tratamientos para metales

1. 5.1 UTILIZAR LOS DIAGRAMAS T.T.T. Y C.C.T. PARA DETERINAR LAS
CARACTERISTICAS FISICAS DESEABLES DEL PRODUCTO.
5.2 DESCRIBIR LOS PRINICIPALES PROCESOS DE TRATAMIENTOS
TERMICOS.
A) RECOCIDO
. B) NORMALIZADO.
C) TEMPLE
D) REVENIDO.
5.3 DESCRIBIR LOS PRINCIPALES PROCESOS DE TRATAMIENTOS T
ERMOQUIMICOS.
A) CEMENTACION.
B) CARBONITRURACION.
C) CIANURACION.
D) NITRURACION.

2. • Clasificación de los materiales La manera más general de clasificación
de los materiales es la siguiente:
• a. Metálicos
• Ferrosos
• No ferrosos
• b. No metálicos
• Orgánicos
• Inorgánicos
Metales Ferrosos
• Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal
componente es el fierro, sus principales características son su gran
resistencia a la tensión y dureza. Las principales aleaciones se
logran con el estaño, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio.

3. • Los principales productos representantes de los materiales
metálicos son:
• Fundición de hierro gris
• Hierro maleable
• Aceros
• Fundición de hierro blanco
• Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1425ªC y
uno de sus principales problemas es la corrosión.
• Metales no Ferrosos
• Por lo regular tienen menor resistencia a la tensión y dureza que los
metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosión es
superior. Su costo es alto en comparación a los materiales ferrosos
pero con el aumento de su demanda y las nuevas técnicas de
extracción y refinamiento se han logrado abatir considerablemente
los costos, con lo que su competitividad ha crecido notablemente en

4. • Los principales metales no ferrosos utilizados en la manufactura
son:
• Aluminio
• Cobre
• Magnesio
• Níquel
• Plomo
• Titanio
• Zinc
• Los metales no ferrosos son utilizados en la manufactura como
elementos complementarios de los metales ferrosos, también son
muy útiles como materiales puros o aleados los que por sus
propiedades físicas y de ingeniería cubren determinadas exigencias
o condiciones de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre, plomo,
estaño) y el latón (cobre zinc).

5. • Materiales no Metálicos
• Materiales de origen orgánico
• Materiales de origen inorgánico
• Materiales orgánicos
• Son así considerados cuando contienen células de vegetales o
animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en
líquidos orgánicos como el alcohol o los tretracloruros, no se
disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de
los representantes de este grupo son:
• Plásticos
• Productos del petróleo
• Madera
• Papel
• Hule
• Piel

6. • Materiales de origen inorgánico
• Son todos aquellos que no proceden de células animales o vegetal
o relacionados con el carbón. Por lo regular se pueden disolver en
el agua y en general resisten el calor mejor que las sustancias
orgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en
la manufactura son:
• Los minerales
• El cemento
• La cerámica
• El vidrio
• El grafito (carbón mineral)

7. • Los materiales sean metálicos o no metálicos, orgánicos o
inorgánicos casi nunca se encuentran en el estado en el que van a
ser utilizados, por lo regular estos deben ser sometidos a un
conjunto de procesos para lograr las características requeridas en
tareas específicas. Estos procesos han requerido del desarrollo de
técnicas especiales muy elaboradas que han dado el refinamiento
necesario para cumplir con requerimientos prácticos. También
estos procesos aumentan notablemente el costo de los materiales,
tanto que esto puede significar varias veces el costo original del
material por lo que su estudio y perfeccionamiento repercutirán
directamente en el costo de los materiales y los artículos que
integraran.
• Los procesos de manufactura implicados en la conversión de los
materiales originales en materiales útiles para el hombre requieren
de estudios especiales para lograr su mejor aplicación, desarrollo y
disminución de costo. En la ingeniería la transformación de los
materiales y sus propiedades tienen un espacio especial, ya que en
casi todos los casos de ello dependerá el éxito o fracaso del uso de
un material.

8. • Estructura de los metales
• Todos los materiales están integrados por átomos los que se
organizan de diferentes maneras, dependiendo del material que se
trate y el estado en el que se encuentra. Cuando un material se
encuentra en forma de gas, sus átomos están más dispersos o
desordenados (a una mayor distancia uno de otro) en comparación
con los átomos de ese mismo material pero en estado líquido o
sólido. Existen materiales en los que sus átomos siempre están en
desorden o desaliniados aún en su estado sólido, a estos
materiales se les llama materiales amorfos, un ejemplo es el vidrio,
al que se considera como un líquido solidificado.
• En el caso de los metales, cuando estos están en su estado sólido,
sus átomos se alinean de manera regular en forma de mallas
tridimensionales. Estas mallas pueden ser identificadas fácilmente
por sus propiedades químicas, físicas o por medio de los rayos X.
Cuando un material cambia de tipo de malla al modificar su
temperatura, se dice que es un material polimorfo o alotrópico.

9. • Cada tipo de malla en los metales da diferentes propiedades, no
obstante que se trata del mismo material, así por ejemplo en el caso
del hierro aleado con el carbono, se pueden encontrar tres
diferentes tipos de mallas: la malla cúbica de cuerpo centrado, la
malla cúbica de cara centrada y la malla hexagonal compacta.
Cada una de estas estructuras atómicas tienen diferentes números
de átomos, como se puede ver en las siguientes figuras.
Malla cúbica de
cuerpo centrado
Malla cúbica de
cara centrada
Malla hexagonal
compacta

10. • La malla cúbica de cuerpo de cuerpo centrado. Es la estructura que
tiene el hierro a temperatura ambiente, se conoce como hierro alfa.
Tiene átomos en cada uno de los vértices del cubo que integra a su
estructura y un átomo en el centro. También se encuentran con
esta estructura el cromo, el molibdeno y el tungsteno.
• La malla cúbica de cara centrada aparece en el hierro cuando su
temperatura se eleva a aproximadamente a 910ºC, se conoce
como hierro gamma. Tiene átomos en los vértices y en cada una de
sus caras, su cambio es notado además de por los rayos X por la
modificación de sus propiedades eléctricas, por la absorción de
calor y por las distancias intermoleculares. A temperatura elevada
el aluminio, la plata, el cobre, el oro, el níquel, el plomo y el platino
son algunos de los metales que tienen esta estructura de malla.
• La malla hexagonal compacta se encuentra en metales como el
berilio, cadmio, magnesio, y titanio. Es una estructura que no
permite la maleabilidad y la ductilidad, es frágil.

11. • Modificar a una malla de un metal permite la participación de más átomos
en una sola molécula, estos átomos pueden ser de un material aleado
como el carbón en el caso del hierro, lo que implica que se puede diluir más
carbón en un átomo de hierro. Si se tiene en cuenta que el carbón es el
que, en ciertas proporciones, da la dureza al hierro, entonces lo que se
hace al cambiar la estructura del hierro es permitir que se diluya más
carbón, con lo que se modifican sus propiedades.
• Otra de las características de los metales que influye notablemente en sus
propiedades es el tamaño de grano, el cual depende de la velocidad de
enfriamiento en la solidificación del metal, la extensión y la naturaleza del
calentamiento que sufrió el metal al ser calentado.
• Grano de las estructuras metálicas
• Cuando un metal en su estado líquido se enfría sus cristales se van
solidificando formando estructuras dendríticas, las que crecen uniformes
hasta que se encuentran con otra estructura que también ha estado
creciendo, en ese lugar de encuentro de las dos estructuras se forman los
límites de los granos de los materiales. Entre más lento el enfriamiento de
un material, mayor uniformidad en el crecimiento de los granos, o sea estos
serán de menor tamaño.

