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La nitruración del acero es una tecnología relativamente nueva de saturación difusa de la capa superficial con nitrógeno. Su autor fue el académico N. P. Chizhevsky, quien propuso usar una técnica única para mejorar significativamente las propiedades de trabajo y los parámetros de los productos de acero. Hasta los años 20 del siglo pasado, el método no se utilizaba a escala industrial.

Principio de proceso

Si comparamos la nitruración con la cementación tradicional, la primera opción ofrece muchas ventajas significativas que no son típicas de otras tecnologías. Por esta razón, todavía se considera la mejor y más eficiente manera de procesar estructuras de acero para obtener indicadores de máxima resistencia sin el uso de tratamiento térmico adicional. Se considera que una ventaja de la técnica es la conservación del tamaño anterior de la pieza de trabajo, lo que permite que se aplique a los productos terminados que hayan sufrido un endurecimiento térmico con alto templado y rectificado hasta la forma final. La terminación exitosa de la nitruración permite el pulido final y otros tratamientos.

El proceso se realiza bajo la influencia del amoníaco, que se calienta a ciertas temperaturas. Como resultado, el material está saturado con nitrógeno y adquiere una masa de propiedades únicas, que incluyen:

  • mejora de la resistencia al desgaste de las piezas metálicas, que se garantiza al aumentar el índice de dureza de su capa superficial;
  • mayor resistencia o resistencia a la fatiga de la pieza de trabajo;
  • Adquisición de protección resistente a la corrosión, que permanece igual incluso cuando se expone al agua, aire y ambiente de gas-aire.

Las piezas tratadas con nitrógeno son mucho mejores que los productos similares que sucumben a la cementación. Se sabe que después del segundo procedimiento, la capa mantiene una dureza estable solo en las condiciones en que los índices de temperatura no superan los 225 grados. En el caso del nitrógeno, el umbral máximo alcanza los 550 a 600 grados. Esto se debe al desarrollo de la capa superficial, que es varias veces más fuerte que el endurecimiento y la cementación tradicionales.

Tratamiento con nitrógeno del acero.

El procedimiento se realiza en un entorno herméticamente sellado de hierro calentado a 500–600 grados Celsius, que se instala en el horno. La temperatura exacta de la mufla (retorta cerrada) está determinada por el modo y el resultado esperado. Lo mismo se aplica a la hora del procedimiento. El contenedor contiene elementos de acero, que serán saturados con nitrógeno.

En el proceso de realizar la acción, se suministra amoníaco a la retorta desde el cilindro, que se caracteriza por la capacidad de disociación (descomposición) bajo la influencia de una cierta temperatura. El mecanismo de nitruración se puede describir mediante la siguiente fórmula: 2 NH3 → 6H + 2N.

Como resultado, se forma una capa de nitruros en la superficie de los productos de hierro, que se caracterizan por una dureza especial. Tan pronto como se completa el procedimiento, el horno se enfría junto con una corriente de amoníaco. Tales acciones pueden corregir el efecto sobre la dureza de la capa y evitar la oxidación de la superficie.

El espesor de la capa de nitruro alcanza 0, 3-0, 6 milímetros. Como resultado, la necesidad de un tratamiento térmico para mejorar el rendimiento de la fuerza simplemente se pierde. La formación de la capa de nitrógeno se lleva a cabo de acuerdo con un esquema complejo; sin embargo, a través de estudios a largo plazo, los metalúrgicos lo estudiaron con el mayor detalle posible. Las siguientes fases ocurren en la aleación:

  • Solución sólida de Fe3N con un contenido de nitrógeno de 8.0 a 11.2%;
  • Solución sólida de Fe4N con un contenido de nitrógeno de 5.7–6.1%;
  • Solución N en la glándula α.

Si es posible llevar el proceso a una temperatura de 591 grados centígrados, esto nos permite observar otra fase α. Al alcanzar el límite de saturación, ocurre otra fase. La descomposición eutectoide produce un 2, 35% de nitrógeno.

¿Qué factores afectan la nitruración?

