Nitruracion Liquida 596o4b

NITRURACION LIQUIDA En Colombia el proceso de nitruración más difundido es el líquido, este método es realmente una nitrocarburación –difusión de nitrógeno y carbono a lo largo y ancho de la superficie de un material– en la que se utiliza un baño de sales (cianuros o cianatos) y un rango de temperaturas de 510 a 580ºC, durante un tiempo de nitruración entre 15 min y 4 horas. El proceso logra profundidades de penetración cercanas a 0.15 mm. Este proceso se basa en el principio de difusión de partículas a través de la aplicación de energía, en este caso térmica para la activación de los átomos de N y C; a medida que aumenta el tiempo de difusión, aumenta la capa difusiva. Básicamente, el proceso de nitrocarburación en sales consiste en los siguientes pasos: Precalentamiento de las piezas a una temperatura de 350ºC. Nitrocarburación en baño de sales a una temperatura entre 570ºC y 580ºC en un tiempo entre una y dos horas. Al sacar del baño se deben enfriar las piezas inmediatamente a 400ºC Se dejan enfriar a temperatura ambiente y limpiar con agua. Por supuesto, este proceso puede variar dependiendo de las variables de temperatura, tiempo, composición del material y concentraciones de las sales nitrurantes, por lo que se obtienen diversas propiedades en la capa de los materiales tratados. Debido a sus diversas aplicaciones, la ventaja de este proceso reside en la flexibilidad de los equipos y el bajo costo de instalación; algunas de sus aplicaciones son: camisas para pistones, engranajes, bielas, matrices de forja, husillos y componentes automotrices. . Nitruración en baño de sales Se realiza sumergiendo las piezas o herramientas en un baño de sales que contiene cianuros y cianatos a una temperatura entre 520 y 580° C. Generalmente el baño tiene en su comienzo aproximadamente 60% de NaCN y 40 % de KCN, mezcla que funde a 500° C. Para conseguir una buena nitruración es necesario envejecerlo varios días. Esto se debe a que sólo empieza a dar buenos resultados cuando se forma suficiente proporción de cianatos. Actualmente el cianato se añade antes a la mezcla de sales. En los baños de sales se pueden nitrurar también aceros no aleados, mientras que la nitruración con gas exige incondicionalmente el empleo de aceros de nitruración. En los aceros no aleados o de baja aleación no se produce un aumento notable de la dureza luego de la nitruración, por lo que se ha conocido este proceso con el nombre de "nitruración blanda". Reacciones en el baño de nitrurar: el baño se descompone lentamente por oxidación durante su funcionamiento: 2 NaCN + O2 → 2 NaCNO Los cianatos de sodio o potasio formados pueden formar carbonato sódico por oxidación posterior: 2 NaCNO + O2 → Na2CO3 + 2 N + CO