12. • Un material con granos pequeños será más duro que un con granos
grandes, debido a que los granos grandes tienden a fracturarse y deslizarse
uno sobre el otro, lo que no sucede con los granos pequeños.
• La mejor forma de determinar el tamaño de grano de un material es por
medio de microscopio metalúrgico, el que actúa por medio de un rayo de
luz que se lanza sobre una superficie pulida al espejo y limpiada con una
mezcla de 3% de ácido nítrico y 97% de alcohol, para eliminar lo que se
conoce como metal untado.
Microscopio para la medición de grano en un metal

13. • Solidificación y aleación de los metales, diagrama HHC
• Los metales al ser calentados pueden modificar su estado físico pasando
por varias etapas, las que van desde la alteración de algunas de sus
propiedades hasta en cambio de su estado sólido al líquido. El qué tan
rápido o con qué tanta energía se logra un cambio de estado en un metal
dependerá de los materiales que lo integran. Se debe recordar que casi
nunca se utilizan metales puros. A la combinación química de dos o más
metales se le llama aleación y las propiedades de las aleaciones dependen
también de los metales que la integran.
• Algunas de las aleaciones más utilizadas en los procesos de manufactura
son:
• Latón rojo o amarillo (cobre zinc)
• Bronce (cobre, estaño, zinc, plomo)
• Aluminio, cobre, magnesio, silicio y zinc
• Hierro, carbón, cobalto, tungsteno, vanadio, etc.
• Cobre, oro, plata

14. • Existen tablas y normas internacionales que especifican la
nomenclatura y los componentes específicos de cada una de las
diferentes aleaciones. Las aleaciones antes señaladas son sólo
algunas de las más, existen cientos más de ellas.
• Una de las herramientas que nos permiten conocer de manera
sencilla y rápida algunas de las características de las aleaciones
son los diagramas de las aleaciones. Uno de los diagramas de
aleaciones más conocido y utilizado del Hierro y el carbono.
También conocido como diagrama hierro, hierro, carbono (HHC).
• Con este diagrama se pueden obtener las temperaturas de cambio
de sus estructuras cristalinas; también se pueden conocer las
temperaturas a las que se da el cambio de fase de un hierro. En
función a la cantidad de carbón que contiene el metal se puede
estimar la temperatura a la que se derretirá y a la que se volverá
pastoso.

16. • En el eje horizontal del diagrama de Hierro, hierro, carbono se ubica
el porcentaje de carbono que puede estar diluido en el hierro y en el
eje vertical se señalan las temperaturas a las que van sucediendo
los cambios señalados en el cuerpo de la gráfica.
• Al conocer la cantidad de carbono que tiene un hierro se pueden
estimar la temperatura a la que se debe elevar para que se den los
diferentes cambios de estructura o de estado. Por ejemplo si se
tiene un hierro con 0.4% de carbón, se deberá elevar su
temperatura hasta los 723°C para que el hierro alfa y la perlita
empiecen a convertirse en austenita y ferrita. Aproximadamente a
los 800°C ese mismo hierro cambiará su estructura a hierro
gamma, en donde su componente principal es la austenita, a los
1480°C empieza a fundirse y arriba de los 1520°C se ha fundido
todo.
• A los hierros que están debajo de 0.8% de carbón se les llama
hipoeutectoides y a aquellos que tienen más de 0.8% de carbón se
llaman hipereutectoides. El punto eutéctico es aquel en el que se
logra la máxima dilusión de carbón posible en un hierro a la menor
temperatura. En caso de los hierros con carbón el punto eutéctico
se da con 0.8% de carbón y a 723°C.
• Cada vez que se rebasa una zona en la gráfica de HHC, se está
cambiando de estructura en el hierro que se está tratando.

17. • hierros y aceros De acuerdo al diagrama de hierro, hierro,
carbono el hierro puede aceptar determinadas cantidades de
carbón diluidas, estas cantidades nunca son superiores al 4%. En
los casos en los que se rebasa el 4% de carbón el hierro es de muy
baja calidad.
• Los hierros más utilizados en los procesos de manufactura son los
siguientes:
• Hierro dulce C < 0.01
• Aceros C entre 0.1 y 0.2 %
• Hierro fundido C > 2.0% pero < 4.0%
• Algunos ejemplos de los materiales producidos con los diferentes
hierros:
• Fierro "puro". Por lo regular es utilizado para la generación de
aleaciones especiales.

18. • Hierro forjado. Lámina negra o material para la formación de
objetos por medio de laminado o forja.
• Acero. Materiales con requerimientos especiales de resistencia a la
tracción, fricción y tenacidad.
• Hierro fundido. Artículos sin gran calidad pero con gran dureza y
muy frágiles.
• propiedades de los metales
• Las principales propiedades de los materiales incluyen densidad,
presión de vapor, expansión térmica, conductividad térmica,
propiedades eléctricas y magnéticas, así como las propiedades de
ingeniería.
• En los procesos de manufactura son de gran importancia las
propiedades de ingeniería, de las que destacan las siguientes:

19. • Resistencia a la tensión
• Resistencia a la compresión
• Resistencia a la torsión
• Ductilidad
• Prueba al impacto o de durabilidad
• Dureza
• Cada una de las propiedades antes señaladas requiere de un
análisis específico y detallado, lo que se da en asignaturas como
las de ciencia de materiales y resistencia de materiales. A
continuación sólo se presentan algunas de sus principales
características.

20. • Resistencia a la tensión
• Se determina por el estirado de los dos extremos de una probeta
con dimensiones perfectamente determinadas y con marcas
previamente hechas.
• Al aplicar fuerza en los dos extremos se mide la deformación
relacionándola con la fuerza aplicada hasta que la probeta rebasa
su límite de deformación elástica y se deforma permanentemente o
se rompe.
• Los resultados de las pruebas de resistencia a la tensión se
plasman en series de curvas que describen el comportamiento de
los materiales al ser estirados.
• Varias de las características de ingeniería se proporcionan con
relación a la resistencia a la tensión. Así en algunas ocasiones se
tienen referencias como las siguientes:

21. • La resistencia al corte de un material es generalmente el 50% del
esfuerzo a la tensión.
• La resistencia a la torsión es alrededor del 75% de la resistencia a
la tensión.
• La resistencia a la compresión de materiales relativamente frágiles
es de tres o cuatro veces la resistencia a la tensión.
• En los siguientes diagramas se muestran algunos de los
procedimientos comunes para aplicar las pruebas de resistencia al
corte, la compresión, la fatiga o durabilidad, el impacto, la torsión y
de dureza.

