“Tratamientos termoquímicos y Tratamientos Electroquímicos”

Introducción.

La ingeniería de materiales no solo trata la estructura de cada uno y su uso.

También involucra los diferentes procesos que se llevan a cabo para un mejor

rendimiento.

Conocer las características de algunos de estos materiales contribuye a un mejor

uso, una mejor comprensión de la forma en que trabajan.

Además, beneficia el conocimiento en lo que respecta a la reacción que los

materiales tienen al ser sometidos a diferentes temperaturas o a diferentes

condiciones ambientales.

Es por eso, que la ingeniería involucra procesos como el de cianuración, nitrurado

y descarburizado.

Saber la manera en que operan y se desarrollan estos procesos, beneficia a quien

maneja o manipula los materiales que participan en estos procesos. Muchos de

estos procesos se utilizan para obtener una mejor forma o pureza de algunos

materiales.

De esta manera pueden ser utilizados para otros usos más complejos y dentro de

fabricación de materiales que así lo requieran.

Por esta razón, la ingeniería de materiales tiene una gran importancia en nuestra

vida. La mayoría ignora cuál es el proceso que hay detrás de los materiales con los

que se trabajan o cuentan, pero quien labora con ellos de manera profesional tiene

la obligación de conocer estos procesos, precisamente para eso, para que su

trabajo sea totalmente profesional.

Tratamientos térmicos

Los tratamientos termoquímicos, consisten en calentar un producto siderúrgico a una determinada temperatura en un medio capaz de cederle, carbono, carbono y nitrógeno, nitrógeno, etc., durante cierto tiempo y luego, en general enfriarlo en un líquido, al aire, dentro del horno o por contacto con un sólido.

Estos tratamientos tienen efecto solo superficial en las piezas tratadas y consiguen aumentar la dureza superficial de los componentes dejando el núcleo más blando y flexible. No solo se producen cambios en la estructura del acero, sino también en su composición química, añadiendo diferentes productos químicos durante el proceso del tratamiento.

Se efectúan en aceros de bajo porcentaje de carbono (menos del 0,30 % C) y requieren el uso de calentamiento y enfriamiento en atmósferas especiales. Los distintos tipos de tratamientos termoquímicos son:

· Carburación o cementación, cuando se adiciona carbono. · Nitruración, cuando se incorpora nitrógeno. · Cianuración y carbonitruración, cuando se incorpora carbono y nitrógeno. · Sulfinización, cuando se incorpora azufre.

Los tratamientos termoquímicos pertenecen a lo que se denominan tratamientos térmicos superficiales. Éstos tienen por objeto el endurecimiento de la superficie de los metales, y por consiguiente, el aumento de resistencia al desgaste, conservando su ductilidad y la tenacidad del núcleo.

En muchas aplicaciones es conveniente emplear una pieza de acero cuya porción interior o núcleo sea tenaz y dúctil y posea una superficie dura, que resista el desgaste y la corrosión.

Carburación o cementación (Carburizing)

DefiniciónLa carburación es un tratamiento termoquímico que consiste en calentar un producto siderúrgico durante cierto tiempo a una temperatura superior a Ac3, en un medio capaz de cederle carbono y luego enfriarlo en un líquido, al aire o por contacto con un sólido.

Objetivos de la carburaciónLa finalidad principal que se persigue mediante la incorporación de carbono y el temple posterior es obtener.

a) Dureza superficial elevada. b) Gran resistencia al desgaste. c) Núcleo resistente, dúctil o tenaz, de acuerdo con los requerimientos del uso. d) Elevación de límite de fatiga.

Este es el más viejo y uno de los más baratos métodos de endurecimiento superficial. Un acero de bajo carbono, generalmente como del 0.20% de carbono o menos, se coloca en una atmósfera que contiene grandes cantidades de monóxido de carbono. La temperatura usual de carburización es de 930ºC. A esta temperatura, tiene lugar la siguiente reacción:

Donde C (Fe) representa el carbono disuelto en austenita. La máxima cantidad de carbono que puede disolverse en austenita a 930ºC está señalada en el diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro en la línea Acm. Por lo tanto, rápidamente se forma una capa superficial de alto carbono (como del 1.2%). Como la parte interna es de b ajo contenido de carbono, los átomos de car bono que tratan de alcanzar el equilibrio empezarán a difundir hacia adentro. La rapidez de difusión del carbono en austenita, a una determinada temperatura, depende del coeficiente de difusión y del gradiente de concentración del carbono. Una vez que la difusión ha tenido lugar por la cantidad de tiempo requerida, dependiente de la profundidad deseada para la parte externa, la pieza se saca del horno y se enfría.

