La capacidad de resistir la abrasión y las indentaciones son dos atributos muy importantes de ciertos tipos de metales. Al seleccionar un tipo de metal, un factor importante a tener en cuenta es su dureza, que es una medida de esas propiedades. La superficie más externa de un metal es posiblemente la parte más crucial para determinar la dureza ideal. Esto se debe a que es la superficie la que más se golpea y desgasta directamente. Algunos metales se someten a un proceso llamado endurecimiento para cambiar la dureza de su superficie y garantizar que la dureza de un sustrato metálico sea la adecuada.
¿Qué es el endurecimiento de casos?
El endurecimiento por cementación es un proceso de tratamiento térmico que endurece la superficie de un sustrato metálico manteniendo un núcleo más blando. Esto permite combinar las mejores propiedades de un metal blando y duro en una sola pieza.
En comparación con una sustancia dura, un material blando puede soportar mucho mejor la presión del impacto. Además, es más fuerte, más dúctil y más tenaz, pero su resistencia al desgaste es insuficiente. Para garantizar que el material no se desgaste por abrasión o fricción, es fundamental una buena resistencia al desgaste. Podemos minimizar en gran medida el desgaste del material sin sacrificar otras cualidades endureciendo únicamente el exterior.
Se puede obtener una superficie delgada y endurecida de diversas formas, incluso agregando componentes adicionales a la superficie o cambiando la estructura cristalina. Pero casi siempre se necesitan altas temperaturas para el endurecimiento por cementación, independientemente del método.
¿Por qué Case Harden?
Hay varias razones para endurecer un material en lugar de intentar endurecer un objeto metálico completo. Una razón es la eficiencia. Se requiere menos energía y menos tiempo para calentar la superficie más externa de un metal en comparación con toda su sección transversal. Estas eficiencias pueden generar enormes ahorros de costos en operaciones de fabricación a gran escala. Otra razón por la que se utiliza ampliamente el endurecimiento de carcasa es el rendimiento. Puede resultar ventajoso tener un metal con una capa exterior dura y un interior más dúctil. Un ejemplo de esto sería cuando se necesita que un metal resista la abrasión, pero aún así debe poder absorber un impacto sin provocar una fractura completamente frágil.
TTipos de métodos de endurecimiento de casos
El principio de endurecimiento del caso es bastante sencillo. Queremos que la superficie forme una estructura dura conocida como martensita. Pero esta estructura se forma sólo cuando los componentes de acero se templan a altas temperaturas y siempre que el contenido de carbono de la aleación de acero sea lo suficientemente alto.
Si el contenido de carbono es suficiente, sólo necesitamos calentar y enfriar la pieza. Pero si el contenido de carbono es bajo o si necesitamos una dureza extrema, es necesario añadir a la superficie del material elementos como carbono y nitrógeno. Veamos ahora los diferentes procesos utilizados para lograr el endurecimiento del caso según los principios mencionados anteriormente.
Calentamiento y enfriamiento
Tradicionalmente, el calentamiento y el enfriamiento se han utilizado para llevar a cabo el endurecimiento de una variedad de metales. Un método para endurecer el metal es aplicar una llama directa de oxigas al componente de acero. El uso de calentamiento inductivo ocurre ocasionalmente. La temperatura de la superficie de la pieza de acero aumenta rápidamente en ambos escenarios. Como resultado, la estructura cristalina de austenita reemplaza la estructura cristalina de perlita.
Una vez que se alcanza una temperatura determinada, la pieza se enfría rápidamente, a menudo sumergiéndola en agua. Esto altera una vez más la estructura cristalina, esta vez de austenita a martensita, que es una estructura particularmente dura.
Dado que sólo la superficie sufre el cambio en la estructura cristalina, la pieza se endurece sólo en la superficie. Pero para que la pieza se beneficie de este método, debe haber suficiente carbono en el material original. En el caso de bajo contenido de carbono (<0.3%) in the metal part, this method will not yield favourable results.
Carburación
Si los niveles de carbono están por debajo del 0.3%, debemos agregar más carbono a la pieza antes de someterla a calentamiento + enfriamiento. Someter una pieza al proceso de carburación es una forma de hacerlo.
La carburación implica calentar el componente de acero durante un período de tiempo predeterminado mientras está presente una fuente externa de carbono. El carbono de la sustancia carbonosa se difunde en el metal a altas temperaturas. Más calor y tiempos de calentamiento más prolongados hacen que el carbono se absorba más profundamente en la superficie del metal.
Una vez que la carburación aumenta el contenido de carbono de la capa superficial de acero, la sometemos a endurecimiento por llama o endurecimiento por inducción para aumentar la dureza.
nitruración
Para una aleación de acero que contiene elementos como aluminio, cromo y molibdeno, podemos utilizar nitruración para el endurecimiento por cementación.
La pieza se calienta en presencia de gas nitrógeno y amoníaco disociado para formar nitruros. Los nitruros también aumentan la dureza del material.
Dado que el artículo se calienta a 620 grados (1150 grados F), la nitruración generalmente ocurre a temperaturas más bajas. La difusión y la consiguiente dureza serán más profundas cuanto más tiempo se mantenga a esta temperatura.
¿Qué tipos de metales se pueden cementar?
Los metales que pueden endurecerse generalmente se limitan a materiales ferrosos, aunque existen casos especiales como la nitruración de algunas aleaciones de titanio o aluminio. Los metales ferrosos comúnmente endurecidos son:
Acero bajo en carbono
Acero de alto carbono
Hierro fundido
Acero de baja aleación y alta resistencia
Herramienta de acero
Aceros inoxidables
Algunos componentes comunes endurecidos incluyen:
Engranajes
sujetadores
Árboles de levas
Varillas
Patas