o por descomposición térmica: 4 NaCNO → 2 NaCN + Na2CO3 + CO + 2 N De acuerdo con el equilibrio de Boudouard se forma dióxido de carbono a partir del monóxido: 2 CO ↔ CO2 + C (con preferencia de izquierda a derecha) y el CO2 formado reacciona a su vez con el cianuro para formar cianatos de sodio o de potasio. NaCN + CO2 → NaCNO + CO Los temores de que, como resultado de las reacciones anteriores, se produjese una descomposición rápida del baño, con pérdida de su poder nitrurante, no se han confirmado, porque en el intervalo de trabajo, con contenidos de KCNO entre 25 % y 35 % son suficientemente estables. Solamente es peligroso un fuerte sobrecalentamiento porque produce una descomposición intensa. El nitrógeno en estado naciente se difunde muy fácilmente a través de la superficie de la pieza y forma nitruros con el hierro o con los elementos aleantes. Condiciones operativas del proceso: El encendido de los crisoles calentados externamente debe iniciarse con bajo fuego (bajo ingreso de calor) de acuerdo con el método de calentamiento. Una vez que la sal aparece fundida alrededor de la superficie, el calor puede incrementarse gradualmente hasta fuego alto para completar la fusión. Debe tenerse la siguiente precaución: un excesivo calentamiento de las paredes o la parte inferior del crisol durante el encendido, puede crear presiones suficientes para proyectar sal violentamente fuera del pote. Para mayor seguridad, el pote debería cubrirse durante la fusión de las sales. 1 o ) Tratamiento previo: en la mayoría de los casos, la nitruración se realiza en aceros templados y revenidos a una temperatura superior a la del baño de nitrurado, para evitar las variaciones dimensionales de las piezas después del tratamiento. De esta forma no hay posibilidad de un cambio estructural que pueda afectar a las tolerancias de la pieza acabada. 2 o ) Limpieza: Para conseguir una zona de compuestos compacta y regular, es necesario que las piezas entren al baño de nitrurado libres de residuos aceitosos, óxidos o sales que hayan permanecido impregnados de operaciones anteriores. Además de las dificultades que entraña en la mecánica de la nitruración una deficiente limpieza de superficies, existe el riesgo de contaminación del baño y dejarlo parcialmente inutilizado. 3 o ) Precalentamiento: es conveniente precalentar el material a nitrurar a temperaturas inferiores a 380º C, evitando el peligro de oxidación. Esta precaución se apoya en tres principios: a) seguridad de que las piezas, al ser introducidas en el baño, estén libres de humedad; b) evitar la caída de temperatura del baño; c) tener una mínima distorsión en el material por diferencia de temperaturas. 4 o ) Control de temperatura: Debe ser eficaz y preciso; para ello los crisoles serán muy profundos y calentados preferentemente con resistencias eléctricas para una mayor uniformidad de temperatura. En el Metalografía y Tratamientos Térmicos XIII - 8 - caso de nitrurar piezas de grandes dimensiones en crisoles superiores a los 2,5 m, se

dispondrá de varios termopares colocados a distintos niveles del crisol, de forma que regulen automáticamente, por zonas, la totalidad del baño, para mantener constante la temperatura de 570° C. 5 o ) Tiempo de nitruración: se dispone de una constante que es la temperatura (570° C), la penetración del nitrógeno dependerá entonces del tiempo y de la clase de material. En los aceros aleados la profundidad de capa siempre es inferior que en los aceros al C. Ensayos de laboratorio o industriales han demostrado que las penetraciones de nitrógeno logradas en tiempos superiores a 4 horas no mejoran la resistencia mecánica de las piezas tratadas. De aquí que los tiempos normales de nitruración oscilan entre 90 y 180 minutos, hasta un máximo de 4 horas. 6°) Enfriamiento: Las piezas nitruradas deben enfriarse en agua en la mayoría de los casos. En los aceros de alta aleación, como los de matricería, así como elementos mecánicos de fundición, camisas de cilindros, etc., debe procederse a un enfriamiento mixto a fin de evitar la formación de grietas: al aire hasta que la temperatura disminuya a 250-180° C y luego sumergirlos en agua corriente. Control del baño: En cada jornada de trabajo debe controlarse el % de cianuros y cianatos del baño de nitrurado. El cianuro, cuya principal misión es sostener y regular el equilibrio entre los cianatos, debe oscilar entre un 40 y 45 %, mientras que los cianatos, que son los únicos elementos activos para la nitruración, deben mantenerse entre 30 y 35 %. Semanalmente se debe controlar la parte de carbonatos. Es muy importante que este porcentaje no sea superior al 8 % de CO3Na2, ya que en la zona de compuestos empiezan a detectarse ligeras porosidades, que se incrementan con el % de carbonatos. Para eliminar los carbonatos del baño se procederá a enfriarlo a unos 470° C, temperatura a la que el carbonato disuelto en el baño precipita al fondo del crisol; bastará entonces efectuar un drenaje de los fondos para tenerlo de nuevo en condiciones. Para que los porcentajes de cianuro y cianato permanezcan dentro de las tolerancias, se realizan los agregados necesarios de estas sales. El % de Fe disuelto en forma de ferrocianuro alcalino, también influye en la porosidad que se forma en la zona de compuestos, aunque es bastante inestable a la temperatura de nitruración. No obstante debe mantenerse en un máximo de 0,2; para eliminarlo se debe mantener el baño durante unos 8 minutos a 620- 630º C y luego volver a eliminar meticulosamente el lodo superficial a la temperatura normal de 570° C; con esta operación se puede mantener el contenido de Fe dentro del margen isible. La porosidad porcentual frente a los contenidos de Fe, luego de una duración de la nitruración de 90 minutos en un acero SAE 1015,