Si la pieza se enfría en un horno y se examina microscópicamente, el gradiente de carbono será visible en el cambio gradual de la estructura. En la superficie está la zona eutectoide de perlita con una red blanca de cementita, seguida sólo por la zona eutectoide de perlita y finalmente la zona eutectoide de perlita y ferrita, con la cantidad de ferrita aumentando hasta que se alcance la parte interna.

La ecuación de carburización dada anteriormente, es reversible y puede proceder a la izquierda, eliminando carbono de la capa superficial si el acero se caliente en una atmósfera que contiene dióxido de carbono (CO2). Esto se llama descarburización.

La descarburización puede prevenirse mediante una atmósfera endotérmica de gas en el horno, a fin de proteger la superficie del acero del oxígeno, del dióxido de carbono y del vapor de agua. Una atmósfera endotérmica de gas se prepara haciendo reaccionar mezclas relativamente ricas de aire y de gas hidrocarburo (por lo general, gas natural) en un generador calentado externamente en presencia de un catalizador de níquel.

Tipos de carburaciónLa carburación puede realizarse por tres procedimientos: carburación en fase sólida, carburación en fase gaseosa y carburación en fase líquida.

Carburación sólida

En esta técnica, la más antigua, las piezas a ser endurecidas se “emp acan” en una caja metálica junto con material carbonáceo (carbón vegetal) y materiales actuantes, tales como los carbonatos de sodio o de bario.

La caja cementante se calienta a temperaturas suficientemente altas para convertir el carbón en monóxido de carbono (entre 815 y 980ºC dependiendo del tipo de acero). Las piezas deben calentarse por encima de la temperatura de transformación superior, así ocurre la transformación a austenita.Durante el calentamiento, el monóxido de carbono penetra la superficie de las piezas y es absorbido por la austenita , produciendo una capa delgada de carbono e n la superficie. Las reacciones que se producen en la carburación, en fase sólida, son las siguientes:

En las primeras horas de calentamiento, la capa crece a una tasa de 0.25-0.50 mm por hora. Esta tasa cae luego de 5 o 6 horas a 0.13 mm. Después de 10 hs, la penetración de carbón está virtualmente agotada. Por lo tanto, luego de un período de 8 hs se ha producido una capa de aproximadamente 1.50 mm de profundidad, dependiendo de la temperatura y el tipo de acero empleado.

En la imagen siguiente se muestra un horno típico utilizado para la carburación en fase sólida.

Las principales ventajas de este método son que no requiere una atmósfera preparada y es eficiente y económico para el procesamiento individual de pequeñas cantidades de piezas, o de grandes piezas masivas. Las desventajas son que no es muy adecuado para producir partes delgadas superficiales carburizadas que deben controlarse a tolerancias reducidas; no puede proporcionar el estrecho con trol del carbono superficial que se obtiene mediante el método de carburización por gas; las piezas no pueden templarse directamente des de la temperatura de carburización; y se consume excesivo tiempo en calentar y enfriar la carga. Sumado a esto, es un método por “lotes” y n o se presta para alta producción.

Carburación gaseosa

En este método, el acero de bajo carbono se calienta dentro de un hor no lleno de un gas carbonáceo. El gas puede ser gas natural, etano, propano, butano, monóxido de carbono, o hidrocarburos fluidos vaporizados.

Los agentes carburantes están constituidos por una mezcla de un gas portador (normalmente endotérmico) y de un gas carburante (metano, propano, butano, etc.) Los hidrocarburos butano y propano, si se calientan a temperaturas de 500 a 600ºC, tienden a disociarse en metano, el cual a temperaturas elevadas sufre una reacción de pirolisis:

Los átomos de carbono del gas difunden hacia el interior de las piezas de acero. Como resultado, la capa exterior del acero se llena de carbono. Cuanto más tiempo se deje el acero en el horno, más profundo difunde el carbono.

Luego de que las piezas tienen una cantidad suficiente de carbono, puede n ser inmediatamente templadas para producir una capa dura.

