Nitruración PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN Y OXIDACIÓN POR FRICCIÓN

Transcripción

1 Nitruración La característica fundamental de todos los procesos de nitruración es la baja temperatura de trabajo, que oscila entre los 500 C y 750 C. A estas bajas temperaturas difunde preponderantemente el nitrógeno dentro del acero. Además no se produce a esta temperatura ningún cambio en la estructura del núcleo, de tal modo las variaciones en las medidas son despreciables. Frente a la cementación y carbonitruración, la nitruración tiene la ventaja que las propiedades adquiridas por la formación de nitruros en la zona marginal, tales como dureza, resistencia a la corrosión y excelentes condiciones de deslizamiento, se mantienen prácticamente hasta la temperatura de formación de las capas, o sea 500 C 750 C. La constitución no metálica de la zona de compuestos disminuye la fricción y por sobre todo la tendencia a la corrosión y sobrecalentamientos contra superficies de deslizamiento metálico. Dado que se compone de nitruros estables, es además sumamente estable frente al agua y a las atmósferas corrosivas. El elemento de aleación formador de nitruros estables más importantes es el cromo, pero aún el molibdeno, vanadio, aluminio y titanio pueden favorecer el aumento de la dureza. Estos elementos de aleación son responsables además de la alta capacidad de revenido que de muestran las piezas nitruradas. Mayores contenidos de carbono y sobre todo mayores contenidos desfavorecedores de nitruros tales como el cromo y el aluminio disminuyen en forma considerable la profundidad de nitruración. Sin embargo crece simultáneamente con ellos la dureza de la zona de difusión. Exceptuando un cambio en el espesor de 3 a 5 µm por superficie debido a la difusión de nitrógeno, se presentan mayores variaciones dimensionales o deformaciones sólo en el caso de tener una estructura original no uniforme para la nitruración a 580 C o cuando se liberan las tensiones del maquinado. En tales casos se debe realizar un recocido de alivio de tensión. PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN Y OXIDACIÓN POR FRICCIÓN La zona de compuestos que se forma en la superficie de los aceros de construcción y materiales de fundición de hierro no solamente aumenta la resistencia al desgaste, sino también mejora la estabilidad a la corrosión porque los nitruros estables de esta capa son químicamente muy resistentes. Sin embargo, es requisito que dicha zona de empalme adquiera un espesor determinado y sea bastante homogénea. Por tal motivo se usa como argumento el aumento de la protección a la corrosión para la aplicación del proceso a piezas en las cuales se debe solucionar al mismo tiempo problemas de desgaste o de resistencia a cargas variables. Contra determinados esfuerzos de corrosión (como por ejemplo., el ata que corrosivo del agua salada) las piezas nitruradas se comportan inclusive mejor que las galvanizadas. En las superficies nitruradas las partículas sometidas a fricción al enriquecerse con nitrógeno muestran menos tendencia a reaccionar con oxígeno. De acuerdo a estos argumentos, la nitruración evita la oxidación por fricción no solamente entre componentes de acero, sino también en combinaciones entre metales ligeros y partes de acero

