La nitrocarburación ferrítica o FNC , también conocida por los nombres patentados "Tenifer", "Tufftride", Melonite y "Arcor", [Nota 1] [1] es una gama de procesos patentados de endurecimiento superficial que difunden nitrógeno y carbono en metales ferrosos a temperaturas subcríticas durante un baño de sal. Otros métodos de nitrocarburación ferrítica incluyen procesos gaseosos como Nitrotec y los de iones (plasma). La temperatura de procesamiento varía de 525 °C (977 °F) a 625 °C (1157 °F), pero generalmente ocurre a 565 °C (1049 °F). El acero y otras aleaciones ferrosas permanecen en la región de la fase ferrítica a esta temperatura. Esto permite un mejor control de la estabilidad dimensional que no estaría presente en los procesos de endurecimiento superficial que ocurren cuando la aleación pasa a la fase austenítica . [2] Hay cuatro clases principales de nitrocarburación ferrítica: gaseosa , baño de sal , iónica o plasma y lecho fluidizado . [3]
El proceso mejora tres aspectos principales de la integridad de la superficie : resistencia al rayado, propiedades de fatiga y resistencia a la corrosión . Tiene la ventaja de inducir poca distorsión de la forma durante el proceso de endurecimiento. Esto se debe a la baja temperatura de procesamiento, que reduce los choques térmicos y evita las transiciones de fase en el acero. [4]
Los primeros métodos de nitrocarburación ferrítica se realizaron a bajas temperaturas, alrededor de 550 °C (1022 °F), en un baño de sal líquida. La primera empresa en comercializar con éxito el proceso fue Imperial Chemical Industries en Gran Bretaña . ICI llamó a su proceso "the cassel" debido a la planta donde se desarrolló [5] [6] o tratamiento "Sulfinuz" porque tenía azufre en el baño de sal. Si bien el proceso tuvo mucho éxito con husillos y herramientas de corte de alta velocidad , hubo problemas con la limpieza de la solución porque no era muy soluble en agua . [7]
Debido a los problemas de limpieza, Lucas Industries comenzó a experimentar con formas gaseosas de nitrocarburación ferrítica a fines de la década de 1950. La empresa solicitó una patente en 1961. Produjo un acabado de superficie similar al proceso Sulfinuz, excepto por la formación de sulfuros. La atmósfera está compuesta de amoníaco , gases de hidrocarburos y una pequeña cantidad de otros gases que contienen carbono. [8]
Esta innovación impulsó el desarrollo de un proceso de baño de sal más respetuoso con el medio ambiente por parte de la empresa alemana Degussa tras adquirir las patentes de ICI. [9] Su proceso es ampliamente conocido como el proceso Tufftride o Tenifer. A continuación, se inventó el proceso de nitruración iónica a principios de la década de 1980. Este proceso tenía tiempos de ciclo más rápidos, requería menos limpieza y preparación, formaba cajas más profundas y permitía un mejor control del proceso. [10]
A pesar de la denominación, el proceso es una forma modificada de nitruración y no de carburación . El atributo compartido de esta clase de proceso es la introducción de nitrógeno y carbono en el estado ferrítico del material. Los procesos se dividen en cuatro clases principales: gaseoso , baño de sal , iónico o plasma o lecho fluidizado . El nombre comercial y los procesos patentados pueden variar ligeramente de la descripción general, pero todos son una forma de nitrocarburación ferrítica. [11]
La nitrocarburación ferrítica en baño de sal también se conoce como nitrocarburación ferrítica líquida o nitrocarburación líquida [12] y también se conoce por los nombres comerciales "Tufftride" [3] y "Tenifer". [13]
La forma más simple de este proceso es el proceso de marca registrada "Melonite", también conocido como "Meli 1". Se utiliza con mayor frecuencia en aceros, hierros sinterizados y hierros fundidos para reducir la fricción y mejorar la resistencia al desgaste y la corrosión. [14] [15]
El proceso utiliza un baño de sal de cianato alcalino . Este se encuentra dentro de una olla de acero que tiene un sistema de aireación . El cianato reacciona térmicamente con la superficie de la pieza de trabajo para formar un carbonato alcalino . Luego, el baño se trata para convertir el carbonato nuevamente en cianato. La superficie formada a partir de la reacción tiene una capa compuesta y una capa de difusión. La capa compuesta consta de hierro, nitrógeno y oxígeno, es resistente a la abrasión y es estable a temperaturas elevadas. La capa de difusión contiene nitruros y carburos . La dureza de la superficie varía de 800 a 1500 HV según el grado de acero . Esto también afecta inversamente la profundidad de la capa; es decir, un acero con alto contenido de carbono formará una capa dura, pero poco profunda. [14]