Como en el caso de la carburación sólida, la carburación gaseosa requiere que las piezas se calienten hasta la temperatura de austenización para lograr una penetración completa del carbono. El calentamiento varía desde 815ºC hasta 980ºC, dependiendo del tipo de acero de bajo carbono.

Se utilizan distintos tipos de hornos para realizar carburación gaseosa. Los hornos continuos son los más utilizados hoy en día porque son más eficientes y me nos costosos que otros.

La carburación gaseos a presenta varias ventajas sobre la sólida. Es un proceso más rápido, y requiere menos mano de obra. La profundidad de penetración puede ser controlada más precisamente. Es más práctica cuando deben endurecerse cantidades m ás grandes.

La desventaja de la ca rburación es que los equipos y los materiales so n caros, mientras que la carburación sólida puede realizarse sin maquinaria especial.

Carburación líquida

Es un método de endurecimiento superficial de acero que consiste en colocar a éste en un baño de cianuro fundido, de modo que el carbono se difundirá desde el baño hacia adentro

del metal y producirá una parte superficial, comparable con la de la carburización por empaque o por gas. Puede distinguirse de la

Cianuración por el carácter y composición de la superficie dura producida. Las superficies endurecidas con cianuro son más altas en nitrógeno y más bajas en carbono; lo inverso es cierto para las superficies endurecidas por carburación por líquido.

El líquido carburizante puede ser cianuro de sodio (NaCN), cianuro de bario [Ba(CN)2], o cianuro de calcio [Ca(CN)2]. E l baño de sal suelecalentarse eléctricamente. E n la mayoría de los tanques, la solución es agita da para mantener un movimiento uniforme.

El mecanismo de la carburación denominada líquida se realiza también a través del estado gaseoso, pues el cianuro, a elevadas temperaturas, y en presencia de oxígeno, se descompone según las siguientes reacciones:

El agente carburante es el monóxido de carbono, que actúa conjuntamente con el nitrógeno. No obstante, la presencia de haluros de metales alcalinotérre os en el baño de cianuros fundidos, disminuye sensiblemente el contenido en nitrógeno de la zona carburada y favorece, por tanto, la difusión del carbono. La función desempeñada por el cloruro de bario, por ejemplo, en la carburación en fase líquida, se puede representar por las siguientes reacciones.

Donde (C) representa el carbono que pasa al acero por difusión.

La carburación líquida tiene varias ventajas sobre las carburaciones gaseosa y sólida. El líquido tiende a transferir el calor más rápidamente, entonces el carbono penetra el acero muy rápidamente en la primera hora de la carburación. Además, la carburación líquida es un proceso más eficiente para la producción de capas delgadas y uniformes. La capa es más uniforme porque el líquido tiende a fluir más uniformemente que el gas.

Sin embargo, existen también varias razones por las cuales la carburación líquida no siempre es la mejor técnica de cementación. En el baño de cianuro, siempre se absorbe algo de nitrógeno, que provoca un endurecimiento inmediato. Por lo tanto, estas piezas no pueden ser luego mecanizadas. Además, las sales de cianuro son tóxicas.

Las piezas deben ser enjuagadas luego de la carburización líquida para prevenir la corrosión. Esto toma tiempo y requiere equipamiento adicional.

Los baños de sales usualmente contienen cámaras pequeñas, por lo que resulta impráctico sumergir piezas grandes e irregulares. Por esta razón, la carburación líquida se utiliza para endurecer superficies de piezas pequeñas.

Nitruración (Nitriding)

DefiniciónSe entiende por nitruración al tratamiento termoquímico del acero al carbono y del acero aleado, en atmósfera de nitrógeno, con el cual se consiguen capas duras, resistentes al desgaste y a la corrosión, debido a la formación de nitruros de hierro, de cromo, de molibdeno, de vanadio, de níquel, etc.

Objetivos de la nitruraciónLa nitruración puede tener entre otros, algunos de los siguientes objetivos:

a) Producir elevada dureza superficial, que es obtenida sin posterior temple.

b) La elevada dureza superficial permanece inalterable aun cuando el metal se lo caliente hasta temperaturas de alrededor de 580ºC.

c) Resistencia al desgaste excepcional, especialmente para usos específicos, entre los que se incluye el caso de desgaste por contacto, metal con metal.

d) Baja tendencia al engrane, agarrotamiento o gripado, aún en condiciones deficientes de lubricación.

e) Aumento del límite de resistencia a la fatiga, particularmente reduce la sensibilidad a la entalladura.

f) Mejora notablemente la resistencia a la corrosión.

g) Mínima distorsión o alabeo de las piezas luego del tratamiento final de nitruración.

h) Salvo casos muy especiales, las piezas pueden nitrurarse, previamente rectificadas, es decir, en muchas aplicaciones no se requiere rectificado final.

