Tratamientos Termoquimicos De Los Aceros

Ing. Yesid Camilo Gómez Mérida

CONTENIDO TRATAMIENTOS TERMOQUIMICOS DE LOS ACEROS…………………………4 1. PAVONADO………………………………………………………………………4 Objetivo del pavonado……………………………………………………………...5 Procedimiento para el pavonado……………………………………………………5 Aplicaciones del pavonado…………………………………………………………7 2. CEMENTADO……………………………………………………………………7 Objetivo del cementado…………………………………………………………….7 Procedimiento de cementación……………………………………………………...8 Aplicaciones del cementado………………………………………………………...9 3. FOSFATADO……………………………………………………………………..10 Objetivo del fosfatado……………………………………………………………...11 Procedimiento del fosfatado………………………………………………………..11 Aplicaciones del fosfatado…………………………………………………………12 4. NITRURACION…………………………………………………………………..12 Objetivo de la nitruración…………………………………………………………..12 Procedimiento de la nitruración……………………………………………………13 Aplicaciones de la nitruración……………………………………………………...14 5. SULFINIZADO…………………………………………………………………...15 Objetivo del sulfinizado……………………………………………………………15 Procedimiento del sulfinizado……………………………………………………...15 Aplicaciones del sulfinizado……………………………………………………….16 BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………………17

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TRATAMIENTOS TERMOQUIMICOS DE LOS ACEROS Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales. Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos está aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión. 1. PAVONADO El pavonado consiste en la aplicación de una capa superficial de óxido abrillantado, compuesto principalmente por óxido férrico (Fe2O3) de color azulado, negro o café, con el que se cubren las piezas de acero para mejorar su aspecto y evitar su corrosión.

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OBJETIVO DEL PAVONADO El pavonado tiene como objetivo proteger el acero de la corrosión y mejorar su aspecto PROCEDIMIENTO PARA EL PAVONADO En general, existen dos principales tipos de pavonado: pavonado por calentamiento y pavonado por inmersión. Pavonado por calentamiento. Para ello hay que disponer de un horno que sea capaz de producir temperaturas en el orden de 400ºC. El procedimiento es como sigue: Las piezas bien limpias de herrumbre y suciedad, se cubren con una solución al 15-25% de asfalto o barniz de aceite en gasolina, y luego, sobre una malla de hierro, se colocan en el horno a temperaturas entre 350 y 400ºC por 10-12 minutos hasta obtener una "pintura" lisa y negra sobre la superficie.

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Coloración térmica del pavonado por calentamiento. Al calentar un acero toma una coloración que depende de la temperatura a que está sometido, de acuerdo con la siguiente tabla:

TEMPERATURA °C 220 240 255 265 285 295 315 332

COLOR Amarillo paja Amarillo dorado Rojizo pardo Rojo purpura Azul claro Azul índigo Azul oscuro Verde agua

Pavonado por inmersión A este procedimiento también se le llama azulado, debido a que las piezas toman una tonalidad azul. Para ello las piezas se sumergen en una mezcla fundida a 310-350ºC de nitratos sódico (NaNO3) y potásico (KNO3), también conocidos como salitre sódico y salitre potásico. Luego las piezas se lavan con una solución de jabón caliente al 2%. Si se le agrega al baño un 25% de sosa caústica (NaOH) la coloración final de las piezas se torna negra.

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APLICACIONES DEL PAVONADO Las aplicaciones más frecuentes de este tipo de materiales son:     

Tubos de estufas Usos que requieran el contacto con alimentos, salvo fabricación de envases Moldes de repostería y pastelería Placas para horneado Revestimiento de hornos de panadería a escala industrial

Estos aceros pavonados son aptos para aplicaciones que requieran el contacto con productos alimenticios, siempre que se cumplan las condiciones expuestas en el reglamento (CE) nº 1935/2004 y en la norma francesa NF A 36-714. 2. CEMENTADO Es un tratamiento termoquímico que se aplica en piezas de acero. El proceso aporta carbono a la superficie mediante difusión, que se impregna modificando su composición.

OBJETIVO DEL CEMENTADO El cementado tiene por objeto endurecer la superficie de una pieza sin modificar su núcleo, originando una pieza formada por dos materiales: la del núcleo de acero (con bajo índice de carbono) tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de la superficie (de acero con mayor concentración de carbono) l 0,2% de carbono. Consiste en recubrir las partes a cementar de una materia rica en carbono, llamada cementante, y someter la pieza durante varias horas a altas temperaturas (típicamente, 900 °C). En estas condiciones, el carbono penetra en la superficie que recubre a razón de 0,1 a 0,2 mm por hora de tratamiento. El conglomerado es un tipo de roca sedimentaria, la sal gema y la arcilla.

