Endurecimiento de la superficie – Endurecimiento de la caja
El endurecimiento de la superficie o endurecimiento de la superficie es el proceso en el que se mejora la dureza de la superficie (carcasa) de un objeto, mientras que el núcleo interno del objeto permanece elástico y resistente. Después de este proceso , se mejoran la dureza de la superficie , la resistencia al desgaste y la vida útil a la fatiga . Esto se logra mediante varios procesos, como un proceso de carburación o nitruración mediante el cual un componente se expone a una atmósfera carbonosa o nitrogenada a temperatura elevada. Como se escribió, se influyen dos características principales del material:
- La dureza y la resistencia al desgaste se mejoran significativamente . En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie ( deformación plástica localizada ) y el rayado . La dureza es probablemente la propiedad del material menos definida porque puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la deformación o deformación plástica localizada. La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza.
- La tenacidad no se ve afectada negativamente . La tenacidad es la capacidad de un material para absorber energía y deformarse plásticamente sin fracturarse. Una definición de tenacidad (para alta tasa de deformación, tenacidad a la fractura ) es que es una propiedad que indica la resistencia de un material a la fractura cuando hay una grieta (u otro defecto que concentra la tensión).
Para el hierro o acero con bajo contenido de carbono, que tiene una templabilidad deficiente o nula, el proceso de cementación implica la infusión de carbono o nitrógeno adicional en la capa superficial. El endurecimiento de la caja es útil en piezas como una leva o una corona dentada que deben tener una superficie muy dura para resistir el desgaste, junto con un interior resistente para resistir el impacto que se produce durante la operación. Además, el endurecimiento de la superficie del acero tiene una ventaja sobre el endurecimiento mediante el endurecimiento (es decir, el endurecimiento del metal uniformemente en toda la pieza) porque los aceros de bajo y medio carbono menos costosos pueden endurecerse en la superficie sin los problemas de distorsión y agrietamiento asociados con el mediante el endurecimiento de secciones gruesas. Una capa superficial exterior rica en carbono o nitrógeno (o caja) se introduce por difusión atómica desde la fase gaseosa. La caja tiene normalmente del orden de 1 mm de profundidad y es más dura que el núcleo interno de material.
Recubrimientos de nitruro de titanio y carburo de titanio
Se pueden utilizar recubrimientos de nitruro de titanio (un material cerámico extremadamente duro) o de carburo de titanio en las herramientas fabricadas con este tipo de aceros mediante un proceso de deposición física de vapor para mejorar el rendimiento y la vida útil de la herramienta.
TiN tiene una dureza Vickers de 1800-2100 y tiene un color dorado metálico. Un uso bien conocido del recubrimiento de TiN es la retención de bordes y la resistencia a la corrosión en máquinas herramienta, como brocas y fresas, que a menudo mejoran su vida útil en un factor de tres o más.
El TiC es un material cerámico refractario extremadamente duro (Mohs 9–9,5), similar al carburo de tungsteno. También se utiliza como revestimiento de superficie resistente a la abrasión en piezas metálicas, como brocas de herramientas y mecanismos de relojes. El carburo de titanio también se utiliza como revestimiento de protección térmica para la reentrada atmosférica de naves espaciales.
Por ejemplo, acero de molibdeno de alta velocidad : AISI M2 es el HSS industrial «estándar» y más utilizado. Este tipo de acero se puede recubrir con nitruro de titanio. Los aceros de molibdeno de alta velocidad están designados como aceros del Grupo M según el sistema de clasificación AISI. M2 HSS tiene carburos pequeños y distribuidos uniformemente que le dan una alta resistencia al desgaste, aunque su sensibilidad a la descarburación es un poco alta. Por lo general, se usa para fabricar una variedad de herramientas, como brocas, machos de roscar y escariadores. El contenido de carbono y aleación está equilibrado a niveles suficientes para proporcionar una alta respuesta de endurecimiento alcanzable, excelente resistencia al desgaste, alta resistencia a los efectos de ablandamiento de la temperatura elevada y buena tenacidad para un uso eficaz en aplicaciones de corte industrial.
Otros métodos de endurecimiento de la caja
La cementación por tratamiento de superficie se puede clasificar además como tratamientos de difusión o tratamientos de calentamiento localizado. Los métodos de difusión introducen elementos de aleación que ingresan a la superficie por difusión, ya sea como agentes de solución sólida o como agentes de endurecimiento que ayudan a la formación de martensita durante el enfriamiento posterior. En este proceso, la concentración de elemento de aleación aumenta en la superficie de un componente de acero. Los métodos de difusión incluyen:
- Carburación . La carburación es un proceso de endurecimiento de la caja en el que la concentración de carbono en la superficie de una aleación ferrosa (generalmente un acero con bajo contenido de carbono) aumenta por difusión del entorno circundante. La carburación produce una superficie de producto dura y altamente resistente al desgaste (profundidad de caja media) con una excelente capacidad de carga de contacto, buena resistencia a la fatiga por flexión y buena resistencia al agarrotamiento.
- Nitruración . La nitruración es un proceso de cementación en el que la concentración de nitrógeno en la superficie de un ferroso aumenta por difusión del entorno circundante para crear una superficie cementada. La nitruración produce una superficie de producto dura y altamente resistente al desgaste (profundidades de caja poco profundas) con una buena capacidad de carga de contacto, buena resistencia a la fatiga por flexión y excelente resistencia al agarrotamiento.
- Aburrido . El borrado, también llamado boronizado, es un proceso de difusión termoquímica similar a la nitrocarburación en el que los átomos de boro se difunden en el sustrato para producir capas superficiales duras y resistentes al desgaste. El proceso requiere una alta temperatura de tratamiento (1073-1323 K) y una larga duración (1-12 h), y se puede aplicar a una amplia gama de materiales como aceros, fundición, cermet y aleaciones no ferrosas.
- Endurecimiento de titanio-carbono y nitruro de titanio . El nitruro de titanio (un material cerámico extremadamente duro) o los recubrimientos de carburo de titanio se pueden utilizar en las herramientas fabricadas con este tipo de aceros mediante un proceso de deposición física de vapor para mejorar el rendimiento y la vida útil de la herramienta. TiN tiene una dureza Vickers de 1800-2100 y tiene un color dorado metálico.
Los métodos de calentamiento localizados para el endurecimiento de la carcasa incluyen:
- Endurecimiento por llama . El endurecimiento por llama es una técnica de endurecimiento de la superficie que utiliza un solo soplete con un cabezal especialmente diseñado para proporcionar un medio muy rápido de calentar el metal, que luego se enfría rápidamente, generalmente con agua. Esto crea una «caja» de martensita en la superficie, mientras que el núcleo interno del objeto permanece elástico y resistente. Es una técnica similar al endurecimiento por inducción. Se necesita un contenido de carbono de 0,3 a 0,6% en peso de C para este tipo de endurecimiento.
- Endurecimiento por inducción . El endurecimiento por inducción es una técnica de endurecimiento de la superficie que utiliza bobinas de inducción para proporcionar un medio muy rápido de calentar el metal, que luego se enfría rápidamente, generalmente con agua. Esto crea una «caja» de martensita en la superficie. Se necesita un contenido de carbono de 0,3 a 0,6% en peso de C para este tipo de endurecimiento.
- Endurecimiento por láser . El endurecimiento por láser es una técnica de endurecimiento de la superficie que utiliza un rayo láser para proporcionar un medio muy rápido de calentar el metal, que luego se enfría rápidamente (generalmente por autoenfriamiento). Esto crea una «caja» de martensita en la superficie, mientras que el núcleo interno del objeto permanece elástico y resistente.
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