La carbonitruración es una técnica de modificación de superficies metalúrgicas que se utiliza para aumentar la dureza de la superficie de un metal, reduciendo así el desgaste .
Durante el proceso, los átomos de carbono y nitrógeno se difunden intersticialmente en el metal, creando barreras al deslizamiento , aumentando la dureza y el módulo cerca de la superficie. La carbonitruración se aplica a menudo a aceros con bajo contenido de carbono económicos y de fácil mecanización para impartir las propiedades superficiales de grados de acero más caros y difíciles de trabajar. [1] La dureza superficial de las piezas carbonitruradas varía de 55 a 62 HRC.
Ciertos procesos de endurecimiento superficial preindustriales incluyen no sólo materiales ricos en carbono, como el carbón, sino también materiales ricos en nitrógeno, como la urea , lo que implica que las técnicas tradicionales de endurecimiento superficial eran una forma de carbonitruración.
La carbonitruración es similar a la carburación con gas , con la adición de amoníaco a la atmósfera de carburación, que proporciona una fuente de nitrógeno. El nitrógeno se absorbe en la superficie y se difunde en la pieza de trabajo junto con el carbono. La carbonitruración (alrededor de 850 °C/1550 °F) se lleva a cabo a temperaturas sustancialmente más altas que la nitruración simple (alrededor de 530 °C/990 °F) pero ligeramente más bajas que las utilizadas para la carburación (alrededor de 950 °C/1700 °F) y durante tiempos más cortos. La carbonitruración tiende a ser más económica que la carburación y también reduce la distorsión durante el temple . La temperatura más baja permite el temple con aceite o incluso el temple con gas con una atmósfera protectora.
La carbonitruración forma una capa dura y resistente al desgaste, que suele tener un espesor de entre 0,07 mm y 0,5 mm y, por lo general, tiene una dureza mayor que una capa carburizada. La profundidad de la capa se adapta a la aplicación; una capa más gruesa aumenta la vida útil de la pieza. La carbonitruración altera solo las capas superiores de la pieza de trabajo y no deposita una capa adicional, por lo que el proceso no altera significativamente las dimensiones de la pieza.
La profundidad máxima de la capa se limita normalmente a 0,75 mm; las profundidades de capa superiores a esta tardan demasiado en difundirse para resultar económicas. Se prefieren tiempos de procesamiento más cortos para restringir la concentración de nitrógeno en la capa, ya que la adición de nitrógeno es más difícil de controlar que la de carbono. Un exceso de nitrógeno en la pieza de trabajo puede provocar altos niveles de austenita retenida y porosidad, que son indeseables para producir una pieza de alta dureza.
La carbonitruración también tiene otras ventajas sobre la carburación. Para empezar, tiene una mayor resistencia al ablandamiento durante el templado y una mayor resistencia a la fatiga y al impacto. Es posible utilizar tanto la carbonitruración como la carburación juntas para formar condiciones óptimas de profundidades de capa más profundas y, por lo tanto, un mejor rendimiento de la pieza en la industria. Este método se aplica particularmente a aceros con baja templabilidad de capa, como el asiento de la válvula. El proceso aplicado es carburar inicialmente hasta la profundidad de capa requerida (hasta 2,5 mm) a alrededor de 900-955 °C, y luego carbonitrurar para lograr la profundidad de capa carbonitrurada requerida. Luego, las piezas se enfrían en aceite y la pieza resultante tiene una capa más dura que la que posiblemente se logra con la carburación, y la adición de la capa carbonitrurada aumenta las tensiones de compresión residuales en la capa de modo que la resistencia a la fatiga por contacto y el gradiente de resistencia aumentan. Los estudios muestran que la carbonitruración mejora la resistencia a la corrosión. [2]
Las aplicaciones típicas del endurecimiento superficial son dientes de engranajes , levas, ejes, cojinetes , sujetadores , pasadores , vástagos de pistones hidráulicos , placas de embrague de automóviles, herramientas , matrices y herramientas de labranza.