La nitrocarburación ferrítica o FNC , también conocida con los nombres patentados Tenifer , Tufftride y Melonite , así como ARCOR , [Nota 1] [1] es una gama de procesos de endurecimiento patentados 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 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). A esta temperatura los aceros y otras aleaciones ferrosas permanecen en la región de la fase ferrítica . Esto permite un mejor control de la estabilidad dimensional que no estaría presente en el caso de que se produzcan procesos de endurecimiento cuando la aleación pasa a la fase austenítica . [2] Hay cuatro clases principales de nitrocarburación ferrítica: gaseosa , baño de sal , ion o plasma y lecho fluidizado . [3]
El proceso se utiliza para mejorar tres aspectos principales de la integridad de la superficie, incluida la resistencia al desgaste, las propiedades de fatiga y la resistencia a la corrosión . Tiene la ventaja adicional 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 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 que comercializó con éxito el proceso fue Imperial Chemical Industries en Gran Bretaña . ICI llamó a su proceso "el cassel" por la planta donde se desarrolló [5] [6] o tratamiento "Sulfinuz" porque llevaba azufre en el baño de sal. Si bien el proceso fue muy exitoso 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 finales de los años cincuenta. La empresa solicitó una patente en 1961. Produjo un acabado superficial similar al proceso Sulfinuz con la excepción de la formación de sulfuros. La atmósfera estaba formada por amoníaco , gases de hidrocarburos y una pequeña cantidad de otros gases que contienen carbono. [8]
Esto 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 proceso Tufftride o Tenifer. Posteriormente, a principios de los años 1980 se inventó el proceso de nitruración iónica. Este proceso tuvo tiempos de ciclo más rápidos, requirió menos limpieza y preparación, formó casos más profundos y permitió un mejor control del proceso. [10]
A pesar del nombre, el proceso es una forma modificada de nitruración y no de carburación . El atributo compartido de esta clase de este proceso es la introducción de nitrógeno y carbono en el estado ferrítico del material. Los procesos se dividen en cuatro clases principales: gaseosos , en baño de sal , iónicos o plasma , o en 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 con los nombres comerciales Tufftride [3] y Tenifer . [13]
La forma más sencilla de este proceso la abarca el proceso Melonite , de marca registrada , también conocido como Meli 1 . Se utiliza más comúnmente 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 está contenido en una olla de acero que cuenta con un sistema de aireación . El cianato reacciona térmicamente con la superficie de la pieza de trabajo para formar un carbonato alcalino . Luego se trata el baño 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 de hierro, nitrógeno y oxígeno es resistente a la abrasión y estable a temperaturas elevadas. La capa de difusión contiene nitruros y carburos . La dureza de la superficie varía de 800 a 1500 HV dependiendo del grado del acero . Esto también afecta inversamente la profundidad del caso; es decir, un acero con alto contenido de carbono formará una carcasa dura pero poco profunda. [14]
Un proceso similar es el proceso de marca registrada Nu-Tride , también conocido incorrectamente como proceso Kolene (que en realidad es el nombre de la empresa), que incluye un ciclo de precalentamiento y enfriamiento intermedio. El enfriamiento intermedio es un baño de sal oxidante a 400 °C (752 °F). Este enfriamiento se mantiene durante 5 a 20 minutos antes del enfriamiento final a temperatura ambiente. Esto se hace para minimizar la distorsión y destruir cualquier cianato o cianuro que quede en la pieza de trabajo. [dieciséis]
Otros procesos registrados son Sursulf y Tenoplus . Sursulf tiene un compuesto de azufre en el baño de sal para crear sulfuros superficiales que crean porosidad en la superficie de la pieza de trabajo. Esta porosidad se utiliza para contener la lubricación. Tenoplus es un proceso de alta temperatura en dos etapas. La primera etapa ocurre a 625 °C (1157 °F), mientras que la segunda etapa ocurre a 580 °C (1076 °F). [17]
La nitrocarburación ferrítica gaseosa también se conoce como nitrocarburación controlada , nitruración blanda y nitrocarburación al vacío o con 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 del baño de sal, excepto que se utilizan mezclas gaseosas para difundir el nitrógeno y el carbono en la pieza de trabajo. [21]
Las piezas primero se limpian, generalmente con un proceso de desengrasado con vapor , y luego se nitrocarburan a unos 570 °C, con un tiempo de procesamiento que oscila entre una y cuatro horas. Las mezclas de gases reales son patentadas, pero normalmente contienen amoníaco y un gas endotérmico . [21]
La nitrocarburación ferrítica asistida por plasma también se conoce como nitruración iónica , nitruración iónica por plasma o nitruración por descarga luminosa . 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. [22] [23] [24] [25] 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 , nombre que da nombre a la técnica. El gas utilizado para la nitruración por plasma suele ser nitrógeno puro ya que no se necesita descomposición espontánea (como es el caso de la nitrocarburación ferrítica gaseosa con amoniaco). 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. [26]
Se puede agregar un paso adicional al proceso de nitrocarburación llamado postoxidación. Cuando se realiza correctamente, la posoxidación crea una capa de óxido negro (Fe 3 O 4 ), que aumenta en gran medida la resistencia a la corrosión del sustrato tratado y deja un color negro estéticamente atractivo. [27] Desde la introducción de la pistola Glock en 1982, este tipo de nitrocarburación con acabado post-oxidación 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 . [28]
Estos procesos se utilizan más comúnmente en aceros con bajo contenido de carbono y baja aleación; sin embargo, también se utilizan en aceros con contenido medio y alto de carbono. Las aplicaciones comunes incluyen husillos , levas , engranajes , matrices , vástagos de pistones hidráulicos y componentes metálicos en polvo . [29]
Una de las aplicaciones iniciales del proceso de endurecimiento para motores de automóviles producidos en masa fue por parte de Kaiser-Jeep para el cigüeñal del motor Jeep Tornado de 1962 . [30] 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 especial durante dos horas a 552 °C (1025 °F), lo que, según Kaiser-Jeep, aumentó la vida útil del motor en un 50% y también hizo que las superficies del muñón fueran lo suficientemente duras para ser compatibles con cargas pesadas. Cojinetes de motor trimetálicos de alta resistencia. [31]
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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 fabrican. El acabado de una pistola Glock es el tercer y último proceso de endurecimiento. Tiene 0,05 mm (0,0020 pulgadas) de espesor y produce una dureza Rockwell C de 64 a través de un baño de nitruro a 500 °C (932 °F). [32] El acabado final mate y antideslumbrante cumple o supera las especificaciones de 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 del agua salada. [33] Después del proceso Tenifer, se aplica un acabado parkerizado negro y el portaobjetos queda protegido incluso si el acabado se desgasta. En 2010, Glock cambió a un proceso de nitrocarburación ferrítico gaseoso. [34] 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 denominan entorno hostil. 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 mediante el proceso de postoxidación basado en plasma (PlasOx). Grand Power , un productor de armas de fuego eslovaco, también utiliza un tratamiento de enfriamiento de pulido (QPQ) para endurecer las piezas metálicas de sus pistolas K100. [35]