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A la pieza cementada se le da el tratamiento térmico correspondiente, temple y revenido, y cada una de las dos zonas de la pieza, adquirirá las cualidades que corresponden a su porcentaje de carbono. La cementación se aplica en todas aquellas piezas que deben poseer gran resistencia al choque y tenacidad junto con una gran resistencia al desgaste, como es el caso de los piñones, levas, ejes, etc. PROCEDIMIENTO DE CEMENTACION La cementación puede hacerse por dos vías: Cementación en medio sólido y Cementación gaseosa. Cementación en medio sólido. Para la cementación en medio sólido, las piezas limpias y libres de óxidos se colocan en la mezcla de cementación, dentro de cajas de chapas de acero soldadas y selladas. Estas cajas se cargan luego al horno de cementación, y se mantienen ahí durante varias horas a una temperatura entre 900 y 950 oC hasta obtener la profundidad de la capa de difusión deseada. Como mezcla de cementación se puede utilizar la de 70-80 % de carbón vegetal finamente pulverizado, con 20-30 % de alguno de los siguientes carbonatos: carbonato de bario(BaCO3); carbonato de sodio (Na2CO3) ó carbonato de potasio (K2CO3) que actúan como catalizador y que contribuyen al desprendimiento del carbono en estado elemental, necesario para la cementación. Para el sellaje de la tapa de la caja de cementación puede utilizarse una masilla hecha con arena de fundición mezclada con silicato de sodio (vidrio soluble).

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Cementación gaseosa. La cementación gaseosa necesita de un equipo especial más complicado y se aplica a la producción en masa de piezas cementadas. Esta cementación tiene ventajas considerables con respecto a la cementación en medio sólido; el proceso es dos o tres veces más rápido, la tecnología es menos perjudicial a la salud, y las propiedades del núcleo sin cementar resultan mejores debido al menor crecimiento del grano. El proceso se realiza en hornos especiales, en cuyo interior se inyecta como gas cementante algún hidrocarburo saturado tales como metano, butano, propano y otros. Al calentar a unos 900-970 oC se desprende el carbono elemental que cementa el acero.

APLICACIONES DEL CEMENTADO El cementado se utiliza principalmente en: -

Aparatos de uso doméstico Construcción de maquinaria de imprenta Construcción de maquinaria textil Electrónica/industria eléctrica Industria aeronáutica Industria hidráulica y neumática Ingeniería energía y tecnología de reactores 7

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- Ingeniería mecánica en general - Minería - Sector de automoción - Tecnología armamentística - Tecnología de medida y control - Tecnología ferroviaria - Tecnología de montaje - Válvulas y accesorios 3. FOSFATADO El fosfatado es un procedimiento químico para el tratamiento de la superficie de acero en el que se forman capas de fosfato metálico difícilmente solubles sobre el material base. Las capas producidas son porosas, absorbentes y se adecuan sin un tratamiento subsiguiente como capa de conversión para un recubrimiento de polvo posterior. También se adecuan temporalmente como protección anticorrosiva si se tratan posteriormente con aceite, cera o pasivaciones.

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OBJETIVO DEL FOSFATADO El fosfatado tiene como objeto prevenir la corrosión, mejorar la lubricación en procesos de conformado o embutición, o como base para recubrimientos o pintados posteriores. PROCEDIMIENTO DE FOSFATADO Proceso típico de Fosfatado 1. Limpieza de la superficie del metal, mediante un lavado o enjuague con agua 2. Activación de la superficie (mejora el propio proceso de fosfatado, no se aplica en todos los casos) 3. Fosfatado 4. Lavado Final 5. Lavado de neutralización (opcional) 6. Secado, para eliminar cualquier residuo de agua del lavado anterior. 7. Aplicación de recubrimientos complementarios: cromado, sellado, aceitado, etc. Subproceso de Activación Esta etapa produce una activación ácida de la superficie metálica con objeto de predisponerla para una adecuada reactividad química en el subproceso de fosfatado siguiente. Se produce una fina capa de minúsculos cristales de fosfato que actúa como capa embrionaria de la cristalización posterior del verdadero fosfatado. Este subproceso se puede conseguir tanto por inmersión como por aspersión y es necesario controlar el pH de la disolución y su alcalinidad. A esta fase también se le suele denominar Afinado porque permite la formación de cristales más pequeños (finos), posibilitando una mejor estructuración y compactación de la capa final (formación cristalina más ordenada). Subproceso de Fosfatado Esta etapa se consigue básicamente mediante una solución diluida en agua de ácido fosfórico, oxoaniones de fosfato PO43− y de diferentes cationes metálicos como cinc Zn2+,hierro Fe2+ , níquel Ni2+,manganeso Mn2+, según sea el tipo de fosfatado a aplicar. La estructura cristalina formada sobre la superficie del metal depende de las sales empleadas y su concentración, del tipo de instalación de aplicación, del tiempo de la reacción química, de la temperatura, etc.