23. • Dureza
• Por lo regular se obtiene por medio del método denominado resistencia a la
penetración, la cual consiste en medir la marca producida por un penetrador
con características perfectamente definidas y una carga también definida;
entre más profunda es la marca generada por el penetrador de menor
dureza es el material.
• Existen varias escalas de dureza, estas dependen del tipo de penetradores
que se utilizan y las normas que se apliquen. Las principales pruebas de
dureza son Rockwell, Brinell y Vickers.
• Las dos primeras utilizan penetradores con cargas para generar marcas en
los metales a probar, posteriormente se mide la profundidad de las marcas.
En algunas publicaciones se considera a la prueba Rockwell como la
prueba del sistema inglés y a la Brinell como la del sistema métrico.
(observe las tablas de relación de durezas)
• La dureza Vickers se logra por medio de una prueba denominada el
métodos Escleroscópico Shore en el que consiste en dejar caer un
martinete de diamante de 2,3 g, sobre el material a probar y medir la altura
del rebote. A mayor rebote mayor será su dureza.

24. USO DEL DIAGRAMA TTT
• Fase: es la parte del material que tiene comportamiento
homogéneo, estructura homogénea y es físicamente
diferenciable.
• En un diagrama de fases sólo aparecen las fases
• termodinámicamente estables o de equilibrio.+
• Aplicación en el caso de los materiales
• Diagramas de fases binarios: para la construcción se
cogen diferentes aleaciones y las diversas curvas de
enfriamiento de las aleaciones.

26. • Estudios de las curvas:
• I: la T disminuye hasta que se estabiliza ! se solidifica (Tsolid)
• IV: la T disminuye hasta que se estabiliza ! se fusiona (Tfus)
• II, III: durante la solidificación coexisten líquido y sólido variando sus
concentraciones. La línea resultante de todos los comienzos de
solidificación se llama líquidus, por encima de la cual sólo hay líquido. Por
otra parte, la línea de todos los comienzos de fusión se llama solidus, por
debajo de la cual sólo hay sólido. Entre líquidus y sólidus coexisten líquido y
sólido.
• Cuando enfriamos y ya tenemos el sólido no se ha acabado el proceso,
habrán transformaciones en estado sólido que deberán aparecer en el
diagrama.
• · Diagrama típico de las aleaciones (fotocopias): presentan solubilidad total
del sólido y del líquido. Puntos importantes:
• Al llegar a 1 empieza a formarse sólido, se puede leer la composición.
• En 2 existen líquido y sólido, se pueden leer las composiciones, y las
proporciones de cada componente según la regla de la palanca.

27. • Ejemplo típico: Cd-Bi
• Se produce una solubilidad total del líquido e insolubilidad total del sólido.
No se puede preparar una solución sólida, ni de Cd en Bi, ni de Bi en Cd.
Puntos importantes:
• Punto eutéctico: la aleación se comporta, desde el punto de vista de la
solidificación, como un material puro (porque el paso de líquido a sólido se
produce a una T única).
• No se pasa de un líquido a un sólido sino a dos sólidos íntimamente unidos
que forman una sola fase. La presencia del eutéctico hace que el diagrama
presente dos partes diferenciables:
• Parte izquierda: aleaciones hipoeutécticas.
• Parte derecha: aleaciones hipereutécticas.
• Aleaciones hipoeutécticas: al llegar a la Teut tiene la composición eutéctica
(60/40). En el sólido tendremos dos fases: Cd formado entre líquido y
sólido,y el eutéctico

29. • Cd+Bi).
• I: al atravesar la línea de líquido se forma Cd de composición pura (P1); a
medida que bajamos hay más Cd y el líquido se va enriqueciendo en Bi
(P2). En P3 el líquido que nos queda tiene la composición eutéctica.
• Aleaciones hipereutécticas:
• III: Al atravesar la línea de liquidus aparece Bi y se irá formando hasta llegar
a la línea de solidus.
• Aleaciones poliméricas
• Estructura formada por la repetición de un monómero. El tipo de unión de
estos monómeros determinará sus propiedades.
• Propiedades:
• Ligeros
• Resistentes

30. • Baratos
• Versátiles
• Existen diferentes tipos de aleaciones de polímeros según el
mecanismo de formación:
• Mezclas: si los polímeros son miscibles sólo se observa una fase,
sino se produce una separación de fases.
• Copolímerización: reacción entre dos monómeros diferentes para
formar un polímero combinado.

31. • 1.) DEFINICIÓN DE ACERO:
• Según la norma UNE 36-004 es la siguiente:
• "Material en el que el hierro es predominante y cuyo contenido en
carbono es, generalmente, inferior al 2% y contiene otros
elementos. Aunque un limitado número de aceros puede tener
contenidos en carbono superiores al 2% este es el límite habitual
que separa el acero de la fundición".
• 2.) ORÍGENES DEL ACERO:
• Nuestros antepasados metalúrgicos se las ingeniaron para producir
la "reducción directa" del mineral que contenía el hierro, rodeándolo
totalmente de carbón de leña y provocando la combustión de este
último.

32. • Los métodos rudimentarios de que disponían para activar la
combustión, no permitían lógicamente obtener una temperatura lo
suficientemente elevada para fundir el metal. En su lugar, obtenían
una masa esponjosa, pastosa, mezcla de hierro y escoria, que
había que martillear repetidamente al rojo vivo, para eliminar la
escoria e impurezas. Estos martilleos, además, lo endurecían,
consiguiendo así barras de hierro forjado resistente y maleable, que
no eran otra cosa que un tipo primitivo del acero.
• Más tarde conseguirían pasar el mineral a la forma líquida ("hierro
colado") con la combustión del carbono vegetal. Para llegar al acero
que ahora conocemos, hubo que sustituir el carbono vegetal por el
coque, aumentar (progresivamente) las alturas de los hornos y
aumentar la ventilación para avivar la combustión.
• 3.) FABRICACIÓN DEL ACERO:
• El acero se obtiene a partir de dos materias primas fundamentales:
el arrabio obtenido en horno alto y la chatarra.

33. • La fabricación del acero en síntesis se realiza eliminando las
impurezas del arrabio y añadiendo las cantidades convencionales
de Mg, Si y de los distintos elementos de aleación.
• Los métodos más importantes de fabricación de aceros son los
siguientes:
• Métodos antiguos: Hornos de Reverbero (Siemens-Martin);
Convertidor Bessemer.
• Métodos modernos: Convertidor L.D.; Hornos eléctricos de arco
H.E.A.; Convertidor A.O.R.; Horno de inducción.
• Métodos actuales: Metalurgia secundaria en cuchara.
• La metalurgia secundaria se lleva a cabo en equipos diversos, tales
como cucharas, convertidores u hornos especiales. Según el objeto
que tratan de conseguir se clasifican en tres grandes categorías:

34. • A.) Tratamiento de desgasificación:
• El acero contiene elementos perjudiciales que deben eliminarse.
Entre éstos están los gases disueltos durante el proceso de
fabricación; Hidrógeno; Oxígeno; Nitrógeno. Para reducir el tamaño
al máximo del contenido de estos gases, en especial el Hidrógeno,
se somete al acero líquido al vacío, según distintos procesos, que
pueden agruparse en tres técnicas principales:
• A.1.) Desgasificación del chorro de colada:
• Consiste en situar el recipiente receptor del acero líquido (cuchara
o lingotera) en una cámara de vacío, sobre la que se ajusta la
cuchara que contiene el acero líquido. El chorro de acero, por
efecto del vacío, se fracciona en gotas que favorecen las
eliminación de los gases.
• A.2.) Desgasificación del acero en la cuchara:
• La cuchara se sitúa previamente en una cámara de vacío. Para
facilitar la desgasificación, el acero se remueve por una corriente de
gas inerte (Argón) o electromagnéticamente.