Un proceso similar es el proceso registrado "Nu-Tride", también conocido incorrectamente como el proceso "Kolene" (que es el nombre de la empresa), que incluye un precalentamiento y un ciclo de temple intermedio. El temple intermedio es un baño de sal oxidante a 400 °C (752 °F). Este temple se mantiene durante 5 a 20 minutos antes del temple final a temperatura ambiente. Esto se hace para minimizar la distorsión y destruir cualquier cianato o cianuro remanente que quede en la pieza de trabajo. [16]
Otros procesos registrados son "Sursulf" y "Tenoplus". Sursulf tiene un compuesto de azufre en el baño de sal para crear sulfuros superficiales que generan porosidad en la superficie de la pieza de trabajo. Esta porosidad se utiliza para contener la lubricación. Tenoplus es un proceso de alta temperatura de dos etapas. La primera etapa se produce a 625 °C (1157 °F), mientras que la segunda etapa se produce a 580 °C (1076 °F). [17]
La nitrocarburación ferrítica gaseosa también se conoce como nitrocarburación controlada, nitruración blanda y nitrocarburación al vacío o por los nombres comerciales "UltraOx", [18] "Nitrotec", "Nitemper", "Deganit", "Triniding", "Corr-I-Dur", "Nitroc", "Nitreg-C", [19] "Nitrowear" y "Nitroneg". [3] [20] El proceso funciona para lograr el mismo resultado que el proceso de baño de sal, excepto que se utilizan mezclas gaseosas para difundir el nitrógeno y el carbono en la pieza de trabajo. [21]
Las piezas se limpian primero, normalmente con un proceso de desengrasado con vapor , y luego se nitrocarburan a unos 570 °C (1058 °F), con un tiempo de procesamiento que varía entre una y cuatro horas. Las mezclas de gases reales son patentadas, pero normalmente contienen amoníaco y un gas endotérmico . [21]
En comparación con un proceso de nitruración estándar, la nitrocarburación ferrítica o FNC en un horno de vacío requiere menos tiempo para alcanzar los requisitos de profundidad de capa, principalmente en parte debido a la adición de carbono para lograr una difusión más rápida. [22]
La nitrocarburación ferrítica asistida por plasma también se conoce como nitruración iónica, nitruración iónica de plasma o nitruración por descarga luminiscente. El proceso funciona para lograr el mismo resultado que el baño de sal y el proceso gaseoso, excepto que la reactividad del medio no se debe a la temperatura sino al estado ionizado del gas. [23] [24] [25] [26] En esta técnica se utilizan campos eléctricos intensos para generar moléculas ionizadas del gas alrededor de la superficie para difundir el nitrógeno y el carbono en la pieza de trabajo. Este gas altamente activo con moléculas ionizadas se llama plasma , nombrando la técnica. El gas utilizado para la nitruración de plasma suele ser nitrógeno puro, ya que no se necesita descomposición espontánea (como es el caso de la nitrocarburación ferrítica gaseosa con amoníaco). Debido al rango de temperatura relativamente bajo (420 °C (788 °F) a 580 °C (1076 °F)) que generalmente se aplica durante la nitrocarburación ferrítica asistida por plasma y el enfriamiento suave en el horno, se puede minimizar la distorsión de las piezas de trabajo. Las piezas de trabajo de acero inoxidable se pueden procesar a temperaturas moderadas (como 420 °C (788 °F)) sin la formación de precipitados de nitruro de cromo y, por lo tanto, manteniendo sus propiedades de resistencia a la corrosión. [27]
Se puede añadir un paso adicional al proceso de nitrocarburación llamado postoxidación. Cuando se realiza correctamente, la postoxidación crea una capa de óxido negro ( Fe3O4 ) , que aumenta en gran medida la resistencia a la corrosión del sustrato tratado y deja un color negro estéticamente atractivo. [28] Desde la introducción de la pistola Glock en 1982, este tipo de nitrocarburación con acabado postoxidación se ha vuelto popular como acabado de fábrica para pistolas de estilo militar.