Los siguientes factores tienen un impacto clave en el procedimiento:

  • condiciones de temperatura;
  • presión de gas;
  • nitruración prolongada.

El resultado final se puede determinar por el grado de descomposición de la sustancia activa, que varía en el rango de 15 a 45%. Además, es importante considerar una característica: cuanto más altas son las lecturas de temperatura, peores son las características de resistencia de la capa de nitrógeno, pero mayor es la velocidad de difusión. La dureza se debe a la coagulación de los nitruros.

Para "exprimir" las propiedades positivas máximas del procedimiento y reducir el tiempo de procesamiento, algunos metalúrgicos practican un modo de operación de dos etapas . En la etapa inicial, el tocho de acero se enriquece con nitrógeno bajo la influencia de una temperatura de 525 grados. Esto es suficiente para enriquecer las capas superiores y aumentar la dureza.

La siguiente etapa implica el uso de un régimen de temperatura más alta de 600 a 620 grados centígrados. En este caso, la profundidad de la capa obtenida alcanza los valores especificados, y todo el proceso se acelera casi dos veces. Sin embargo, los indicadores de dureza siguen siendo los mismos que en el procesamiento de una sola etapa.

Variedades de acero mecanizado.

La metalurgia moderna utiliza tecnología de nitruración para tratar el carbono y los aceros aleados, donde la proporción de carbono es de 0.3 a 0.5% . El alto éxito del procedimiento se puede ver al elegir metales de aleación capaces de crear nitruros con alta resistencia al calor y dureza. Por ejemplo, la efectividad especial del proceso es típica cuando se usan aquellas estructuras que contienen aluminio, molibdeno, cromo y otras materias primas similares. Tales palanquillas de acero se llaman nitrallos.

El molibdeno es capaz de prevenir la fragilidad del temple, que es causada por el lento enfriamiento del acero después de la finalización exitosa del procesamiento. Como resultado, el material adquiere las siguientes características:

  • La dureza del acero al carbono - HV 200−250;
  • Aleación - HV 600−800;
  • Nitralloy hasta HV 1200 e incluso más alto;

Marcas recomendadas

La elección de los grados de acero específicos está determinada por el alcance de la operación del elemento metálico. La mayoría de los metalúrgicos distinguen los siguientes criterios:

  • Si necesita piezas con alta dureza superficial, elija la marca 38Х2МЮА. Tiene un alto contenido de aluminio, lo que provoca una baja resistencia a la deformación del producto. Si el aluminio está ausente en el acero, esto tiene un efecto negativo en la dureza y la resistencia al desgaste, aunque amplía el ámbito de aplicación y permite reproducir las estructuras y piezas de trabajo más complejas;
  • En la construcción de máquinas-herramienta, se utilizan grados mejorados de acero aleado 40X, 40HFA;
  • Si estamos hablando de la fabricación de piezas con un alto riesgo de cargas de flexión cíclica, utilice productos bajo las marcas 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА;
  • En cuanto a los conjuntos de combustible, donde se requiere el uso de productos metálicos sofisticados con una fabricación de alta precisión, tiene sentido optar por el modelo 30H3MF1;

Etapas del procedimiento

La etapa preparatoria, el tratamiento con nitrógeno y el acabado de la capa superficial de acero y aleaciones se llevan a cabo mediante varios pasos:

  • Preparación del metal mediante tratamiento térmico, durante el cual se realizan endurecimiento y alto temple. El interior del producto adquiere una característica viscosidad y resistencia. El endurecimiento se realiza bajo la influencia de altas temperaturas, hasta 940 grados. En el futuro, el material se enfría en aceite o agua. Las vacaciones se llevan a cabo a una temperatura de 600-700 grados centígrados, que es suficiente para ganar mayor dureza;
  • En cuanto al mecanizado de piezas en blanco, se completa con el método de trituración final del material. En el resultado final, la pieza se convierte en el tamaño correcto;
  • Es importante proporcionar una serie de medidas de precaución para aquellos elementos que deben estar saturados con nitrógeno. En el curso del procesamiento, se utilizan composiciones simples como vidrio líquido o estaño, que se aplican por electrólisis con una capa de no más de 0.015 milímetros. Esto le permite formar una película delgada que es impermeable al nitrógeno;
  • La siguiente etapa consiste en la nitruración utilizando la tecnología mencionada anteriormente;
  • En la etapa final, las piezas se llevan al estado esperado, y los lingotes de forma compleja con paredes delgadas se fortalecen a una temperatura de 520 grados centígrados.

