Guía sencilla para el acabado de nitruración

El acabado de nitruración es una forma especial de tratar las piezas metálicas. Las hace muy duras, resistentes y duraderas. Es como dar a las piezas metálicas una fuerte capa de blindaje. Esta armadura evita que se rayen, desgasten u oxiden. Si trabaja con piezas metálicas que deben ser resistentes, este artículo es para usted. Le explicaremos el proceso de nitruración de forma sencilla. Aprenderá cómo funciona, por qué es bueno y cómo puede ayudarle a fabricar mejores productos.

¿Qué es el proceso de nitruración y cómo funciona?

La nitruración es un tipo de tratamiento térmico. Es un proceso de tratamiento superficial que se utiliza para endurecer el acero y otros metales ferrosos. La idea principal es poner nitrógeno en el exterior de una pieza metálica. Para ello, se calienta la pieza en un lugar especial con mucho nitrógeno. El nitrógeno penetra en el metal. Esto se llama difusión. Este proceso crea una capa exterior muy dura.

Esta capa exterior está llena de pequeños fragmentos duros llamados precipitados de nitruro. Esto hace que la superficie sea muy, muy dura. Es diferente de otras formas de endurecer el metal, como el carburizado. El proceso de nitruración se realiza a baja temperatura. Esto es muy bueno porque significa que las piezas no se doblan ni cambian mucho de forma. Hay muy poca distorsión, por lo que las piezas mantienen el tamaño correcto. El proceso de nitruración es una forma maravillosa de fortalecer las piezas sin los problemas derivados del uso de altas temperaturas.

¿Por qué es tan importante la protección contra el óxido con la nitruración?

Uno de los mejores aspectos de la nitruración es la gran resistencia a la corrosión que confiere a las piezas. Esto significa que ayuda a detener la oxidación. Cuando se nitrura una pieza, se crea una capa especial en la parte superior. Se denomina capa compuesta. Esta capa suele ser de nitruro de hierro. Funciona como una pared resistente. Esta pared impide que el aire y el agua lleguen al metal que hay debajo. Esto ayuda a detener el óxido y otros tipos de desgaste y corrosión.

Para muchas piezas, tener una buena resistencia a la corrosión es tan importante como su dureza. Por ejemplo, piense en componentes de armas de fuego o piezas que se utilizan en zonas húmedas. La resistencia a la corrosión que proporciona la nitruración hace que estas piezas duren mucho más. Incluso en el caso de un metal como el acero inoxidable, que ya resiste bien la oxidación, la nitruración puede mejorar aún más su resistencia a la corrosión. La capa de nitruro mejora la resistencia al desgaste y mantiene la pieza a salvo de daños. Esta resistencia adicional a la corrosión es una ventaja muy importante.

¿Cuál es la temperatura de proceso adecuada para la nitruración?

La temperatura del proceso de nitruración es muy importante. Normalmente se realiza a una temperatura entre 400°C y 575°C (750°F y 1065°F). Esta temperatura se elige con mucho cuidado. Tiene que ser lo suficientemente caliente para que funcione la difusión del nitrógeno. Pero no puede ser demasiado alta. Si la temperatura del proceso es demasiado alta, puede debilitar el interior de la pieza. Puede estropear la resistencia que la pieza adquirió en una etapa anterior de tratamiento térmico.

La baja temperatura del proceso es un gran punto a favor de la nitruración. Otras formas de endurecer el metal, como el carburizado, utilizan temperaturas mucho más elevadas. Ese calor elevado puede hacer que las piezas se doblen o cambien de forma. Con la nitruración, la distorsión es mínima. Esto significa que se necesita menos trabajo para reparar la pieza una vez tratada. La pieza mantiene su tamaño y forma. Esto puede ahorrarle mucho tiempo y dinero.

¿Cómo modifica la nitruración el acabado superficial de una pieza?

El acabado superficial de una pieza después de la nitruración suele ser muy agradable y suave. Como el proceso utiliza poco calor, el acabado superficial no se vuelve áspero. En muchos casos, las piezas están listas para su uso en cuanto se sacan del horno. No suelen necesitar grandes trabajos de pulido o amolado. Esto es algo estupendo si se tienen en cuenta otros métodos de tratamiento térmico que pueden dejar una superficie rugosa.

A veces, puede aparecer en la superficie una capa muy fina de color gris oscuro o negro. Se trata de una capa de óxido. Suele ocurrir con algunos tipos de nitruración, como el proceso de nitrocarburación. En realidad, esta capa de óxido es positiva. Puede mejorar la resistencia a la corrosión. También puede facilitar el deslizamiento de las piezas y reducir la fricción. Si necesita una superficie muy brillante, puede pulirla ligeramente. Pero no se debe pulir mucho. Un pulido fuerte podría eliminar la capa de nitruro duro.

