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Carbonitruración

Carbonitruración
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Concepto:La carbonitruración es un tipo de tratamiento térmico superficial del acero, englobado dentro de los procesos de cementación gaseosa, en el que se suministra carbono y nitrógeno a la superficie de una pieza de acero para proporcionarle las características de dureza deseada.

Carbonitruración Es un procedimiento termoquímico(de cementación en caja austenítico (por encima de A3)muy similar a la carburación, que incorpora nitrógeno (a través de NH3 gaseoso) y que se utiliza para aumentar la resistencia al desgaste mediante la creación de una capa superficial endurecida y es muy empleado en la actualidad.

Objetivo principal de la carbonitruración

La carbonitruración busca un endurecimiento superficial del acero mediante el enriquecimiento simultáneo con nitrógeno y carbono. Se realiza con aceros de bajo contenido al carbono (tenaces y resistentes a la fatiga) obteniendo así piezas con superficies de una elevada dureza y resistencia al desgaste, pero que a su vez conservan un núcleo tenaz.

Característica del proceso

En los procesos de cementación gaseosa se busca elevar el contenido de carbono mediante difusión, introduciendo la pieza a tratar en un ambiente gaseoso rico en carbono. En el caso concreto de la carbonitruración, el endurecimiento se consigue con la adición de amoniaco a la atmósfera gaseosa para que aporte el nitrógeno deseado. En cuanto al agente carburante encargado de aportar carbono, lo más habitual es que se trate de hidrocarburos gaseosos (propano o gas natural) o hidrocarburos líquidos evaporados (terpenos, benceno, alcoholes, glicoles o cetonas).

El proceso de carbonitruración, al igual que el de cementación, va seguido de un temple (y un posterior revenido). Éste proporciona una elevada dureza en la superficie, al ser una zona con un elevado contenido en carbono (el contenido óptimo es de 0,8% C), mientras que conserva la tenacidad del núcleo, que sigue siendo bajo en carbono (entre 0,1 y 0,2% C) y que por tanto no se ve tan afectado por el proceso de temple. Se consiguen así las dos zonas de diferentes características que se deseaban, ya que gracias al proceso previo de carbonitruración se combinan las ventajas del temple, que proporciona dureza pero a la vez fragilidad, con las ventajas de conservar un núcleo dúctil y tenaz.

Las temperaturas a las que se somete el proceso son inferiores a las de la cementación. Se sitúan entre los 750 y los 850 ºC, dependiendo de la composición del acero y de las propiedades de fatiga deseadas. En cuanto a los periodos de tiempo del proceso, estos son más cortos que en el caso de la cementación, ya que se buscan capas más delgadas: entre 0,1 y 0,6mm de espesor, frente a las capas habituales en la cementación que suelen superar el mm. Aun así sigue siendo un proceso largo, en torno a las horas, ya que la velocidad de penetración por difusión esta alrededor de 0,1-0,2mm/hora.

Ventajas y desventajas frente a la cementación

Las principales ventajas aportadas por el nitrógeno son:

  • Un aumento de la dureza sin la necesidad de realizar capas de tanto espesor con el caso de la cementación. Esto permite también que el tiempo del proceso de carbonitruración sea menor.
  • Una disminución de la velocidad critica de enfriamiento en el proceso de temple (velocidad mínima de enfriamiento para que se produzca el paso de austenita a martensita). Esto permite un enfriamiento más lento, y en consecuencia una menor distorsión de la pieza. También permite el uso de aceros con una menor templabilidad, que al ser más baratos hacen que el proceso sea más económico.
  • Un aumento de la temperatura de revenido, lo que permite que las piezas trabajen a una temperatura en servicio más elevada.

En cuanto a sus desventajas, el nitrógeno estabiliza la austenita dificultando su paso a martensita. A causa de ello se necesitarán temperaturas de revenido más altas o tiempos de permanencia mayores para su transformación.

Campos de aplicación

Carbonitruración rueda dentada.jpg
Los campos de aplicación son los mismos que en el caso de la cementación, ya que son procesos muy parecidos que proporcionan piezas con características similares. Básicamente se aplica en piezas que requieran una gran ductilidad y tenacidad (aportadas por el núcleo) a la vez que una gran resistencia al desgaste (aportada por la capa exterior). Algunos ejemplos son piñones, coronas, ejes, levas, guías, chavetas, etc.

Principalmente para mejorar la resistencia al desgaste y la fatiga de aceros al carbono simple.

Fuente

  • Guliáev, A. P. Metalografía. Tomo I. Editorial Mir Moscú.
  • Guliáev, A. P. Metalografía. Tomo II. Editorial Mir Moscú.