35. • A.3.) Desgasificación por recirculación:
• Consiste en hacer circular repetidas veces el acero por un recipiente que
actúa de cámara de vacío.
• B.) Tratamiento de afino de los aceros inoxidables:
• La chatarra se funde en un horno eléctrico de arco de inducción. Después
de colada la cuchara con el acero fundido en la cámara y hecho el vacío, se
inyecta oxígeno con una lanza situada en la parte superior, que elimina el
carbono con un mínimo de oxidación metálica. Al mismo tiempo, se pasa
Argón a través de un tapón poroso situado en el fondo de la cuchara, para
homogeneizar la masa del acero líquido.
• C.) Tratamiento de homogeneización por barboteo:
• Consiste en la agitación del baño mediante la inyección de un gas inerte,
generalmente Argón, a través del fondo de la cuchara o por una lanza.
• D.) Tratamientos de desulfuración y desoxidación:
• Se insuflan estos productos en polvo, a través de una lanza, por medio de
un gas inerte. Los productos más frecuentes para insuflar son el (SILICIO-
CALCIO) "Si-Ca" y diversas escorias sintéticas. La agitación del acero por
el paso del gas produce excelente homogeneidad de composición y
temperaturadel baño y una mejora de la limpieza.

36. • E.) Desoxidación del acero por el carbono en el vacío o (VCD):
• Al ser tratado el acero en el vacío conteniendo carbono y oxígeno
disueltos estos elementos reaccionan entre sí, dando origen a CO,
de esta forma se elimina el oxígeno del acero sin dejar residuos
sólidos (inclusiones no metálicas). El CO (gas) es eliminado del
sistema (vacío), siguiendo la reacción hasta prácticamente la
eliminación total del oxígeno. La deshidrogenación también es más
elevada, al ser ayudada por el desprendimiento de burbujas de CO,
que facilitan el arrastre del hidrógeno.
• F.) Tratamientos de afino con calentamiento de acero en
cuchara:
• Por este proceso pueden conseguirse aceros con muy bajo
contenido de azufre y gases, muy limpios y con control de la
morfología de las inclusiones. También se consigue excelente
control de la composición y la temperatura. Las cucharas se montan
con tampones porosos por los que se inyecta Argón. Una vez
obtenido el grado de desulfuración deseado se añaden las
ferroaleaciones requeridas obteniéndose el acero programado.

37. • G.) Adición de Aluminio y Calcio por medio de
alambre o de proyectiles:
• El alambre se introduce a gran velocidad en el acero
mediante un mecanismo especial. Al mismo tiempo se
remueve el acero de la cuchara inyectando Argón. En el
caso de adición por proyección, los proyectiles se lanzan
a una velocidad controlada para que almacenen el fondo
de la cuchara, por medio de un aparato que funciona
como una metralleta de aire comprimido.
• H.) Refusión por arco bajo vacío (VAR) y bajo
escoria electroconductora (E.S.R.):
• Por estos métodos se producen lingotes de acero de
gran pureza. Ambos métodos consisten en la refusión
de un electrodo de la composición química deseada, en
un crisol enfriado por agua, realizándose
simultáneamente la fusión del electrodo y la
solidificación del acero.

38. • 4.) LA COLADA DEL ACERO
• Permite pasar directamente del acero líquido a un semiproducto
transformable posteriormente por laminación.
• A.) La colada del acero en lingotera: (recipientes de paredes
gruesas construidos normalmente con fundición).Las lingoteras se
colocan sobre unas placas de hierro fundido que tienen una serie
de canales o ramificaciones, en donde se colocan los conductores
de ladrillo reflactario y el bebedero o "REINA".
• A los lingotes de aceros especiales siempre se les pone en la parte
de la cabeza lo denominado mazarota, que consiste en una pieza
de cerámica revestida interiormente de un material exotérmico y a
la que ese adiciona en el momento de la llegada del acero al final
del llenado, nuevamente material exotérmico, con el fin de
aumentar la temperatura en esa zona y ser la parte de enfriamiento
lento del lingote, de manera que se concentre en esa zona el
fenómeno de contracción del paso líquido a sólido (rechupe).
También en esta zona es donde más concentración existe de
segregación principal y donde quedan decantadas las inclusiones
no metálicas más gruesas, que por ser de menor densidad que el
acero flotan en las zonas líquidas que solidifican últimamente.

39. • Durante la colada se debe proteger el chorro de acero entre la
cuchara y el bebedero para evitar oxidaciones del chorro y por tanto
disminución de las inclusiones óxidas.
• Durante la ascensión del caldo, para impedir el contacto de la
superficie del acero con el aire, se adicionan productos llamados
"pielizantes", que también cumplen la labor de lubricar el contacto
caldo-lingotera; formando una nueva película , que posteriormente
mejora la superficie de la piel de los lingotes, favoreciendo las
transformaciones posteriores. El acero después de la colada se
deja reposar durante un tiempo determinado en la lingotera para
que termine de solidificar y después se "desmoldean", procurando
siempre que la temperatura sea superior a los 800º C,
trasladándolos a continuación a los hornos de calentamiento para
transformación por laminación o forja.
• B.) La colada continua:
• De la cuchara se vierte el chorro en una "ARTESA" (es una especie
de distribuidor del caldo) y de la artesa se vierte en un molde de
fondo desplazable y cuya sección transversal tiene la forma de
palanquilla o semiproducto que se quiera fabricar.

40. • Se denomina continua porque el producto sale sin
interrupción de la máquina, hasta que la cuchara o
cucharas de alimentación se hayan agotado.
• El chorro, tanto al pasar de la cuchara a la artesa como
al pasar de ésta al molde, es protegido de la atmósfera
con buzas sumergidas.
• Para iniciar la operación de la colada continua, se cierra
el fondo del molde con un cabezal metálico que tiene la
sección del molde unido a una barra metálica larga
(FALSA BARRA), de esta forma queda tapado el fondo
del molde evitando que el caldo caiga al vacío. Poco
después, a medida que el caldo pasa por el molde va
arrastrando a la barra que finalmente se desprende y es
retirado hasta que sea necesario iniciar una nueva
colada.

41. • 5.) LA TRANSFORMACIÓN EN CALIENTE DEL
ACERO
• Tanto la laminación en caliente como la forja son
tratamientos metalúrgicos que mejoran la homogeneidad
del acero reduciendo los efectos de la segregación,
aumentan la compacidad soldando las discontinuidades
internas no oxidadas y afinan el grano de austenita. La
formación de fibra (estiramiento de las impurezas o
inclusiones) genera propiedades direccionales,
mejorando las longitudinales en detrimento de las
transversales.
• A.) Laminación en caliente:
• Consiste en hacer pasar un material (lingote o
semiproducto) entre dos rodillos o "CILINDROS" , que
giran a la misma velocidad en sentidos contrarios, y
reducir la sección transversal mediante la presión
ejercida por estos.

