Tratamientos Termoquímicos para el Endurecimiento Superficial de Metales

Los tratamientos termoquímicos son procesos fundamentales en la ingeniería de materiales, diseñados para modificar las propiedades superficiales de los metales, especialmente los aceros, sin alterar significativamente su núcleo. Estos tratamientos buscan mejorar la dureza, la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión y la tenacidad, optimizando así el rendimiento y la vida útil de las piezas. A continuación, se detallan algunos de los métodos más relevantes.

Cementación: Proceso de Enriquecimiento Superficial con Carbono

La cementación consiste en aumentar la dureza superficial de una pieza de acero dulce, incrementando la concentración de carbono en su superficie. Este proceso se logra controlando el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento eleva el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose posteriormente, mediante temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.

Se aplica a piezas que deben ser resistentes al desgaste (dureza superficial) y a los golpes (resiliencia interior). La temperatura usual de cementación es cercana a los 950ºC, y la profundidad de este tratamiento depende del tiempo y de la dureza deseada. Una vez obtenida la capa exterior rica en carbono (C), esta se endurece por temple.

Características de la Cementación:

• Endurece la superficie de la pieza.
• No afecta al corazón o núcleo de la pieza.
• Aumenta la concentración de carbono en la superficie.
• El enfriamiento es lento y se hace necesario un tratamiento térmico posterior (temple y revenido).
• Los engranajes suelen ser piezas que se cementan debido a sus requisitos de dureza superficial y tenacidad interna.
• Los aditivos utilizados pueden encontrarse en forma gaseosa o sólida.

Nitruración: Endurecimiento por Nitrógeno a Bajas Temperaturas

La nitruración consiste en enriquecer la superficie de la pieza con nitrógeno, calentándola en una atmósfera específica a bajas temperaturas (entre 500 y 580 ºC). Durante este proceso, se forma una capa de muy poca profundidad, pero de dureza muy superior a la capa obtenida por cementación. Una ventaja clave es que durante el proceso no hay deformaciones significativas, y se obtiene una mayor resistencia a la corrosión.

La nitruración se aplica a piezas sometidas a grandes fuerzas de rozamiento y de carga, como, por ejemplo, pistas de rodamientos, camisas de cilindros o piezas similares. Estas piezas necesitan un núcleo con cierta plasticidad que absorba golpes y vibraciones, y una superficie de gran dureza para resistir el desgaste y las deformaciones.

Características de la Nitruración:

• Endurece la superficie de la pieza.
• Aumenta ligeramente el volumen de la pieza.
• Se emplean vapores de amoníaco (NH₃).
• Es un tratamiento muy lento.
• Las piezas no requieren ningún otro tratamiento térmico posterior.

Cianuración: Endurecimiento Superficial con Carbono y Nitrógeno

La cianuración busca el endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Consiste en endurecer la superficie exterior de las piezas introduciendo simultáneamente carbono y nitrógeno. Es un tratamiento intermedio entre la cementación y la nitruración.

Tras este tratamiento, es necesario templar las piezas. La cianuración se realiza entre 760º y 950ºC, colocando las piezas en baños de mezclas de sales fundidas, normalmente de cianuro de sodio (NaCN). De este modo, el carbono y el nitrógeno difunden desde el baño hacia el interior del metal, produciendo una capa más profunda que la nitruración, más rica en carbono y menos en nitrógeno.

Ventajas de la Cianuración:

• Eliminación de oxidación en la superficie de las piezas.
• Profundidad de la superficie dura y contenido de carbono uniformes.
• Gran rapidez de penetración de los elementos.

Desventajas de la Cianuración:

• Requiere un lavado de las piezas posterior al tratamiento para prevenir la herrumbre.
• Necesidad de revisión periódica de la composición del baño.
• Alta peligrosidad de las sales de cianuro, dado que son venenosas y requieren precauciones especiales.

Sulfinización: Mejora de la Resistencia al Desgaste y Lubricación

La sulfinización consiste en introducir una pequeña capa superficial de aleaciones de azufre (S), nitrógeno (N) y carbono (C) en aleaciones férreas y de cobre. Las piezas a tratar se introducen en un baño de sales compuesto por C, N y Na en un 95%, y S, N y Na en un 5%.

La temperatura del proceso oscila entre 560º y 570ºC. Las dimensiones de las piezas aumentan ligeramente. Con este tratamiento se mejora significativamente la resistencia al desgaste, se favorece la lubricación y se evita el agarrotamiento de las superficies en contacto.