Endurecimiento Superficial del Acero: Técnicas y Aplicaciones

Tratamientos Térmicos Superficiales en Aceros

Los tratamientos térmicos superficiales modifican las propiedades de la capa exterior de una pieza de acero, mientras que el núcleo permanece inalterado. Estos tratamientos buscan mejorar la dureza superficial, la resistencia al desgaste y la resistencia a la corrosión, manteniendo la tenacidad del núcleo.

Tipos de Tratamientos Térmicos Superficiales

Cromado

Consiste en la introducción de cromo (Cr) en las capas superficiales del metal base. Se aplica a metales como níquel (Ni), cobalto (Co), molibdeno (Mo) y tungsteno (W) para mejorar la resistencia a la corrosión y al calor. En el acero, el cromado convierte la capa superficial en acero inoxidable. Si el acero contiene alto contenido de carbono (C > 0.6%), se precipitan carburos de cromo, aumentando la resistencia al desgaste. El proceso se realiza a temperaturas entre 1650-2000°C, lo que puede causar deformación y crecimiento de grano. Los aceros cromados con alto contenido de C alcanzan durezas de 800 a 1000 Vickers y presentan un bajo coeficiente de fricción.

Siliciado

Consiste en la impregnación de una base de hierro (Fe) con silicio (Si). A temperaturas de 1700-1850°C, la pieza se calienta en contacto con un material que contiene Si (carburo de silicio - SiC), utilizando gas cloro (Cl) como catalizador. La profundidad del endurecimiento varía según el contenido de C de la base. La superficie endurecida contiene alrededor del 14% de Si, es difícil de maquinar y tiene una dureza de 80-85 Rockwell B. Se utiliza en ejes para bombas, eslabones de transportadores en cadena y accesorios para las industrias química y petrolera.

Carburización

Consiste en enriquecer con carbono la capa superficial del acero. La pieza se rodea de un producto carburante y se calienta a temperaturas entre 850-950°C, donde el acero tiene mayor capacidad de disolución del carbono. Posteriormente, se templa y se reviste la pieza para obtener gran dureza superficial y buena tenacidad en el núcleo. Se emplean aceros de bajo contenido en carbono (0.3%) y aceros aleados con níquel, cromo y molibdeno. La proporción de carbono en la capa cementada aumenta con la temperatura, pudiendo llegar hasta 1.76% a 1130°C. Proporciones más adecuadas de C son de 0.5 a 0.9%, consiguiendo durezas de 60 a 65 Rockwell C después del temple. Superar el 1% de C genera carburos que debilitan la capa cementada. El espesor de la capa cementada, típicamente de 0.5 a 1.5 mm, depende de la temperatura y el tiempo del proceso.

Nitruración

Consiste en aportar nitrógeno a la capa superficial del acero para endurecerla. Se calienta la pieza a unos 500°C (temperaturas mayores producen capas más frágiles) en una corriente de amoniaco durante 1 a 4 días. La dureza se debe a la formación de nitruros de los elementos de aleación del acero. Los espesores varían de 0.2 a 0.7 mm. Las piezas nitruradas se templan y se revienen antes de la nitruración para resistir las presiones ejercidas por la capa nitrurada sobre el núcleo. Se obtienen durezas superiores a 1000 Vickers, resistencia a la corrosión en agua dulce, agua salada y atmósferas húmedas, sin deformaciones en las piezas. Este proceso se aplica a aceros especiales y las instalaciones son costosas.

Cianuración

Endurece la capa superficial del acero mediante la acción combinada de carbono y nitrógeno. Se calienta la pieza entre 750-950°C en un baño de sales de cianuro sódico, carbonato sódico y cloruro sódico. El espesor de la capa cianurada depende de la duración del tratamiento. Se emplea para endurecer piezas de acero de bajo y medio contenido en carbono. No se consiguen capas duras muy profundas y los cianuros son muy venenosos, por lo que se deben manejar con precaución.

Carbonitruración

Tiene el mismo objetivo que la cianuración, pero se realiza con gases a 900°C. Se obtienen capas duras de 0.6 mm de espesor en 4 o 5 horas. Las piezas carbonitruradas se templan y se revienen, obteniendo durezas de 75 Rockwell C.