42. • Las fases principales de un proceso de laminación en caliente son:
• A.1.) Calentamiento: Las instalaciones de calentamiento más
usuales son: hornos de empuje, de largeros, de fosa, de vagonetas
o carros, durmientes o carros, etc.
• Los hornos de empuje o con ligeros matices los de carros, son
instalaciones que disponen de una cámara alargada, con una boca
de entrada (boca de carga) de los lingotes fríos y otra boca de
salida por donde salen los lingotes calientes, construida con ladrillo
reflactario o modernamente manta aislante, revestida exteriormente
de chapa. A lo largo del horno existen varios mecheros
calentadores de gas o fuel-oil repartidos por zonas de
calentamiento.
• Los hornos de fosa son instalaciones compuestas normalmente por
varias cámaras en forma de fosa cubiertas por una tapadera móvil.
Las fosas disponen de uno o varios mecheros de gas o fuel. Los
lingotes se disponen normalmente en posición vertical, se meten y
sacan de uno en uno por medio de una grúa especial.

43. • El ciclo térmico seguido es: enhornamiento, rampa de
calentamiento, mantenimiento a la temperatura de laminación
según geometría del lingote y calidad del acero.
• A.2.) Laminación: El tren de laminación es el conjunto de "cajas
laminadoras" donde se realiza el proceso de laminación. Cuando
por estas cajas el material sólo pasa una vez, estando una caja a
continuación de otra se llama "tren continuo".
• Para conseguir que el lingote o la palanquilla de salida adquiera la
forma deseada es necesario que el material sufra una serie de
pasadas por varios cilindros. Para ello hay que diseñar previamente
los canales de los cilindros para que secuencialmente conformen el
lingote o palanquilla a la configuración geométrica final.
• A.3.) Corte y enfriamiento: Tras la laminación del desbaste hay que
cortar los extremos del lingote para eliminar la mazarota y el pie.
Esta operación se realiza por cizalladura o por sierra en caliente.

44. • El enfriamiento debe estar muy controlado para que no se
produzcan agrietamientos superficiales y estalladuras en las barras.
• B.) La forja: es el proceso que modifica la forma de los
metales por deformación plástica producida por presión o impacto.
Esta deformación controlada del metal, realizada a alta
temperatura, produce mejor calidad metalúrgica y mejora las
propiedades mecánicas.
• Al calentarla es importante conseguir la uniformidad de
temperatura en toda la pieza. Si el corazón del lingote o desbaste
está "frío" (menos de 1250º C) pueden aparecer roturas internas, al
no tener la misma plasticidad que la superficie.
• B.1.) Forja libre: se caracteriza porque la deformación del
metal no está limitada. Es utilizado cuando la cantidad de piezas a
fabricar es pequeña o si el tamaño de la pieza a forjar es muy
grande.

45. • Existen dos tipos de forja libre: la forja con martillo, donde el
lingote del desbaste se apoya en yunque inferior y este a su vez en
la "chabota" produciéndose la deformación por los fuertes golpes de
la maza que cae sobre el lingote; y la forja en prensa, los lingotes
grandes se sitúan entre el yunque superior y el inferior de prensas
hidráulicas.
• B.2.) Forja por estampación: la fluencia del material queda
limitada a la cavidad de la estampa. El material se coloca entre dos
matrices que tienen huecos grabados con la forma de la pieza que
se desea obtener. El metal llena completamente los huecos de la
estampa por medio de golpes o presión empleando martillos o
prensas.
• El proceso de estampado termina cuando las dos matrices llegan a
ponerse prácticamente en contacto.
• Se puede realizar en caliente (unos 1000ºC), en semicaliente (entre
850ºC y 1250ºC) o en frío (temperatura ambiente).

46. • C.) El moldeo del acero:
• Consiste en verter (colar) el acero en un molde hueco, cuya cavidad
reproduce la forma deseada de la pieza y se deja solidificar el metal
en dicho molde. La calidad es mucho menor pero también es
mucho más económico. El proceso de moldeo consta de las
siguientes etapas:
• Construcción y preparación del "moldeo".
• Fabricación del "molde" a partir del modelo.
• Elaboración del moldeo líquido.
• Colada del acero líquido en los moldes.
• Desmoldeo de la pieza.
• Limpieza (desarenado y rebabado).
• Tratamiento térmico.
• Acabado final.

47. TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS
ESPECIALES
• INTRODUCCIÓN
• Los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y
enfriamiento a temperaturas y en condiciones determinadas a
que se someten los aceros para conseguir las propiedades y
características más adecuadas a su empleo o transformación. No
modifican la composición química pero sí otros factores tales
como los constituyentes estructurales y como consecuencia las
propiedades mecánicas.
• 2.) DESARROLLO DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS
• Constan de tres fases:
• A.) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura
de consigna):
• La elevación de temperatura debe ser uniforme, por lo que
cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la
temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a
temperaturas intermedias, antes del paso por los puntos críticos,
este último es el calentamiento escalonado.

48. • B.) Permanencia a la temperatura fijada:
• Su fin es la completa transformación del constituyente
estructural de partida. Puede considerarse como
suficiente una permanencia de unos dos minutos por
milímetro de espesor en el caso de querer obtener una
austenización completa en el centro y superficie. Largos
mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son
"muy peligrosos" ya que el grano austenítico crece
rápidamente dejando el acero con estructuras finales
groseras y frágiles.
• C.) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la
temperatura ambiente:
• Este enfriamiento tiene que ser rigurosamente
controlado en función del tipo de tratamiento que se
realice.

49. • 3.) CLASIFICACIÓN DE LOS DIFERENTES TIPOS DE
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
• Tratamientos en la masa: recocidos y normalizados, temples y
revenidos.
• Tratamientos superficiales: temple superficial y tratamientos
termoquímicos (cementación, carbonitruración, boruración y
nitruración).
• Tratamientos de superficie (depósitos).

50. TRATAMIENTOS EN LA MASA MÁS UTILIZADOS
• TEMPLE.
• Es un proceso de calentamiento seguido de un enfriamiento,
generalmente rápido con una velocidad mínima llamada "crítica".
• El temple es una condición que se produce en el metal o aleación
por efecto del tratamiento mecánico o térmico impartiéndole
estructuras y propiedades mecánicas características.
• Los procedimientos térmicos que aumentan la resistencia a estas
aleaciones son el tratamiento térmico en solución y el
envejecimiento.
• El tratamiento térmico en solución requiere que se caliente la
aleación hasta una temperatura por debajo del punto de fusión por
un periodo de tiempo específico, seguido de disminución rápida de
dicha temperatura.

51. • El envejecimiento es un tratamiento térmico a relativa baja
temperatura que produce endurecimiento adicional al material
tratado en solución.
• Los factores que influyen en la práctica del temple son:
• El tamaño de la pieza: cuanto más espesor tenga la pieza más hay
que aumentar el ciclo de duración del proceso de calentamiento y
de enfriamiento.
• La composición química del acero: en general los elementos de
aleación facilitan el temple.
• El tamaño del grano: influye principalmente en la velocidad crítica
del temple, tiene mayor templabilidad el de grano grueso.
• El medio de enfriamiento: el más adecuado para templar un acero
es aquel que consiga una velocidad de temple ligeramente superior
a la crítica. Los medios más utilizados son: aire, aceite, agua, baño
de Plomo, baño de Mercurio, baño de sales fundidas y polímeros
hidrosolubles.