¿Es necesario templar las piezas después de la nitruración?

Muy buena pregunta. La respuesta es no, no se templan las piezas después de nitrurarlas. Las piezas necesitan ser endurecidas y obtener su temple final antes de comienza el proceso de nitruración. La etapa de revenido confiere al interior de la pieza la resistencia y tenacidad adecuadas. Es muy importante que la temperatura para el revenido final sea superior a la temperatura que se utilizará para la nitruración. Debe ser al menos 30°C (50°F) más alta.

¿Por qué es tan importante? Si nitruramos una pieza a una temperatura superior a la temperatura final de revenido, el interior del metal se reblandecerá. Esto haría que toda la pieza fuera mucho más débil. Por lo tanto, la regla que hay que recordar es la siguiente: siempre endurecer y templar primero. De este modo, el interior de la aleación se mantiene fuerte mientras que la superficie exterior se endurece. Un buen revenido antes de la nitruración es el secreto de una pieza excelente.

¿Cómo controlar la profundidad de la caja en la nitruración?

La profundidad de la caja indica la profundidad a la que la dureza penetra en la superficie de una pieza. Con la nitruración, se puede modificar la profundidad de la caja de dos formas principales. La primera es el tiempo que la pieza permanece en el horno. La segunda es la temperatura del horno. Cuanto más tiempo se trate la pieza, más profundamente penetrará el nitrógeno en el metal. Esto hace que la profundidad de la caja sea mayor.

Una caja más profunda puede mejorar la resistencia a la fatiga de una pieza. Esto es importante para piezas que soportan mucha tensión, como un cigüeñal o un engranaje. Pero debe saber que este proceso lleva mucho tiempo. Conseguir una caja profunda puede ser muy lento, y a veces puede llevar más de 80 horas. Las personas que diseñan piezas deciden la profundidad de la carcasa adecuada para el trabajo que debe realizar la pieza. Para muchos trabajos, una carcasa fina es todo lo que se necesita para obtener una magnífica resistencia al desgaste.

¿Cuál debe ser el estado de la superficie antes del proceso?

El estado de la superficie de una pieza antes de introducirla en el horno es superimportante. La superficie debe estar totalmente limpia. No puede tener aceite, grasa, suciedad ni óxido. Cualquier suciedad que quede en la superficie puede impedir que el nitrógeno penetre en el metal. Esto causaría puntos blandos y el proceso no funcionaría bien.

Además, la superficie no puede tener capas de otros trabajos realizados. Por ejemplo, una superficie podría resultar dañada durante Mecanizado CNC. En ese caso, debe eliminarse parte del material con un poco de esmerilado o pulido para obtener un metal nuevo y limpio. Esto es aún más cierto para el acero inoxidable. El acero inoxidable tiene una capa natural que no se ve. Se trata de una capa de óxido que protege el metal. Esta capa debe eliminarse justo antes del proceso de nitruración. Si no se elimina, el nitrógeno no puede penetrar en el metal. Una superficie limpia es el primer paso para obtener una buena pieza nitrurada.

¿Cuáles son los distintos tipos de nitruración?

Existen tres tipos principales de nitruración. Cada uno es un poco diferente. Sirven para distintos tipos de trabajos.

1. Nitruración gaseosa: Es el tipo de nitruración más frecuente. Para la nitruración gaseosa, las piezas se introducen en un horno cerrado herméticamente. A continuación, se bombea un gas especial al horno. Normalmente se trata de gas amoniaco caliente. El gas amoniaco se rompe en la superficie del metal caliente y libera nitrógeno. Este nitrógeno pasa al acero. El flujo de gas debe vigilarse muy de cerca. La nitruración gaseosa es una buena opción para hacer muchas piezas a la vez.
2. Nitruración en baño salino: En la nitruración en baño salino, las piezas se introducen en una cuba de sal líquida caliente. Esta sal contiene mucho nitrógeno y un poco de carbono. A veces se denomina nitruración líquida. La nitruración en baño salino es muy rápida. Proporciona a las piezas una gran resistencia al desgaste y a la corrosión. A menudo se utiliza para un tipo especial de nitruración denominada nitrocarburación.
3. Nitruración por plasma: Esta es la forma más novedosa de hacerlo. En la nitruración por plasma, las piezas se introducen en un horno de vacío. A continuación, el horno se llena con una mezcla de gases especiales, como nitrógeno e hidrógeno. Después, se utilizan campos eléctricos para hacer que el gas se ilumine, casi como un letrero de colores. Este gas incandescente se llama plasma. El plasma contiene iones de nitrógeno. Estos iones se inyectan en la superficie de la pieza. La nitruración por plasma le ofrece el mejor control sobre todo el proceso. Si es necesario, puede utilizar gas nitrógeno puro. Es una gran opción para el acero inoxidable porque el plasma limpia la superficie y elimina la dura capa de óxido.