DescripciónEste es un proceso para endurecimiento superficial de aceros aleados en una atmósfera constituida por una mezcla e n proporciones adecuadas de gas amoniaco y am oniaco disociado. La efectividad del proceso de pende de la formación de nitruros en el acero por la reacción de nitrógeno con ciertos elementos de aleación. Aunque, a temperaturas adecuadas y con la atmósfera apropiada, todos los aceros son

capaces de formar nitruros de hierro, los mejores resultados se obtienen en aquellos que contienen uno o más de los principales elementos de aleación que forman el nitruro. Estos elementos son aluminio, cromo y molibdeno. El nitrógeno debe proporcionarse en la forma atómica o naciente, en tanto que el nitrógeno molecular no reaccionará.

La nitruración se lleva a cabo calentando las piezas en un horno de atmósfera controlada, que se mantiene a temperatura comprendida entre 500 y 600º C y al que se hace llegar una corriente de amoníaco. En estas condiciones térmicas, el amoníaco, en contacto con la superficie de las piezas, se disocia de acuerdo con la siguiente reacción:

El nitrógeno atómico, antes de pasar a forma molecular, difunde desde la superficie del acero hacia el interior, formando nitruros con los elementos aleantes y con el hierro.

La operación de nitruración suele ser relativamente larga, pues, para conseguir espesores de capa de 0.5 mm, se necesitan períodos de tiempo del orden de 70 horas.

El mecanismo de endurecimiento superficial mediante nitruración, no es otro que la distorsión creada en la estructura cristalina del acero por precipitación de los nitruros. Los nitruros de los elementos de aleación, los cuales precipitan inmediatamente después de su formación, por este motivo, dificultan la difusión del nitrógeno hacia el interior de la pieza que se va a tratar.

La nitruración es un tratamiento final, en contraste con los demás procedimientos de endurecimiento superficial, que exigen la operación complementaria de temple.

Ventajas y desventajas

Ventajas

· Dureza. De todos los procesos de endurecimiento superficial, la nitruración provee la mayor dureza. Se han alcanzado valores de 70 en la escala Rockwell C.

· Dureza inmediata. Tan pronto como el nitrógeno se une a la superficie, la capa exterior se vuelve dura. No se require temple o recalentamiento. Esto ahorra tiempo.

· Temperatura de endurecimiento. Durante la nitruración, los átomos de nitrógeno se unen a la superficie de hierro a temperaturas inferiores a la de transformación del acero. Se usan calentamientos entre 480-540ºC. Es el único método de endurecimiento superficial que opera a temperaturas relativamente bajas, lo que es más conveniente y económico.

· Eliminación de la distorsión. La nitruración genera menos tensiones internas y más estabilidad dimensional en el acero. Esto se debe a la baja temperatura y a la ausencia de temple posterior.

· Resistencia a la corrosión. Las superficies nitruradas son más resistentes a la corrosión que la de otras piezas endurecidas superficialmente. No se ven afectadas por la humedad, condiciones salinas, agua, aceite, gasolina y otros agentes corrosivos.

· Resistencia térmica. El recalentamiento de las piezas a temperaturas entre 540-590ºC por un período pequeño de tiempo no afecta a las piezas nitruradas. Estas temperaturas, en cambio, ablandan a los aceros carburizados.

· Limpieza. Las piezas recientemente nitruradas no requieren limpieza. Las piezas carburadas sí, para prevenir la corrosión.

Desventajas

· Lentitud. Es el tratamiento de endurecimiento superficial más lento. Para completarse requiere varios días. Por esta razón, está limitado a la producción de capas muy delgadas.

· Costo. Es un proceso caro. El gas amoníaco es mucho más costoso que otros gases carburizantes. También el equipamiento es más costoso. Los aceros de bajo contenido en carbono no pueden ser nitrurados, ya que deben contener aleantes para formar nitruros, y estos aceros aleados con más costosos.