52. • Los tipos de temple son los siguientes: temple total o normal, temple escalonado
martensítico o "martempering", temple escalonado bainítico o "austempering",
temple interrumpido y tratamiento subcero.

53. • RECOCIDO
• Con este nombre se conocen varios tratamientos cuyo objetivo
principal es "ablandar" el acero para facilitar su mecanizado
posterior. También es utilizado para regenerar el grano o eliminar
las tensiones internas.
• Se debe tener en cuenta que los recocidos no proporcionan
generalmente las características más adecuadas para la utilización
del acero y casi siempre el material sufre un tratamiento posterior
con vistas a obtener las características óptimas del mismo. Cuando
esto sucede el recocido se llama también "tratamiento térmico
preliminar" y al tratamiento final como "tratamiento térmico de
calidad".
• Los tipos de recocidos son los siguientes: recocido de
regeneración, recocido de engrosamiento de grano, recocidos
globulares o esferoidales (recocido globular subcrítico, recocido
regular de austenización incompleta o recocido globular oscilante),
recocido de homogenización, recocidos subcríticos (de
ablandamiento o de acritud), recocido isotérmico y recocido blanco.

54. • NORMALIZADO.
• Un tratamiento térmico en el cual las aleaciones porosas se
calientan hasta aproximadamente 100F sobre el rango crítico,
sosteniendo esa temperatura por el tiempo requerido, y enfriándola
a la temperatura del medio ambiente.
• Se realiza calentando el acero a una temperatura unos 50ºC
superior a la crítica y una vez austenizado se deja enfriar al aire
tranquilo. La velocidad de enfriamiento es más lenta que en el
temple y más rápida que en recocido.
• Con este tratamiento se consigue afinar y homogeneizar la
estructura.
• Este tratamiento es típico de los aceros al carbono de construcción
de 0.15% a 0.60% de carbono.
• A medida que aumenta el diámetro de la barra, el enfriamiento será
más lento y por tanto la resistencia y el límite elástico disminuirán y
el alargamiento aumentará ligeramente. Esta variación será más
acusada cuanto más cerac del núcleo realicemos el ensayo.

55. • REVENIDO.
• Es un tratamiento complementario del temple, que generalmente
sigue a éste. Al conjunto de los dos tratamientos también se le
denomina "bonificado".
• El tratamiento de revenido consiste en calentar al acero después de
normalizado o templado, a una temperatura inferior al punto crítico,
seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rápido
cuando se pretenden resultados altos en tenacidad, o lento, para
reducir al máximo las tensiones térmicas que pueden generar
deformaciones.
• Los fines que se consiguen con este tratamiento son los siguientes:
• Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un estado de
mínima fragilidad.
• Disminuir las tensiones internas de transformación, que se originan
en el temple.
• Modificar las características mecánicas, en las piezas templadas

56. • Disminuir la resistencia a la rotura por tracción, el límite elástico y la
dureza.
• Aumentar las características de ductilidad; alargamiento estricción y
las de tenacidad; resiliencia.
• Los factores que influyen en el revenido son los siguientes: la
temperatura de revenido sobre las características mecánicas, el
tiempo de revenido (a partir de un cierto tiempo límite la variación
es tan lenta que se hace antieconómica su prolongación, siendo
preferible un ligero aumento de temperatura de revenido), la
velocidad de enfriamiento (es prudente que el enfriamiento no se
haga rápido) y las dimensiones de la pieza (la duración de un
revenido es función fundamental del tamaño de la pieza
• recomendándose de 1 a 2 horas por cada 25mm de espesor o
diámetro).
• El acero templado se vuelve frágil, siendo inútil en estas
condiciones, por eso vamos al REVENIDO. Esta operación viene es
para que las tiranteces y tensiones generadas en el acero no
tengan tiempo de actuar provocando deformaciones o grietas.
• Este proceso hace más tenaz y menos quebradizo el acero aunque
pierde algo de dureza.

58. TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
• Con estos tratamientos se modifica la composición química de la superficie
de la pieza, introduciéndole ciertos elementos mediante el proceso de
difusión, fundado en la movilidad de los átomos en estado sólido a
temperaturas elevadas. El fenómeno se conoce con el nombre general de
cementación.
• Mediante estos procesos se trata de conseguir algunos de los siguientes
fines:
• -Aumentar la dureza superficial, sin alterar la ductilidad y resiliencia del
núcleo
• -Favorecer las cualidades de lubricación y rozamiento
• -Aumentar la resistencia al desgaste
• -Aumentar la resistencia a los esfuerzos de fatiga
• -Mejorar la resistencia a la corrosión
•
• Dependiendo la naturaleza del agente cementate distinguimos entre
cementación sólida, líquida o gaseosa

59. • CEMENTACIÓN SÓLIDA
•
Cementación con C: se denomina también cementación y
carburación. Consiste en aumentar la concentración de C en la
superficie de un acero, calentándolo a la temperatura de
austenización en presencia de un medio cementante. Éste ha de
ser capaz de cederle C en estado atómico, el cual se difunde por su
interior formando una solución sólida, cuyo espesor varía en función
del tiempo. Por temple posterior se consigue la dureza superficial y
resistencia al desgaste, junto a elevadas características de
ductilidad y resiliencia.
• Factores que influyen en el proceso:
• -Composición del acero: suelen ser de bajo contenido en C
• -Agente cementante: ha de poder suministrar carbono atómico. Se
utiliza frecuentemente CO.

60. • 2CO + Fe ϒ = Fe ϒ (C) + CO2
• -Temperatura de cementación: debe mantenerse por encima de la
temperatura crítica a fin de que el acero se encuentre como
austenita.
• -Tiempo de cementación: a igualdad de los restantes factores, el
espesor de la capa cementada crece con la duración del proceso. A
medida que aumenta la concentración de C en la superficie, el
proceso se hace más lento.
•
• El proceso de cementación se realiza de la siguiente manera: se
introducen las piezas ya maquinadas con sobreespesores de 0.2-
0.3 mm, completamente rodeadas de agente cementante sólido en
cajas metálicas herméticamente cerradas, taponando las juntas con
arcilla refractaria. Las cajas así preparadas se introducen en un
horno a temperaturas comprendidas entre 900-1000 ºC y se
mantienen en él durante el tiempo necesario para conseguir el
espesor de capa que se desee. Se sacan las cajas del horno y
cuando están frías, se extraen las piezas y se les da el tratamiento
térmico adecuado

61. • En las piezas en que sólo se desea cementar determinadas zonas,
hay que proteger las restantes recubriéndolas con agentes
anticementantes como hilo de amianto, tierra refractaria, etc. Como
la cementación en cajas es un proceso largo y costoso, que no
permite el empleo de dispositivos automáticos ni el tratamiento de
piezas muy voluminosas, está siendo cada vez más desplazado por
la cementación con líquidos y gases.
• CEMENTACIÓN LÍQUIDA
• Se trata de una cementación en líquido. Las piezas completamente
limpias y exentas de humedad, se introducen en una mezcla de
sales fundidas entre las que siempre se encuentra como
componente fundamental del cianuro sódico (CNNa) y otras que
actúan como diluyentes o agentes catalíticos.