2 TRATAMIENTO DE NITRURACIÓN PARA MOLDES DE INYECCIÓN DE CUERPOS TERMOPLÁSTICOS Y PVC Cada vez que se producen piezas más complicadas y en mayor número mediante inyección de material plástico en sus diversas formas. En consecuencia son también cada vez mayores las exigencias en cuanto a los moldes de inyección utilizados para este proceso. Mientras que para pequeñas series de producción, por ejemplo para las pruebas de inyección de muestras o piezas prototipo, todavía es posible trabajar con moldes sin proceso de endurecimiento, tratándose ya de cifras de producción mayores se hace indispensable la utilización de moldes que han sido sometidos a un proceso de endurecimiento, con el fin de obtener un grado de pulimiento suficientemente bueno y resistente, mantener bajos los valores de desgaste ocasionado por la fricción en el expulsor (clavija de expulsión) e impedir su agarrotamiento, proteger la superficie de la herramienta de ralladuras y en lo posible también del ataque del óxido y de otras influencias químicas, aumentar la resistencia a la compresión de la superficie y la resistencia a la flexión de los puentes o tabiques interiores de la herramienta, etc. La mayoría de estas exigencias son fáciles de cumplir mediante los procesos ya conocidos de temple o de cementación, siempre y cuando se trate de moldes de inyección relativamente pequeños y sencillos en su configuración, Sin embargo, para el caso de herramientas más grandes y de mayor complejidad, aún en el caso en que se logre una buena coordinación en los trabajos de producción del acero, del proceso de forja, de la fabricación de la herramienta y del tratamiento térmico, la inevitable deformación de la herramienta debida al temple es excesivamente grande y coloca a la pieza por fuera de tolerancias. Se ha demostrado, que en la mayoría de los casos las experiencias recolectadas durante el proceso de temple de moldes más pequeños o menos complicados, en relación con el tamaño y la dirección de las deformaciones y con las variaciones en las medidas no son transferibles para moldes de mayor tamaño y con mayor grado de complejidad. A lo anterior viene a agregarse, que para estas herramientas grandes no es posible aumentar la tolerancia adicional que se requería de acuerdo con la deformación esperada, así como tampoco es posible el incremento en la profundidad del temple en consistencia con dicha deformación ya que además de incurrir en costos excesivamente altos para el acabado de herramienta, se presentan otro tipo de dificultades como son: Fragilidad en sitios con paredes delgadas, presencia de austenita remanente (piel blanda del material), aumento del riesgo de resquebrajamiento durante el pulido, etc. Para tales casos casi siempre es de gran ayuda el tratamiento de dichas herramientas mediante el proceso, con menores costos de tratamiento y de acabado. Para el tratamiento, se construye los moldes de inyección a partir de los aceros comúnmente utilizados hasta ahora, tales como aceros aleados, de cementación, recocidos o prebonificados, Finalmente, a los moldes se les da un acabado de pulimiento brillante, con el fin de retirar un recubrimiento grisáceo que queda después del tratamiento. Siempre y cuando el pulimiento se haga correctamente y sin prolongarlo por demasiado tiempo sin que haya motivo para ello, no deberían destruirse las capas que se forman durante el tratamiento debido a este pulido de acabado. Lo que si no es permitido es un trabajo posterior de rectificado, puesto que éste destruiría la valiosa capa exterior (zona de compuestos).

3 Un molde de inyección tratado correctamente con el proceso, presenta dos capas claramente diferenciables pero a la vez inseparables entre si y del núcleo de la pieza. La capa exterior, llamada la zona de compuestos tiene un espesor aproxima do de 10 a 20 micras y es muy resistente a la abrasión, resistente también a la oxidación y la tendencia a presentar agarrotamiento es menor que la de los aceros endurecidos. Además, ésta capa se deja pulir con facilidad y es relativamente elástica (comparable a una capa compuesta por muchos carbonos, densamente empaquetados dentro de una envoltura de acero para la fabricación de resortes). La otra capa, denominada la zona de difusión, va directamente debajo de la zona de compuestos y presenta, para los tipos de acero comúnmente utilizados con aproximadamente 1% de Cr en la fabricación de moldes de inyección, un espesor cercano a los 0,4 mm, y en su zona periférica adquiere valores de dureza Vicker cercanos a los 800 kp/mm Esta zona de difusión le sirve prácticamente de apoyo á la zona de unión y comparativamente presenta valores de dureza y resistencia similares a los de una capa endurecida por cementación, de 0,5 a 0,6 de espesor y a la cuál se le han removido unos 0,2 mm en los trabajos de acabado posterior al tratamiento. Estas capas, siempre y cuando se trabaje de manera cuidadosa, ofrecen también suficiente protección contra los esfuerzos mecánicos que tienen lugar durante el proceso de inyección del material, de modo que a partir de las herramientas así tratadas y sin ningún trabajo posterior, se pueden fabricar por inyección millones de piezas de plástico. Si por el contrario se trabaja de manera descuidada (frecuentes mordeduras de partículas de plástico entre las superficies de cierre), después de algún tiempo pueden llegar a deformarse las superficies de la herramienta, probablemente antes de lo que se de formarían si se tratara de moldes de acero endurecido, pero notoriamente en menor grado que para el caso de moldes de acero exclusivamente bonificado. MEJORAMIENTO EN LA RESISTENCIA A LA FATIGA DE LOS CIGÜEÑALES La complicada forma de un cigüeñal, caracterizada especialmente por bruscas variaciones en su sección trae como consecuencia, que al solicitarlo se produzcan en algunas zonas, especialmente en los radios de empalme concentraciones de tensión varias veces superiores que en las zonas adyacentes. El pico de concentración se da generalmente en el radio de empalme hacia el muñón de biela. Desde el punto de vista del material debe tenderse entonces a favorecer la resistencia de los materiales en las zonas críticas, especialmente zonas marginales por medio de un tratamiento térmico adecuado. Estos recursos siempre resultan los más económicos. La nitruración en baño de sales según el proceso, presenta una serie de ventajas, especialmente en el tratamiento de cigüeñales. La importancia primordial reside en que la formación de las zonas de Nitruración, la llamada Zona de Compuestos, y la zona subyacente, llamada zona de difusión, fomentan simultáneamente la resistencia al desgaste y a la fatiga. El aumento de la resistencia a la fatiga se basa en el aumento de cohesión de la zona de difusión enriquecida con Nitrógeno. El aumento alcanzado oscila entre el 50 y el 100%, partiendo de la resistencia a la fatiga de un cigüeñal solamente bonificado. El porcentaje del aumento resultante de la nitruración es dependiente del material. En el caso de aceros de bonificación, no aleados, la resistencia de la zona de difusión se duplica por la difusión de nitrógeno. Los aceros aleados forman debido a la nitruración una zona de difusión si bien menos profunda, mucho más resistente por la acción del Nitruro de Cromo formado.