· Crecimiento en tamaño. A medida que las piezas toman nitrógeno, comienzan a hincharse. Esto puede afectar el dimensionamiento preciso.

En la mayoría de los casos, sin embargo, el crecimiento puede ser estimando de forma precisa.

· Maquinabilidad. Casi no pueden maquinarse las piezas nitruradas debido a que el endurecimiento ocurre casi inmediatamente. En este sentido, la carburación es más conveniente.

· Control. La nitruración requiere un control muy específico. La cámara de calentamiento debe mantenerse a baja temperatura y debe estar sellada con amoniaco gaseoso. El porcentaje de amoníaco debe ser cuidadosamente regulado por un operador experimentado.

Carbonitruración o nitrocarburación (Carbonitriding)

DefiniciónLa carbonitruración es un tratamiento termoquímico que consiste en calentar un producto siderúrgico a temperaturas comprendidas entre 700 y 890ºC, en un medio capaz de cederle carbono y nitrógeno, durante cierto tiempo, para luego enfriarlo en aceite, baños de sales, en algunos caos en agua y a temperaturas subcero.

Tanto el amoníaco como el gas natural se ponen en contacto con las piezas, produciendo una combinación de carburo de hierro y nitruros de hierro.

Objetivos de la carbonitruraciónLa carbonitruración, mediante la incorporación simultánea de carbono y nitrógeno, puede tener por objetivos algunas de las finalidades siguientes:

a) Lograr una elevada dureza superficial, aún mayor que la de carburación.

b) Aumentar la templabilidad de la capa periférica, gracias a la presencia del nitrógeno.

c) Utilizar temperaturas de tratamiento inferiores a las de carburización. d) Factibilidad de realizar el temple directo desde el medio cementante.

e) Mayor economía de combustible, mantenimiento de los equipos y menor costo de la pieza por utilizar en general aceros al carbono que son más baratos.

f) Lograr mayor resistencia a la corrosión, al desgaste y a la fatiga, presumiblemente debido a los compuestos formados sobre la superficie tratada.

DescripciónLa carbonitruración es un proceso de endurecimiento superficial en el cual un acero se calienta en una atmósfera gaseosa de tal composición que el carbono y el nitrógeno se absorben simultáneamente. El término carbonitruración es engañoso porque implica un proceso de nitruración m odificado. Realmente, la carbonitruración es un cambio de carburización, y el término nitrocarburización sería más descriptivo.

Las atmósferas utilizadas en carbonitruración generalmente

incluyen una mezcla de gas portador, gas enriquecedor y amoníaco. El gas portador suele ser una mezcla de nitrógeno, hidrógeno y monóxido de carbono producido en un generador endotérmico, como en el de carburización por gas. El gas portador se proporciona al horno bajo presión positiva a fin de prevenir infiltración por aire y actúa como una sustancia inerte para los gases activos (hidrocarburos y amoníaco), haciendo de este modo que el proceso se a más fácil de controlar. El gas enriquecedor es generalmente propano o gas natural y constituye la principal fuente para el carbono añadido a la superficie.

A la temperatura del horno, el amoníaco añadido (NH3) se disocia para proporcionar el nitrógeno a la superficie del acero.

Ocurrir con tasas de enfriamiento más lentas. Esto reduce las tensiones internas y las posibilidades de ruptura y distorsión. La presencia de nitrógeno en la austenita explica las principales diferencias entre carbonitruración y carburización. La austenita carbono-nitrógeno es estable a temperaturas inferiores que la austenita al carbono puro y se transforma con más lentitud al enfriarse, por lo tanto, la carbonitruración se puede efectuar a temperaturas inferiores y permite rapideces de enfriamiento más lentas que la carburación en la operación de endurecimiento.

Cianuración o carbonitruración líquida (Cyaniding)

DefiniciónLa cianuración o carbonitruración líquida, es un tratamiento termoquímico que consiste en calentar un producto siderúrgico, durante cierto tiempo, a una temperatura sobre el punto crítico inferior Ac1, en un medio capaz de cederle carbono y nitrógeno, para luego enfriarlo rápidamente en agua, aceite o baños de sales.Podría decirse que la cianuración es una forma de carbonitruración que utiliza líquido en vez de gas para impregnar la superficie de un acero con carbono y nitrógeno.