Esta combinación de nitrocarburación y oxidación a veces se denomina "nitrox", pero esta palabra también tiene otro significado . [29]
Estos procesos se utilizan con mayor frecuencia en aceros de bajo carbono y baja aleación. Sin embargo, también se utilizan en aceros de medio y alto carbono. Las aplicaciones típicas incluyen husillos , levas , engranajes , matrices , vástagos de pistones hidráulicos y componentes de metal en polvo . [30]
Una de las aplicaciones iniciales del proceso de endurecimiento para motores de automóviles producidos en masa fue la que realizó Kaiser-Jeep para el cigüeñal del motor Jeep Tornado de 1962. [31] Esta fue una de las muchas innovaciones en el motor de seis cilindros OHC . El cigüeñal se reforzó mediante Tufftriding en un baño de sal único durante dos horas a 1025 °F (552 °C) que, según Kaiser-Jeep, aumentó la vida útil del motor en un 50% y también hizo que las superficies de los muñones fueran lo suficientemente duras como para ser compatibles con cojinetes de motor trimetálicos de servicio pesado. [32]
_%D0%B1%D0%B5%D0%B7_%D1%84%D0%BE%D0%BD%D0%B0.jpg/1280px-Glock_17_(6825676904)_%D0%B1%D0%B5%D0%B7_%D1%84%D0%BE%D0%BD%D0%B0.jpg)
Glock Ges.mbH , un fabricante de armas de fuego austriaco , utilizó el proceso Tenifer hasta 2010 para proteger los cañones y las correderas de las pistolas que fabrica. El acabado de una pistola Glock es el tercer y último proceso de endurecimiento. Tiene un espesor de 0,05 mm (0,0020 pulgadas) y produce una dureza Rockwell C de 64 a través de un baño de nitruro a 500 °C (932 °F). [33] El acabado mate final, antideslumbrante, cumple o supera las especificaciones del acero inoxidable , es un 85% más resistente a la corrosión que un acabado de cromo duro y es un 99,9% resistente a la corrosión por agua salada. [34] Después del proceso Tenifer, se aplica un acabado Parkerizado negro y la corredera está protegida incluso si el acabado se desgastara. En 2010, Glock cambió a un proceso de nitrocarburación ferrítica gaseosa. [35] Además de Glock, otros fabricantes de pistolas y otras armas de fuego, incluidos Smith & Wesson y HS Produkt , también utilizan nitrocarburación ferrítica para el acabado de piezas como cañones y correderas, pero lo llaman acabado Melonite. Heckler & Koch utiliza un proceso de nitrocarburación al que se refieren como Hostile Environment. El fabricante de pistolas Caracal International , con sede en los Emiratos Árabes Unidos, utiliza nitrocarburación ferrítica para el acabado de piezas como cañones y correderas con el proceso de postoxidación basado en plasma (PlasOx). Grand Power , un productor de armas de fuego eslovaco, también utiliza un tratamiento de temple pulido y temple (QPQ) para endurecer las piezas metálicas de sus pistolas K100. [36]