Tratamientos Termoquímicos del Acero: Cementación, Nitruracion y Transformación Martensítica

Tratamientos Termoquímicos para el Endurecimiento Superficial del Acero

Cementación

El tratamiento termoquímico de cementación consiste en añadir carbono, mediante difusión, a la superficie de un acero que presente un bajo contenido en este elemento (como máximo, 0,2-0,3 %) con el objetivo de aumentar su dureza superficial. Para facilitar la difusión del carbono, la pieza a la que se pretende aplicar el tratamiento se somete durante cierto tiempo a un medio carburante a una temperatura elevada (alrededor de 900 ºC). A esta temperatura se favorece la adición de carbono, pues por una parte aumenta la velocidad de difusión y, por otra, el acero admite un mayor contenido en carbono en solución. El contenido máximo en carbono superficial que se consigue en una pieza sometida a un proceso de cementación se aproxima al 1 %.

Nitruración

Con el tratamiento de nitruración se consigue un endurecimiento superficial extraordinario del acero mediante la incorporación de nitrógeno. La pieza que se pretende nitrurar se somete en un horno a una corriente de amoníaco a una temperatura próxima a 500 ºC. En estas condiciones, el amoníaco se encuentra parcialmente disociado según la reacción:

2 NH₃ → 2 N + 3 H₂

...dejando en libertad nitrógeno naciente (N), que es absorbido superficialmente por el.

Carbonitruración

Es un tratamiento intermedio entre los dos anteriores, con el que se consigue aumentar la dureza de los aceros por medio de la absorción superficial simultánea de carbono y nitrógeno. La pieza que se desea carbonitrurar se somete a una atmósfera cementante, parecida a la utilizada en el tratamiento de cementación, a la que se añade nitrógeno en forma de amoníaco.

La temperatura a la que se realiza el proceso (750-800 ºC) es inferior a la de cementación y superior a la de nitruración. Como consecuencia de ello, los riesgos de sobrecalentamiento se reducen. Otra ventaja con respecto a la cementación consiste en que el nitrógeno aumenta considerablemente la templabilidad del acero, por lo que resulta posible el temple en aceite desde la temperatura de carbonitruración.

Sulfinización

En el tratamiento de sulfinización se consigue incorporar al metal, o a aleaciones de hierro y de cobre, una capa de carbono, nitrógeno y, sobre todo, azufre, por medio de su inmersión en un baño a una temperatura cercana a los 565 ºC.

Características de la Transformación Martensítica

Al contrario que las transformaciones en estado sólido estudiadas hasta ahora, que se verificaban según un mecanismo de nucleación y crecimiento, la formación de martensita presenta una serie de características especiales:

• El progreso de la transformación no depende del tiempo, sino solamente de la temperatura. La transformación comienza de forma instantánea a una temperatura Mₛ y finaliza a otra temperatura M₟, manteniéndose estacionaria durante largos períodos de tiempo si la temperatura no varía. Una transformación de este tipo se denomina atérmica, en contraposición a las transformaciones isotérmicas que se producen a temperatura constante.
• Debido a las bajas temperaturas a las que tiene lugar, no se producen los efectos de la difusión; y el cambio de estructura se verifica en virtud de un pequeño movimiento atómico de reorientación.
• El paso de austenita a martensita origina un aumento de volumen que puede resultar peligroso, debido a las bajas temperaturas a las que tiene lugar y a la baja plasticidad de la martensita que se origina.
• La cantidad de martensita formada aumenta al disminuir la temperatura, pero no sigue una relación de proporcionalidad. Para conseguir la transformación de las últimas fracciones de austenita es necesario que la temperatura disminuya considerablemente.
• La temperatura de comienzo de la transformación disminuye al aumentar el contenido del acero tanto en carbono como en elementos de aleación.