Objetivos de la cianuraciónLa Cianuración puede tener por finalidad algunos de los siguientes objetivos:

a) Producir una elevada dureza superficial. b) Lograr una buena resistencia al desgaste.

c) Obtener ambas características sobre superficies terminadas que no requieren rectificación o bien lograr una mínima deformación: alabeo o distorsión compatible con el uso.

DescripciónLa cianuración es similar a la carburación líquida en el hecho a que utiliza un baño de sal fundida para calentar el acero. El baño de sal está compuesto de sal de cianuro fundida, por ejemplo cianuro de sodio, cianuro de calcio, o cianuro de potasio. La mezcla que más se utiliza está formada por 30% NaCN, 40% Na2CO3 y 30% NaCl. Esta mezcla tiene un punto de fusión de 615ºC y se conserva estable, en condiciones de operación continuas.

Los agentes activos de endurecimiento de los baños de cianuración, carbono y nitrógeno no se producen directamente del cianuro de sodio (NaCN). El cianuro fundido se descompone ante la presencia de aire en la superficie del baño, para producir cianato de sodio (NaCNO), el cual a su vez se descompone como sigue:

El contenido de carbono de la superficie endurecida desarrollada en el baño de cianuro aumenta al incrementarse la concentración de cianuro del baño, proporcionando de este modo considerable flexibilidad. Un baño que opera a

843ºC y contiene aproximadamente 3% de cianuro puede utilizarse para restablecer el carbono en los aceros descarburizados, mientras que un baño con 30% de cianuro a la misma temperatura desarrollará una capa dura de 0.13 mm en la superficie de un acero al 0.65% de carbono en 45 min.

Generalmente se utilizan 3 tanques de calentamiento. El líquido del primer tanque se utiliza para precalentar las piezas. El segundo contiene una solución salina de 30% de NaCN que se utiliza para endurecer la capa. El tercer tanque es utilizado para el temple. Normalmente, las piezas se templan inmediatamente después de la cianuración. Debido a que el endurecimiento se debe principalmente al nitrogeno, el temple no debe ser rápido. Por lo tanto, las piezas cianuradas se templan en aceite más que en agua. Esto elimina riesgos

de distorsión y ruptura.Ventajas y desventajas de la cianuración

Ventajas

La cianuración es un proceso de endurecimiento superficial relativamente económico porque puede utilizarse aceros al carbono comunes. Es un proceso bastante rápido utilizado en aplicaciones que requieren una capa delgada y dura.

Desventajas

La cianuración puede ser un proceso riesgoso. Las sales de cianuro son venenosas, los humos resultantes pueden ser fatales si son inhalados. El área que rodea al horno debe estar muy bien ventilado.

Se deben tener cuidados especiales de seguridad cuando se manejan materiales cianurados. Si el líquido del baño de sal hace contacto con una herida abierta, los resultados pueden ser muy serios.

Sulfinización

DefiniciónEl sulfinizado es un tratamiento termoquímico, que consiste en calentar el acero, fundición y otros metales en un baño de sales alrededor de 570ºC, durante cierto tiempo en un medio capaz de cederle carbono, nitrógeno y azufre.

Objetivos del sulfinizadoEntre los objetivos que se logran con el sulfinizado, se citan los siguientes:

a) Mejorar la fricción, reduciendo el coeficiente de rozamiento.

b) Aumentar considerablemente la resistencia a la fatiga, por efecto de la microdureza que origina una caparazón dura.

c) Eliminar, en la mayoría de los casos, el agarre o gripado por frotamiento de metal con metal en virtud de la autolubricación por el azufre.

d) Tratar piezas rectificadas sin necesidad de una operación mecánica o térmica posterior.

e) Mejorar considerablemente la resistencia a la corrosión. Es necesario, sin embargo, realizar una limpieza muy cuidadosa para eliminar toda traza de sal.

f) Mejorar la resistencia al desgaste del acero rápido tratado, en particulas por la no adherencia en el útil, por frotamiento de la viruta del corte.

g) Mejorar las condiciones de trabajo de los bronces, cuando no tienen aleantes de punto de fusión inferior a 500ºC.

DescripciónLa Sulfinización es un tratamiento térmico superficial que tiene por objeto incorporar azufre a la capa superficial de la pieza que se va a tratar, para aumentar las propiedades antifricción y, por tanto, la resistencia al desgaste.