En cuanto al cambio en las propiedades geométricas de la pieza después de la nitruración, se determina por el espesor de la capa saturada de nitrógeno resultante y las temperaturas utilizadas. En cualquier caso, las desviaciones de la forma esperada son menores.

Es importante comprender que la moderna tecnología de procesamiento mediante nitruración implica el uso de hornos de tipo de eje . Los indicadores de temperatura máxima alcanzan los 700 grados, por lo que la circulación de aire se hace forzada. La mufla está integrada en el horno o reemplazable.

Cuando se utiliza una mufla adicional, el proceso de procesamiento es mucho más rápido. Como resultado, la mufla de repuesto se carga inmediatamente cuando la primera está lista. Es cierto que este método no está muy extendido debido a los altos costos.

Opciones de medios para su procesamiento.

Actualmente, el tratamiento con nitrógeno de palanquillas de acero en un medio de amoníaco-propano es especialmente solicitado. En este caso, los metalúrgicos tienen la oportunidad de soportar materias primas bajo la influencia de 570 grados durante tres horas. La capa de carbonitruro formada en tales condiciones tiene un espesor mínimo, sin embargo, los indicadores de resistencia y resistencia al desgaste son mucho más altos que los de las variantes que se inventaron por el método habitual. La dureza de esta capa está en el rango de 600 a 1100 HV.

La tecnología es especialmente indispensable cuando se eligen productos de aleaciones aleadas o acero, que están sujetos a altos requisitos de resistencia operativa.

Tampoco una solución menos popular es el uso de la tecnología de descarga luminiscente, cuando el material se refuerza en un medio descargado que contiene nitrógeno, que conecta los productos metálicos al cátodo. Como resultado, la pieza de trabajo adquiere un electrodo cargado negativamente, y en la mufla, uno cargado positivamente.

La tecnología reduce la duración de la acción varias veces. Aparece una descarga entre el signo más y el signo menos, y los iones de gas actúan sobre la superficie del cátodo, calentándolo. Tal impacto se lleva a cabo en varias etapas:

  • La catarata del cátodo ocurre inicialmente;
  • luego limpiando la superficie;
  • luego la saturacion

En la primera etapa de pulverización, se mantiene una presión de 0, 2 milímetros de mercurio y un voltaje de 1400 voltios durante 5 a 60 minutos. En este caso, la superficie se calienta a 250 grados centígrados. La segunda etapa implica el uso de una presión de 1 a 10 milímetros de mercurio a una tensión de 400 a 1100 V. El procedimiento requiere de 1 a 24 horas.

Otro método de tratamiento muy eficaz es el proceso de tenifer, que consiste en nitruración en un líquido basado en un cianista fundido bajo la influencia de una temperatura de 570 grados centígrados.

Beneficios tecnológicos

Actualmente, la tecnología de nitruración se considera la solución más popular para lograr los mejores indicadores de rendimiento de las piezas metálicas. Con el enfoque correcto, se garantiza la mejor resistencia al desgaste, y las capas obtenidas como resultado de dicho tratamiento adquieren una alta resistencia a la corrosión. Las estructuras que han sido sometidas a tratamiento no requieren endurecimiento térmico adicional. Debido a estas características, se considera que la nitruración es el proceso clave de procesamiento de elementos en ingeniería mecánica, construcción de máquinas-herramienta y otras áreas donde se hacen grandes demandas en las partes componentes.

Sin embargo, además de numerosas ventajas, la tecnología tiene sus inconvenientes, que consisten en el alto costo y la duración del procedimiento. A una temperatura de 500 grados centígrados, el nitrógeno puede penetrar 0, 01 milímetros. En este caso, la duración total del proceso alcanza una hora.

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Categoría:

Metalurgia