4 TRATAMIENTO NITRURACIÓN PARA REPARACIÓN DE CIGÜEÑALES En talleres de reparación de motores se presentan con frecuencia cigüeñales en los cuales los puntos de apoyo se encuentran desgastados o recocidos que se hace necesario el rectificado hasta la siguiente escala de medida. Después de una rectificación de este tipo, y aún peor después de haber soportado un recalentamiento, en la mayoría de los casos dichos apoyos no son ya suficientemente resistentes al desgaste, aunque hubieran recibido un endurecimiento inductivo o median te flama (llama) o su superficie haya sido cementada o bonificada con anterioridad. Para piezas que se recalentaron puede ocurrir que debido a la pérdida de resistencia en el material básico, se reduzca también la resistencia a la fatiga a valores no permitidos. Además, las superficies muy blandas no se dejan adecuadamente pulir hasta la profundidad de rugosidad necesaria. Con el proceso, se obtiene: 1. Ni la forma, ni el material, ni el tratamiento térmico anteriormente recibido tienen aquí influencia alguna. 2. Durante el tratamiento, tanto para cigüeñales de acero como para los de fundición, se forma en la superficie una zona de compuestos que hace las veces de superficie de rodadura y que se desgasta poco (por ejemplo, 5 micras en el diámetro por kilómetros de recorrido en el caso de un cigüeñal de acero de un motor diesel de 6 cilindros o bien 4 micras luego de horas de operación de un tractor para un cigüeñal de fundición nodular en un motor diesel de 4 cilindros). 3. Debido a la difusión del nitrógeno se crea una zona de difusión, aún en las zonas críticas para la rotura por fatiga como son los radios de transición y los orificios para el aceite de lubricación. Gracias a esto, la resistencia de los ejes a la fatiga se incrementa aproximadamente 50 a 100% en comparación con el aumento conseguido en los ejes solamente bonificado o endurecidos en su superficie. 4. No tiene lugar ninguna deformación debido al TENIFER y las variaciones de dimensiones que se pueden esperar en los ejes se deben a tensiones provenientes de algún tratamiento térmico anterior, del proceso de fabricación o bien de los esfuerzos soportados por el eje dentro del motor. 5. Las variaciones de forma que se presentan son de fácil corrección. Con respecto a la técnica del tratamiento TENIFER para la reparación de cigüeñales deben considerarse los pasos siguientes en su orden cronológico: 1. Distensionar 2. Acabado de rectificado en los sitios de apoyo hasta las dimensiones previstas 3. Tratamiento TENIFER 6. Medir los defectos de concentricidad y, si es necesario, proceder a corregirlos con precaución. El enderezado es sólo permitido, si la desviación de la concentricidad no es mayor de 0,3 mm en una longitud de aproximadamente 700 mm, O,4mm en aproximadamente mm y 0,5 mm en aproximadamente mm de longitud. 7. Pulir todos los puntos de apoyo y las superficies de rodadura Ventajas: Aumenta el tiempo de vida de las piezas. Da resistencia al desgaste Protección contra la corrosión y ataque químico Mejora propiedades contra el deslizamiento

5 Mejora la resistencia a la fatiga en cigüeñales Aplicaciones: Herramientas de corte y doblado para trabajo en frió Dados y matrices para trabajo en caliente Aceros rápidos para brocas, seguetas y fresas. Moldes de inyección de plástico Dados de extrusión Piñones helicoidales y tornillos sinfín Fundición de hierro laminar y esferolitica, fundición maleable y fundición de acero. Y otros. Referencia. UNITEC