Este azufre se incorpora al material base en forma de sulfuros de manganeso, hierro, etc., y, cuando las condiciones de trabajo (presión y temperatura) de la pieza en servicio son las propias del gripado, se libre azufre de la superficie y actúa de lubricante.

La Sulfinización se realiza sumergiendo las piezas que se han de tratar en un baño de cianuro de sodio (95%) y sulfito de sodio (5%) fundidos. Las reacciones que tienen lugar son:

La operación suele durar de una a dos horas, pues para tiempos mayores se

consigue menos dureza superficial, porque existe mayor difusión de los componentes endurecedores.

Comparación de los distintos métodos de endurecimiento superficial

En la página siguiente se muestra un cuadro comparativo de las distintas técnicas de endurecimiento superficial. Puede utilizarse para elegir el tipo de tratamiento conveniente en una situación particular.

Proceso De Limpieza Del Electropulido

El electropulido es un tratamiento superficial mediante el cual el metal a ser pulido actúa como ánodo en una celda electrolítica, disolviéndose. Con la aplicación de corriente, se forma un film polarizado en la superficie metálica bajo tratamiento, permitiendo a los iones metálicos difundir a través de dicho film. Las micro y macro proyecciones, o puntos altos de la superficie rugosa, lo mismo que zonas con rebabas, son áreas de mayor densidad de corriente que el resto de la superficie, y se disuelven a mayor velocidad, dando lugar a una superficie más lisa, nivelada y/o rebabada. Simultáneamente, y bajo condiciones controladas de intensidad de corriente y temperatura, tiene lugar un abrillantamiento de la superficie.-

En aleaciones, como el acero inoxidable, se tiene además la ventaja adicional que, al ser el hierro un metal que se disuelve fácilmente, se incrementa el contenido de cromo y níquel en la superficie, aumentando así la resistencia a la corrosión.-

En una escala macroscópica, el contorno de una superficie maquinada se puede considerar como una serie de picos y valles. La profundidad de los mismos y la distancia entre los picos dependen de los métodos utilizados para producir la superficie.-

En una escala microscópica, la superficie es aún más compleja, con pequeñas irregularidades sobrepuestas a los picos y valles.-

Con el fin de producir una superficie verdaderamente lisa, ambos tipos de irregularidades (macroscópicas y microscópicas) deben ser eliminadas.-

Así, las funciones de un proceso de pulido ideal se pueden distinguir como:

a) Alisado: eliminación de las irregularidades a gran escala (tamaño superior a 1 micrón).-

b) Abrillantado: remoción de pequeñas irregularidades de un tamaño inferior a centésimas de micrón.-

Comparación Entre Pulido Mecánico Y Electrolítico Pulido Mecánico

La preparación mecánica de las superficies se puede dividir convenientemente en dos etapas:

1) Esmerilado; usando técnicas abrasivas para producir una superficie razonablemente lisa y plana.-

2) Pulido; usando abrasivos finos sobre poleas para dar una superficie lisa y brillante.

Se han realizado considerables esfuerzos para investigar la estructura de las superficies metálicas preparadas por estos métodos, y se ha establecido perfectamente que conducen a obtener una zona severamente deformada cercana a la superficie.

Esta zona tiene propiedades diferentes a las del metal de base y se produce fundamentalmente por un proceso de fluencia; esto es; bajo la intensa acción mecánica del pulido, el material de los picos es obligado a fluir para rellenar los valles.

Esta capa superficial recibe usualmente el nombre de "capa de Bielby", en honor a su descubridor, y tiene un espesor de varios micrones, espesor que se incrementa con la intensidad del pulido. La estructura resultante es prácticamente amorfa y contiene inclusiones de óxidos del metal de base y compuestos utilizados en las pastas de pulir.-

Se comprende entonces que las propiedades físico-químicas de la capa superficial obtenida por pulido mecánico son distintas a las del metal subyacente, originando tensiones mecánicas que, en determinadas condiciones, pueden dar lugar a procesos de corrosión.-

Electropulido

El electropulido (o pulido electroquímico, o pulido electrolítico) funciona básicamente debido que, al disolverse el metal bajo la circulación de corriente, se forma una capa viscosa de productos de la disolución, la cual se va difundiendo lentamente en el baño electrolítico.-

