en cada lado de las chapas.

Templabilidad del Acero

Cuanto más planas sean las curvas, mayor es la templabilidad del acero. El diámetro crítico ideal de un determinado acero:

• Determinación de la curvas de la U en un medio refrigerante de severidad conocida en muestras con diferentes diámetros.
• Determinar el diámetro crítico para ese medio.
• Determinar el diámetro crítico ideal haciendo uso de las curvas de Grossmann.