Nitruración, carbonitruración y sulfurización: procesos y variables del endurecimiento superficial

Resumen

El documento describe tres tratamientos termoquímicos de endurecimiento superficial del acero: nitruración, carbonitruración y sulfurización. Explica el proceso de cada uno, las variables que hay que controlar (composición del acero, temperatura, tiempo y agentes endurecedores) y las ventajas que aportan, como la dureza, la resistencia a la corrosión y la reducción de deformaciones.

Puntos clave

La nitruración endurece la superficie por absorción de nitrógeno, normalmente a partir de amoníaco (NH3), a unos 525 ºC.
El acero para nitruración necesita pequeñas cantidades de aluminio, cromo y vanadio para formar nitruros.
La nitruración es muy lenta: de 20 a 80 horas para espesores de 0,2 a 0,7 mm.
La nitruración iónica usa un arco eléctrico en vacío y es entre un 30 % y un 60 % más rápida que la tradicional.
La carbonitruración combina carbono y nitrógeno en la superficie, con una capa de 0,1 a 0,6 mm y una dureza de 60 a 65 Rockwell C.
La sulfurización crea una capa rica en azufre, nitrógeno y carbono sumergiendo las piezas en un baño de sales a unos 550 ºC, y mejora sobre todo la lubricación y la resistencia al desgaste.

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8º Nitruración

Nitruración

El **endurecimiento superficial** se consigue por absorción del **nitrógeno**. Las piezas se colocan en cajas por las que circula una corriente de **amoníaco (NH₃)**. Las piezas son templadas y revenidas antes del tratamiento.

Variables a controlar

Composición del acero: Es necesario que contenga pequeñas cantidades de **aluminio**, **cromo** y **vanadio** para que el nitrógeno forme nitruros.
Temperatura: ≈ 525 ºC. A mayor temperatura los nitruros se descomponen.
Tiempo:
Tiempo de nitruración: Proceso muy lento, de 20 a 80 horas para espesores de 0,2 a 0,7 mm.

Ventajas

Gran dureza, que además se conserva a altas temperaturas.
Resistencia a la corrosión: resistente en agua dulce, agua salada, atmósfera húmeda y frente al ataque de otros metales.
Ausencia de deformaciones: debido a que no se alcanzan temperaturas elevadas ni se requieren enfriamientos bruscos.
Buen comportamiento frente a la fricción y la fatiga, lo que lo hace idóneo para superficies de contacto en maquinaria.

Una variante del proceso anterior es la **nitruración iónica**. En este tipo de nitruración se usa un arco eléctrico para ionizar el gas **nitrógeno** en vacío. El proceso es entre un 30 % y 60 % más rápido que el tradicional y los iones son acelerados hacia la pieza por potencial eléctrico.

9º Carbonitruración

Carbonitruración

Este tratamiento es una mezcla de los dos anteriores. Su objetivo es incrementar el contenido de **carbono** en la superficie de la pieza y la formación de **nitruros**. El equipo usado será el mismo que en la cementación por gas, con la condición de añadir **amoníaco (NH₃)**. La composición más habitual: **Amoníaco NH₃ 70 %, Metano CH₄ 30 %**.

Factores que influyen en el proceso

Temperatura, tiempo, composición y porcentaje de los agentes endurecedores.
Profundidad de la capa superficial: entre 0,1 y 0,6 mm.
Dureza: entre 60 y 65 Rockwell C.

La ventaja de este método es que la capa superficial rica en **nitrógeno** aumenta la resistencia a altas temperaturas y mejora la templabilidad. Un proceso similar es la **cianuración**, en el que el endurecedor se encuentra en estado líquido.

10º Sulfurización

Sulfurización

Método desarrollado en Francia en los años 70 en la industria del automóvil. El objetivo de este método es crear una capa superficial rica en **azufre**, **nitrógeno** y **carbono**. Para ello se sumergen las piezas en un baño de sales a unos 550 ºC. Las sales empleadas son cianuros, carbonato sódico o sulfuro de sodio. Con este tratamiento apenas aumenta la dureza, pero sí aumenta mucho la lubricación y la resistencia al desgaste.

Preguntas frecuentes

¿Qué temperatura se usa en la nitruración?

La nitruración se realiza a una temperatura de unos 525 ºC. A mayor temperatura, los nitruros se descomponen.

¿Qué ventajas tiene la nitruración?

Proporciona gran dureza que se conserva a altas temperaturas, buena resistencia a la corrosión y ausencia de deformaciones, porque no requiere temperaturas elevadas ni enfriamientos bruscos. También tiene buen comportamiento frente a la fricción y la fatiga.

¿Para qué sirve la sulfurización?

Sirve para crear una capa superficial rica en azufre, nitrógeno y carbono que aumenta mucho la lubricación y la resistencia al desgaste, aunque apenas incrementa la dureza.