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APLICACIONES DEL FOSFATADO Se aplica sobre piezas de acero, tales como tuercas, arandelas, casquillos, muelles, piezas de chapa, tornillos y espárragos de longitud máxima en torno a los 350mm, y sobre todo tipo de piezas susceptibles de recibir un recubrimiento químico de superficie.

4. NITRURACION La nitruración es un tratamiento termoquímico, en el que se modifica la composición del acero incorporado nitrógeno durante el proceso de tratamiento térmico en una atmosfera rica en nitrógeno. OBJETIVO DE LA NITRURACION El objetivo de la nitruración es el de elevar la dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión de la capa superficial de las piezas, saturándolas con nitrógeno.

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PROCEDIMIENTO DE LA NITRURACION Existen dos procedimientos para la nitruración: la nitruración en horno y la nitruración iónica. Nitruración en horno Se coloca la pieza dentro del horno, dentro del cual se hace circular amoniaco y posteriormente se calienta a temperaturas de aproximadamente 500 °C, lo que provoca que el amoníaco se descomponga en nitrógeno e hidrogeno; el hidrógeno, se separa del nitrógeno por diferencia de densidad, y el nitrógeno, al entrar en contacto con la superficie de la pieza, forma un recubrimiento de nitruro de hierro.

Nitruración iónica, Las moléculas de amoníaco se rompen mediante la aplicación de un campo eléctrico. Esto se logra sometiendo al amoníaco a una diferencia de potencial de entre 300 y 1000 V. Los iones de nitrógeno se dirigen hacia el cátodo (que consiste en la pieza a tratar) y reaccionan para formar el nitruro de hierro (Fe2N).

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APLICACIONES DE LA NITRURACION La nitruración se aplica principalmente a piezas que son sometidas regularmente a grandes fuerzas de rozamiento y de carga, tales como pistas de rodamientos, camisas de cilindros, etc. Estas aplicaciones requieren que las piezas tengan un núcleo con cierta plasticidad, que absorba golpes y vibraciones, y una superficie de gran dureza que resista la fricción y el desgaste.

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5. SULFINIZADO El sulfinizado es un tratamiento termoquímico, que consiste en calentar el acero, fundición y otros metales en un baño de sales alrededor de 570ºC, durante cierto tiempo en un medio capaz de cederle carbono, nitrógeno y azufre. OBJETIVO DEL SULFINIZADO Entre los objetivos que se logran con el sulfinizado, se citan los siguientes: a) Mejorar la fricción, reduciendo el coeficiente de rozamiento. b) Aumentar considerablemente la resistencia a la fatiga, por efecto de la micro dureza que origina un caparazón dura. c) Eliminar, en la mayoría de los casos, el agarre o gripado por frotamiento de metal con metal en virtud de la auto lubricación por el azufre. d) Tratar piezas rectificadas sin necesidad de una operación mecánica o térmica posterior. e) Mejorar considerablemente la resistencia a la corrosión. Es necesario, sin embargo, realizar una limpieza muy cuidadosa para eliminar toda traza de sal. f) Mejorar la resistencia al desgaste del acero rápido tratado, en partículas por la no adherencia en el útil, por frotamiento de la viruta del corte. g) Mejorar las condiciones de trabajo de los bronces, cuando no tienen ale antes de punto de fusión inferior a 500ºC. PROCEDIMIENTO DEL SULFINIZADO Las piezas a tratar se introducen en baños de sales de Carbono, Nitrógeno y Sodio en un 95% y de Azufre, Nitrógeno y Sodio en un 5% calentadas a 560-570°C.

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En tres horas de tratamiento se puede conseguir una capa salinizada de 0.3mm. Hay que tener en cuenta que después de la salinización las dimensiones de las piezas aumentan ligeramente. Las piezas sulfinizadas tienen una duración de 5 a 6 veces más que sin dicho tratamiento. APLICACIONES DEL SULFINIZADO Se aplica a todos los metales ferrosos, fundiciones y aceros aleados o no, comprendidos los aceros “inoxidables”. La presencia de los metales nobles en las aleaciones ferrosas favorece en general la nitru-sulfinización. Se aplica a todas la piezas terminadas, es decir, después que esta se haya fabricado y esta apta para su servicio funcional.

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BIBLIOGRAFIA: -

http://personales.ya.com/jcmarin/download/tratamientos%20termicos%20re ducido.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Tratamiento_t%C3%A9rmico http://es.vbook.pub.com/doc/31324093/Tratamientos-termoquimicos http://elementosdemetalugiaugmaetg.blogspot.com/2011/06/tratamientostermoquimicos-del-acero.html

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