La carbonitruración es un proceso mediante el cual el carbono y el nitrógeno se introducen en la superficie de una pieza de acero. El objetivo de este proceso es formar una austenita (por encima de A3) que se convierte en una microestructura de matriz de martensita después del enfriamiento. Si se introduce demasiado nitrógeno en el acero, puede resultar en austenita retenida, que es austenita que no se convierte en una microestructura de martensita después del enfriamiento. Esto puede causar problemas como una mayor porosidad, por lo que muchos agujeros pequeños debilitan la estructura del material. Por esta razón, es extremadamente importante utilizar la atmósfera de tratamiento térmico adecuada, el medio de enfriamiento y el proceso general de carbonitruración.
Carbonitriding Proceso
el Ambiente: La carbonitriding proceso es similar a la del gas de cementación proceso, pero con la adición de amoníaco junto con el carbono. Este proceso agrega 0,5 – 0,8% de carbono y 0,2 – 0.4% de nitrógeno en la superficie del acero. El nitrógeno proviene del amoníaco presente en la atmósfera.
Tratamiento térmico: La temperatura utilizada para la carbonitruración debe ser de alrededor de 850 ° C (1550°F). Esto es más bajo que la temperatura utilizada para la carburación, y el tiempo para el que la pieza será tratada térmicamente también es más corto. Estas temperaturas más bajas utilizadas para la carbonitruración en comparación con la carburación también significan que hay menos distorsión de la pieza, especialmente durante el enfriamiento. Sin embargo, esta es una temperatura más alta que la que se usa para la nitruración estándar.
Enfriamiento: Una vez que la pieza ha sido tratada térmicamente, debe apagarse inmediatamente en aceite o gas con una atmósfera protectora. Mientras que el agua es otro posible medio de enfriamiento, los aceros suaves pueden distorsionarse más cuando se apagan en agua. Por esta razón, se recomienda el enfriamiento en aceite o gas con una atmósfera protectora sobre el agua.
Profundidad de endurecimiento de la caja (CHD) : La profundidad de endurecimiento de la caja es la profundidad a la que penetra el proceso de endurecimiento en la superficie del acero. Esta profundidad depende de una variedad de factores, incluida la profundidad de carbonitruración, la temperatura de endurecimiento, la velocidad de enfriamiento, la endurecibilidad del acero y las dimensiones del componente.
los Beneficios de Carbonitriding
Como se mencionó anteriormente, el objetivo de carbonitriding es dar el acero más duro caparazón exterior. Sin embargo, la caja endurecida no es una capa adicional en la parte superior del acero. El proceso de carbonitruración altera la capa superior del componente para que se conserven las dimensiones originales. Este endurecimiento de caja suele tener un grosor de entre 0,07 y 0,75 mm. Una caja más gruesa significa más protección contra el desgaste, pero cualquier cosa que supere los 0,75 mm generalmente no valdrá la pena el tiempo y el esfuerzo que se necesita para lograrlo. Además, la dureza de la carcasa puede aumentar hasta 65 – 66 HRC en la escala Rockwell, lo que la coloca en la categoría de «acero muy duro».
La microestructura de matriz de martensita que resulta de la carbonitruración es uno de los principales beneficios de usar este proceso. Esta microestructura es lo que le da a la capa exterior del acero su mayor durabilidad, resistencia al desgaste y ductilidad. Debido a esta mayor durabilidad y resistencia al desgaste, las piezas carbonitruradas tienen una mayor vida útil en entornos mal lubricados y contaminados que normalmente serían demasiado extremos para sus contrapartes no tratadas. Además, las piezas tratadas de esta manera tienen tensiones residuales de compresión de-25ksi (-172MPa).
Otros beneficios de la carbonitruración incluyen el hecho de que es perfecta para la producción en masa de componentes pequeños. Cuanto más pequeño sea el componente, más fácil será lograr una mayor profundidad de caja. También existe la resistencia al reblandecimiento durante el revenido y un aumento en la resistencia al impacto que puede ser propiedades valiosas en ciertas situaciones. Y, tanto la carbonitruración como la carburación se pueden hacer juntas para combinar sus propiedades.
Aplicaciones de piezas carbonitruradas
Cuando se trata de los tipos de acero que pueden carbonitrurarse, hay una amplia variedad que incluye carbono liso, suave (aluminio reducido), baja aleación (0,25% de carbono como máximo), corte libre y acero sinterizado. El acero utilizado dependerá de para qué se va a utilizar el componente. Algunas de las piezas más comunes que dependen de la carbonitruración son dientes de engranajes, levas y ejes, cojinetes, sujetadores y pasadores, varillas de pistón hidráulicas, placas de embrague automotrices, herramientas y matrices.
Mirando solo algunas de estas posibles aplicaciones para el acero carbonitrurado, podemos ver exactamente cómo funcionan los beneficios de este proceso en el mundo real. Por ejemplo, las varillas de pistón hidráulicas pueden beneficiarse de la mayor vida útil que proporciona la carbonitruración en entornos mal lubricados y contaminados. Una lubricación deficiente dentro de un cilindro hidráulico puede provocar que las escamas de metal se corten y contaminen el sistema. Esta contaminación conduce a un aumento en el desgaste, destruyendo finalmente el cilindro desde el interior. Algunos cilindros hidráulicos están sellados de por vida, lo que significa que su lubricante no se puede cambiar cuando se contamina. Situaciones como esta son la razón por la que la carbonitruración es tan importante para evitar el desgaste.
Conclusión
La carbonitruración es un proceso de tratamiento térmico mediante el cual el carbono y el nitrógeno (a través de gas amoniaco) penetran en la capa superficial de los componentes de acero. El proceso implica temperaturas de alrededor de 850°C seguidas de enfriamiento en soluciones de petróleo o gas. La finalización exitosa de este proceso otorgará a los componentes de acero una variedad de propiedades beneficiosas, especialmente una mayor resistencia al desgaste. Y hay muchas aplicaciones diferentes para piezas carbonitruradas en situaciones de alto desgaste, como dientes de engranajes, rodamientos y herramientas.
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