62. • La acción carburante de estas sales fundidas es muy rápida, pero la
capa que se obtiene es relativamente delgada y muy dura, aunque
también es posible obtener penetraciones de hasta 3 mm.
Terminada la cementación, se sacan las piezas del baño y se
sumergen en agua o aceite fríos. Este procedimiento presenta la
ventaja de poder emplear dispositivos automáticos, tanto para la
cementación como para el temple, además de ser más rápido,
permite un mejor control sobre la penetración, da piezas más
limpias y mayor homogeneidad en la capa cementada
• carburización con gas
• En este procedimiento se utilizan gases carburizantes para la
cementación. La pieza de acero con bajo contenido carbónico se
coloca en un tambor al que se introduce gas para carburizar como
derivados de los hidrocarburos o gas natural. El procedimiento
consiste en mantener al horno, el gas y la pieza entre 1650 y 1750
°F (900 y 927 °C). después de un tiempo predeterminado se corta
el gas carburizante y se deja enfriar el horno. Luego se saca la
pieza y se recalienta a 1400 °F (760 °C) y se enfría con rapidez en
agua o salmuera. Con este procedimiento se logran piezas cuya
capa dura tiene un espesor hasta de 6 mm, pero por lo regular no
exceden de 0.7 mm.

63. • Carbonitruracion.
• Cementación con carbono y nitrógeno mediante hidrocarburos
gaseosos, amoníaco y óxido de carbono
• La difusión de carbono y nitrógeno se denomina carbonitruración,
tratamiento térmico muy frecuente debido a sus numerosas
ventajas. Dicho tratamiento se realiza en las mismas condiciones
que la cementación ya sea en baño de sales de una composición
determinada o en atmósfera gaseosa con adición de nitrógeno por
medio de la disociación de amoniaco.

64. • CIANURACION
• Consiste en crear en las piezas de acero una capa superficial rica
en C y N, introduciéndolas en un baño líquido (mezcla de cloruro,
cianuro y carbonato sódico). A la temperatura del proceso (800-900
ºC), en presencia de oxígeno del aire se forma una difusión de C y
N en la superficie del acero. Posteriormente se da un temple para
aumentar la dureza.

65. • NITRURACIÓN
• La nitruración, propiamente dicha, es un tratamiento termoquímico
que provoca un endurecimiento en la superficie de las herramientas
de acero, mediante la difusión del nitrógeno (N) que reacciona con
el material, calentado en una atmósfera rica en este elemento,
formando nitruros de hierro y, también, nitruros especiales con
ciertos elementos de aleación (Cr; Mo, V; W, Al; etc.). La
temperatura de nitruración está, normalmente, comprendida entre
500 y 580º C, y sirve, a veces, como tratamiento que sustituye al
último revenido que se efectúa a la herramienta correspondiente.
• Las principales variantes de la nituración son: (1) nitruración
gaseosa; (2) nitruración en sales; (3) nitruración iónica; (4)
nitrocarburación; (5) sulfocarbonitruración, oxicarbonitruración, etc.
Todas estas formas de nitruración permiten la obtención de una
capa superficial de elevada dureza con una estructura rica en
nitruros y carbonitruros, muy bien definida y común a todos ellos,
que está formada por: una capa periférica (capa blanca),
denominada capa de compuesto o capa de combinación; y una
segunda capa subyacente a la primera, llamada zona de difusión.

66. • Uno de los requisitos claves de los procesos de nitruración es el
control y optimización de la calidad de las capas superficiales. La
importancia de las operaciones deriva del conocimiento práctico: (1)
la capa de combinación, rica en nitruros, mejora la resistencia al
desgaste y la resistencia a la abrasión; (2) mientras que la zona de
difusión, su influencia beneficiosa comporta una alta resistencia a la
fatiga. Fatiga que es de menor interés tratándose de herramientas.

67. • A) NITRURACIÓN GASEOSA
• La nitruración gaseosa se realiza en una atmósfera de gas amoniaco disociado,
calentada a temperaturas próximas a los 530º C y no superiores a 580º C.
• No sobrepasando este intervalo de temperaturas, se evita la presencia del eutéctico
braunita que, como es sabido, comunica una gran fragilidad a la capa así nitrurada.El
tiempo de nitruración es otro factor que actúa aumentando el espesor de capa. En
realidad son tiempos relativamente largos, del orden de 40 a 80 horas, para alcanzar
las potenciales profundidades de capa (0,10/ 0,30 mm) y una lata dureza superficial,
exigencias de uso que requieren las herramientas en su trabajo. La dureza
superficial depende de la composición química del acero; a mayor aleación,
normalmente, mayor dureza.
• En toda capa nitrurada haya que evitar la formación de nitruros de cierto grosor
concentrados normalmente en la zona de difusión, paralelos a la superficie nitrurada
y perpendiculares al flujo de difusión. Son los llamados cabellos de ángel, Figura 20;
dichos nitruros son peligrosos frente al posible riesgo de desconchamiento de la
capa nitrurada durante el trabajo de la herramienta. El control del potencial de
nitrógeno puede evitar este fenómeno de hipernitruración.

68. • B) NITRURACIÓN EN BAÑOS DE SALES
• La nitruración en sales ha sido, hasta hace muy pocos años, la forma de nitruración
más utilizada. Esto se debe, principalmente, al hecho que se realiza: (1) con una
relativa facilidad; (2) es de resultados económicos significativamente baratos; (3) de
tratamiento sencillo de reproducir; y (4) de universal aplicación.
La acción nitrurante del baño de sales se debe a la formulación equilibrada de sus
componentes que, a temperatura próxima a los 570º C, se desdoblan los cianatos
proporcionando en su descomposición nitrógeno (N) y carbono (C). La aportación
simultánea de nitrógeno y carbono en la superficie de herramienta da lugar a las ya
sabidas capas.
• De una forma rápida, la nitruración en baño de sales responde a una serie de
exigencias físico-metalúrgicas, tales como: dureza, resistencia al desgaste y una
aceptable tenacidad. Estas son las propiedades que mayormente caracterizan a las
capas así obtenidas. Dichas propiedades son difíciles de evaluar; ya que pueden
venir condicionadas por una elevada porosidad en la zona de difusión de la capa así
nitrurada. Porosidad que se puede, eventualmente, disminuir o minimizar mediante
una racional optimización y funcionalidad de los baños de sales. Por ejemplo:
algunas técnicas actuales de nitruración en sales.
• La nitruración en baños de sales se realiza a una temperatura comprendida entre
570 y 580º C, con un tiempo de nitruración máximo de tres (3) horas; con lo que se
alcanza unos excelentes resultados en la capa nitrurada, bajo un punto de vista
fisico-metalurgico; ya que son capas de relativo poco espesor (< igual a 0,1 mm),
duras, muy compactas, y aceptablemente tenaces
• La nitruración en baños de sales ha sido, ciertamente, el tratamiento termoquímico
que más ha contribuido a potenciar las capas superficiales en todo tipo de útiles y
herramientas.