Here is a simple table to show how they are different:

¿Qué tipo de materiales se pueden templar con nitruración?

La nitruración es mejor para determinados tipos de acero. No sirve para todos los metales. Los mejores materiales son los aceros aleados que contienen elementos de aleación especiales. Son los llamados elementos nitrurantes. Estos elementos son muy buenos en la captura de nitrógeno para hacer los bits de nitruro súper duro que queremos. Los mejores elementos para esta tarea son el aluminio, el cromo y el molibdeno.

He aquí algunos materiales que son buenos para la nitruración:

• Aceros de baja aleación que tienen cromo y molibdeno. Se utilizan muy a menudo para piezas nitruradas.
• Los aceros para herramientas, como el H13, suelen estar nitrurados. Se utilizan para fabricar, por ejemplo, matrices de extrusión.
• El acero inoxidable es una gran elección. La nitruración de los aceros inoxidables mejora mucho la dureza de su superficie. También evita que se peguen o se rayen, lo que constituye un problema llamado hiel. Todos los tipos de acero inoxidable, incluso el acero inoxidable austenítico, pueden tratarse con nitruración por plasma.
• Los hierros fundidos también pueden nitrurarse. La superficie nitrurada hace que los hierros fundidos sean mucho más resistentes y duraderos.

En realidad no se puede endurecer un acero al carbono simple con nitruración. Esto se debe a que no contiene los elementos de aleación adecuados. Sin esos elementos, el nitrógeno no puede fabricar los trozos duros que dan la alta dureza superficial.

¿Para qué se suelen utilizar las piezas nitruradas?

Puede encontrar piezas nitruradas en muchas máquinas que ve y utiliza a diario. La nitruración se suele aplicar a piezas que deben ser resistentes al desgaste y la fatiga. Como el revestimiento es tan resistente, es perfecto para piezas que rozan entre sí. La baja fricción de una superficie nitrurada también es de gran ayuda.

He aquí algunos ejemplos en los que se utiliza una pieza nitrurada para endurecer la superficie:

• Piezas del motor: El cigüeñal, el árbol de levas y las piezas de las válvulas suelen estar nitruradas. Esto les ayuda a durar millones de vueltas y movimientos dentro del motor de un coche.
• Engranajes: Un engranaje en un coche o una máquina necesita una superficie muy dura. Esto evita que los dientes del engranaje se desgasten. Un engranaje nitrurado es muy resistente y dura mucho tiempo.
• Herramientas para fabricar cosas: Las piezas como los tornillos de extrusión y las matrices que dan forma al plástico y al metal están nitruradas. Su elevada dureza superficial les permite dar forma a otras cosas sin desgastarse.
• Componentes de armas de fuego: Muchas piezas de un arma están nitruradas. Esto les da un acabado duro, negro y duradero que también es muy bueno para detener el óxido.
• Cojinetes y casquillos: Para las piezas que giran o se deslizan, una superficie nitrurada significa menos fricción. Ayuda a evitar que se atasquen entre sí.

Cualquier pieza que necesite una superficie muy dura y gran resistencia al desgaste puede mejorarse con el proceso de nitruración.

Aspectos clave

• La nitruración es un tipo de tratamiento térmico. Introduce nitrógeno en la superficie de un metal para endurecerlo.
• Proporciona a las piezas una sorprendente resistencia al desgaste y una gran resistencia a la corrosión.
• El proceso utiliza poco calor. Esto significa que las piezas no cambian mucho de forma o tamaño.
• Los principales tipos son la nitruración por gas, la nitruración en baño salino y la nitruración por plasma. La nitruración por plasma es la que ofrece mayor control.
• La nitruración funciona mejor en aceros aleados y aceros para herramientas. Estos aceros contienen elementos como el cromo o el aluminio.
• Las piezas deben estar totalmente templadas y revenidas antes de se inicia el proceso de nitruración.
• Suele utilizarse para piezas de motor como el cigüeñal, así como engranajes y herramientas que necesitan una superficie muy resistente.