¿Qué es el endurecimiento del caso?

La capacidad de resistir el desgaste y las hendiduras son dos atributos muy importantes de ciertos tipos de metales. La dureza, la medida de estas propiedades, es una consideración clave al decidir qué metal elegir. Para garantizar que la dureza del sustrato metálico sea la adecuada, algunos metales cambian la dureza de su superficie a través de un método denominado endurecimiento superficial.

El endurecimiento superficial es una técnica para mejorar la durabilidad y la apariencia de una superficie metálica, en la que la superficie metálica se refuerza agregando una capa delgada sobre la superficie superior de otra aleación metálica. La fina capa de aleación suele ser más dura y duradera que el metal original.

¿Qué es el endurecimiento superficial?

El endurecimiento superficial también se denomina "endurecimiento superficial". Es un proceso de tratamiento térmico que endurece la superficie de la pieza de metal mientras mantiene el interior de la pieza relativamente blando.

Para el hierro o el acero con bajo contenido de carbono, el procedimiento de endurecimiento superficial suele implicar la adición de carbono o nitrógeno adicional a la superficie. Los metales sólidos contienen moléculas y átomos que están estrechamente empaquetados en una estructura cristalina. Cuando el carbono se difunde desde el material carbonoso en la superficie del acero con bajo contenido de carbono o acero aleado hacia la estructura cristalina, la resistencia y la dureza de la capa exterior aumentarán considerablemente. La profundidad de la capa de difusión de carbono se puede controlar con precisión para determinar las propiedades mecánicas de la capa.

¿Por qué Case Harden?

Hay muchas razones para endurecer la superficie de un material en lugar de tratar de endurecer un objeto de metal completo. Una razón es la eficiencia. En comparación con la sección transversal completa del metal, se requiere menos energía y tiempo para calentar la superficie exterior del metal. Estas eficiencias pueden ahorrar una gran cantidad de costos en las operaciones de fabricación a gran escala.

Las piezas cementadas son muy adecuadas para piezas que están en contacto constante con piezas duras o abrasivas, porque las piezas endurecidas superficialmente son más resistentes al desgaste y, por lo general, son más fuertes que las piezas que se han sometido al procedimiento de "endurecimiento continuo", porque el núcleo de las partes endurecidas superficialmente es suave, por lo que puede soportar una mayor tensión sin agrietarse. Durante el proceso de endurecimiento de la superficie, también se aplican temperaturas más bajas a varios metales (como capas delgadas de acero) durante el proceso de fabricación para evitar la deformación.

Tipos de métodos de cementación

Calentamiento y enfriamiento

También llamado endurecimiento por llama o por inducción. Como sugiere el nombre, este proceso de endurecimiento de la superficie del metal involucra llama o calor. En este proceso, las piezas de acero con alto contenido de carbono se calientan a temperaturas extremas mediante llama de oxígeno o calentamiento por inducción, y luego las piezas de acero al carbono calentadas se enfrían rápidamente con un refrigerante (generalmente agua) . Esta extinción de la llama solo tiene un buen efecto en acero o hierro con suficiente contenido de carbono. El contenido de carbono debe ser 0.3-0.6wt%C. Para materiales de acero o hierro con un contenido de carbono inferior a este valor, existen otros procesos, como la nitruración y la cementación.

Nitruración

La nitruración es otra forma de tecnología de endurecimiento superficial. En este proceso, las piezas de acero se calientan a 484-621 °C en un entorno de amoníaco y amoníaco disociado. La profundidad de la superficie endurecida depende de cuánto tiempo permanezca la pieza de acero en el entorno de amoníaco. Este método debe usar elementos como cromo, molibdeno y aluminio para formar nitruros para endurecer la superficie de las piezas de acero. La temperatura elevada y la exposición al nitrógeno promoverán la formación de nitruros, que son inherentemente muy duros y resistentes al desgaste. Este proceso es efectivo solo cuando el metal se endurece con elementos que pueden formar nitruros (como el cromo y el molibdeno). La nitruración generalmente requiere una temperatura más baja que el calentamiento y el enfriamiento rápido, y no requiere un proceso de enfriamiento rápido, lo que reduce la deformación.

Carburación

La cementación es otra forma de endurecimiento superficial que se usa ampliamente para mejorar las propiedades mecánicas de los sustratos de acero. En el proceso de cementación, la aleación de acero se calienta a alta temperatura y luego se expone a una gran cantidad de carbono en su superficie. Dependiendo de los requisitos de la aplicación, la fuente de carbono externa puede ser gaseosa, líquida o sólida. Una gran cantidad de carbono externo formará carburos con otros elementos en la superficie del acero. Estos carburos proporcionan mayor dureza y resistencia al desgaste. Al igual que con la nitruración, los requisitos de calentamiento suelen ser más bajos y pueden resultar en una menor deformación.

Ventajas del cementado

1. El endurecimiento superficial mejora la durabilidad y el uso económico de las piezas de acero

Una de las principales ventajas del cementado es que proporciona una mayor durabilidad a los componentes de acero. La resistencia mecánica y la dureza de la superficie producidas por el endurecimiento de la superficie, así como la retención del núcleo blando, mejoran significativamente la resistencia al desgaste y la fatiga del componente. Retener un núcleo más blando puede mejorar la capacidad de absorber la energía liberada por la carga de impacto, lo que ayuda a prolongar la vida útil y las ventajas económicas.

2. El endurecimiento superficial permite utilizar acero con excelente maquinabilidad para aplicaciones de servicio pesado

Por lo general, las aleaciones que se usan para aplicaciones de servicio pesado tienen una maquinabilidad baja porque deben ser más duras y resistentes. En este caso, el proceso de endurecimiento de la superficie permite utilizar acero con bajo contenido de carbono con maquinabilidad de precisión en aplicaciones de armas y pistolas, así como otras aplicaciones de servicio pesado similares que requieren resistencia mecánica, tratamiento superficial fino y geometría precisa. El posterior endurecimiento de la superficie después del procesamiento proporciona una excelente resistencia al desgaste y dureza para la superficie de las piezas mecanizadas de precisión.

3. El endurecimiento superficial mejora la soldabilidad del acero

El endurecimiento superficial mejora la soldabilidad del acero, lo cual es importante para ciertas aplicaciones de ingeniería.

4. El endurecimiento de la superficie por nitruración puede minimizar la deformación

El endurecimiento de la superficie del acero mediante nitruración puede producir una superficie de carga resistente al desgaste y de bajo costo con una deformación mínima. A temperaturas de alrededor de 150 °C (302 °F), la superficie nitrurada no perderá dureza como el acero cementado.

Conclusión

En aplicaciones donde los componentes están sujetos a cargas de choque, vibraciones y condiciones de desalineación, el acero cementado es la primera opción. A diferencia del acero endurecido, el acero con bajo contenido de carbono endurecido en la superficie y el acero aleado se vuelven duros, fuertes, duros y no quebradizos. El endurecimiento de la superficie también produce una superficie resistente al desgaste, lo que brinda durabilidad y confiabilidad.