El espesor de esta capa no es constante, siendo mayor en los valles; y como su resistencia eléctrica es superior a la de la solución de electropulido, conduce a una disolución preferencial de los picos, y a una nivelación de la superficie.-

En la fig. nº 1 (a) se puede apreciar el esquema de un corte transversal (a escala microscópica) de la superficie al comienzo del procedimiento, y en la (b) cómo después de un tiempo de tratamiento la superficie se ha disuelto y comienza a "nivelarse".-

En este proceso no se forma una capa superficial como en el caso del pulido mecánico, ya que lo que se disuelve es el metal de base.-

El espesor de material disuelto varía entre 10 y 25 micrones, de acuerdo con la intensidad de corriente utilizada y el tiempo de exposición.-

En la fig. nº 2  se puede apreciar una microfotografía de una superficie tratada con esmeril 180, aumentada 50 veces. En la fig. nº 3, la misma superficie, después de electropulida. Se ve claramente la acción niveladora descripta en el esquema de la fig. nº 1

La fig. nº 4 es una microfotografía, con un aumento de 50 veces, de una superficie especular obtenida mediante un tratamiento mecánico con cepillo y pasta de pulir. Se aprecian claramente las pequeñas cavidades y rayas con bordes agudos, que dificultarán posteriormente las acciones de limpieza. En cambio, en la fig. nº 5, la misma superficie electropulida muestra la ausencia de huecos con bordes definidos. En este tipo de terminación no podrán alojarse materiales extraños.-

Por lo tanto, una superficie plana electropulida, aunque brillante, no tendrá el aspecto especular del pulido mecánico. Sin embargo, a nivel microscópico y sanitario, es mejor, y el usuario deberá comprender que una superficie similar a la de un espejo, no necesariamente implica que a nivel microscópico esté libre de imperfecciones que pueden alojar colonias de microorganismos y/o iniciar procesos de corrosión localizada.

Algunas Ventajas Del Electropulido

Enfocado al acero inoxidable, el uso de este proceso permite obtener superficies lisas y brillantes, de condiciones sanitarias, debido a la ausencia de rayaduras que impiden el acceso a los productos de limpieza y se convierten en focos de contaminación por microorganismos.-

Desde el punto de vista  técnico y económico, el pulido electroquímico permite:

- Tratar piezas de forma irregular y de gran tamaño, en un tiempo corto y con gran ahorro de mano de obra.-

- Aumentar la resistencia a la corrosión ya que el proceso permite eliminar las capas superficiales formadas por labores de laminación y pulido, dejando sobre la superficie terminada una capa de óxidos de cromo y níquel extremadamente delgada y transparente que le confiere una excelente pasividad en relación con numerosos reactivos químicos.-

- Eliminar la coloración debida a procesos de soldadura o calentamiento, ahorrándose el proceso manual de su eliminación. Cabe señalar, sin embargo, que si se desea una terminación uniforme, se debe realizar un decapado previo con el desoxidante-pasivador que provee nuestra Empresa.-

- Disminuir la tendencia en los líquidos y sólidos a adherirse a la superficie, mejorando los aspectos de limpieza y escurrido de las mismas, aspectos muy importantes en intercambiadores de calor, evaporadores, etc.-

- Pulir piezas de formas intrincadas, en las que el pulido mecánico resulta inaccesible. Esto es posible lograrlo en un solo tratamiento, proporcionando un aspecto uniforme en toda la superficie, lo cual sería difícil de lograr mediante métodos convencionales.-

- Disminuir el tiempo y costo del pulido, debido a la posibilidad de automatización del proceso, ahorro en insumos y mano de obra.-

Aplicaciones

De acuerdo con las características del proceso de electropulido explicado anteriormente, algunos de los posibles usuarios son:

- Industria alimenticia en general, fundamentalmente láctea, cervecera, vitivinícola y frigorífica.-

- Industrias químicas, del plástico, mecánicas, fotográfica, textil y del cuero.-

- Fabricantes de instrumental quirúrgico y odontológico.-

- Fabricantes de máquinas y elementos para la industria papelera.-

- Fabricantes de elementos ópticos, prótesis médicas, máquinas envasadoras, accesorios marinos, herramientas de corte, etc.

BibliografíaSturla, A.E. “Tratamientos térmicos de los aceros”. Tomo II. Ed. Nueva Librería. Buenos Aires, Argentina. 2002.

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