69. • C) NITRURACIÓN IÓNICA
• Se denomina también nitruración por plasma, y es una forma de nitruración gaseosa
dirigida a aumentar la velocidad de difusión del nitrógeno y a reducir el ciclo de
tratamiento. El proceso se realiza dentro de un reactor donde se ha hecho el vacío
antes de introducir los gases de nitruración.
• Las piezas a tratar están aisladas eléctricamente de la cámara del reactor y
conectadas al suministro eléctrico de corriente continua del mismo. Las piezas
forman el cátodo (-) se depositan dentro de la cámara, que forma el ánodo (+). Los
iones eléctricamente positivos en el gas son acelerados y dirigidos a la carga
negativa. El nitrógeno molecular (N2) se descompone y se ioniza mediante
descargas eléctricas luminosas.
• Al mismo tiempo que se calientan las piezas en la cámara del reactor. Esto favorece
la difusión del nitrógeno activo en la superficie de las piezas y la formación de
nitruros en los propios granos del metal; con lo que se obtiene una capa dura y
tenaz. Además del nitrógeno se añaden otros gases, que actúan de soporte, tales
como: gas carburante, argón, hidrógeno, etc.
• La cinética de crecimiento de la capa de nitruros y la de las soluciones sólidas es
más rápida en la nitruración iónica que en la nitruración gaseosa. Ventaja que se
debe principalmente: (1) a la pulverización catódica (desprendimiento acelerado de
iones metálicos del cátodo); (2) a la activación de la superficie de las piezas y
destrucción de las películas de óxidos; y (3) a la implantación de los iones de
nitrógeno.

70. • Por medio del tratamiento de nitruración iónica se
obtienen estructuras en la superficie de las
herramientas; pero siempre cuando éstas se nitruran a
temperaturas convenientes y con la colaboración de una
adecuada atmósfera nitrurante. Por ejemplo: con
temperaturas próximas a los 550º C y en presencia de
pequeños contenidos de azufre, incorporado en forma
de gas sulfhídrico, se obtiene la fase épsilon.
Con temperaturas de nitruración comprendidas entre
450 y 570º C, y aportando la adecuada dosificación de
nitrógeno, se forma solamente la fase gamma prima.
• Nitrurando a temperaturas comprendidas entre 490 y
570º C, y disminuyendo la concentración de nitrógeno
en la atmósfera del horno, se obtiene únicamente la
solución sólida alfa.

71. • La nitruración iónica es uno de los procesos fáciles de controlar
para conseguir el tipo de capa más adecuado y en el menor tiempo
de tratamiento. Espesores de capa de 0,20 a 0,30 mm, se obtienen
con tiempos de nitruración comprendidos entre las 50 y 60 horas y
a unas temperaturas normales de tratamiento (450, 520º C).
• Esta facilidad operativa y de control se traduce, únicamente, en
ventajas de tipo técnico. Por el contrario, tiene inconvenientes muy
significativos, tales como: (1) alto costo de las instalaciones y el de
su mantenimiento; (2) elevado precio de nitruración; y (3) la gran
servidumbre que representa la colocación ordenada de las piezas
en el reactor con similitud física de las mismas .
• La nitruración iónica de útiles y herramientas tiene todavía, a
nuestro juicio, problemas de no fácil solución; particularmente, en
presencia de capas inferiores a 0,15 mm. Así sucede en
herramientas de difícil geometría y complicado diseño, donde se
obstaculiza la libre difusión y la formación de los nitruros en taladros
y cavidades de cierta profundidad, debido a la dificultosa geometría
de la pieza.

72. • En el proceso de nitrocarburación ferrítica gaseosa, a la que nos
referimos en este apartado, se utilizan temperaturas de
tratamientos muy próximas a los 570º C; ya que temperaturas
mayores, aunque favorecen cinéticamente el tratamiento, dan lugar
a capas donde aparece el constituyente austenita, elemento éste no
deseable. Sin embargo, si se emplean temperaturas menores a los
550º C, se obtienen capas bifásicas o duplex (fases épsilon +
gamma prima); propósito, también, contrario al deseado; ya que lo
ideal es obtener capas con una sola fase.
• La consideración básica que hay detrás de todo proceso de
nitrocarburación ferrítica gaseosa es el tipo de atmósfera utilizado
para lograr una perfecta y simultánea difusión del nitrógeno (N) y
del carbono (C), y así conseguir la tan deseada capa monofásica:
épsilon, o bien gamma prima; ya que la importancia del tratamiento
de nitrocarburación se fundamenta, básicamente, en la consecución
de capas monofásicas de nitruros y carbonituros (épsilon, gamma
prima) que, normalmente, son difíciles de conseguir en el resto de
los procesos nitrurantes, donde lo usual es obtener capas de
combinación bifásicas o dúplex.

73. • D) NITROCARBURACIÓN
• Las características de las capas de combinación de una sola fase
tiene una importancia muy significativa; ya que evita, de una forma
casi absoluta, la fragilidad superficial de la herramienta
correspondiente. Dado que la difusión progresiva de los nitruros en
la capa, por ejemplo: los nitruros gamma prima aseguran una
elevada cohesión, capa-sustrato, donde se asienta.
La flexibilidad del proceso, que nace debe la posibilidad de variar a
voluntad la atmósfera y la temperatura de carbonitruración según
las exigencias del momento, garantiza la absoluta repetibilidad de
los resultados, y permite una serie de ventajas tales como:
• La formación de películas blancas finísimas, de composición y
morfología predeterminadas; y la obtención de capas monofásicas
de constituyentes épsilon o gamma prima, según las necesidades.
• La ausencia de las finas películas blancas, en el caso que se
determine. La formación de la zona de difusión con
concentraciones, fijadas a priori, de nitrógeno y de carbono
respectivamente, que permiten respetar los valores y gradientes de
dureza superficial exigidos a las herramientas correspondientes.

74. • Las capas obtenidas por nitrocarburación, fundamentalmente, se
caracterizan por su dureza, por su compacidad, y por su tenacidad;
propiedades inalcanzables en las otras formas tradicionales de nitruración.
Resumiendo, se consiguen con la nitrocarburación ferrítica gaseosa:
• 1. Elevada dureza de la capa nitrocarburada, que garantiza una gran
resistencia al desgaste, y con ello mayor duración de las partes activas de
la herramienta correspondiente.
• 2. Superior tenacidad de las capas nitrocarburadas. Hecho que impide el
desprendimiento de las aristas vivas y del desconchamiento superficial de
herramientas que trabajan, normalmente, a fatiga.
• 3. Ausencia total del "efecto arista", que no lo impide la hipernitruración.
•
4. Menor tiempo de tratamiento (3, 4 horas), si lo comparamos con la
nitruración gaseosa y/o con la ionitruración.
• 5. Simplicidad operativa de proceso, cuyo control global es solicitado al
ordenador. Al personal responsable se le asigna la misión de seleccionar el
ciclo de tratamiento más idóneo, optimizado, y memorizado.
• Como desventaja fundamental está el elevado coste de las instalaciones y
de su mantenimiento; ya que son instalaciones muy complejas, muy
sofisticadas y que tienen un alto grado de automatización.