Folleto Trames (pdf) - Ventajas de la Nitruración por plasma

Parque Tecnológico del ITESM CEM
Carretera al Lago de Guadalupe Km. 3.5
Atizapán de Zaragoza
C.P. 54766 Estado de México
Tel. 55 5864-5668 / 5864-5555 Ext. 6159
www.trames.com.mx
®

NITRURACIÓN, CARBONITRURACIÓN Y
OXICARBONITRURACIÓN
Tratamientos asistidos por plasmas
®
®

Desarrollo de atributos funcionales
en variedades de aceros, fundiciones
y piezas sinterizadas
¿En qué consiste el tratamiento de superficie?
La nitruración consiste en producir un flujo de nitrógeno al
interior de las piezas de acero. Al fluir el nitrógeno en la pieza
de acero produce un gradiente de concentración de nitrógeno,
asociado con el gradiente de concentración se produce una capa
compacta de nitruros en la superficie que protege a la aleación.
En los tratamientos de TRAMES®, se puede producir el flujo
de nitrógeno mediante un plasma. Se puede producir un flujo
simultáneo de carbón y de nitrógeno, correspondiente al caso de
carbonitruración. Se pueden formar óxidos estequimétricos que
protegen la superficie, es el caso de la oxicarbonitruración.
¿Qué es el tratamiento asistido por plasma?
Los tratamientos por plasma desarrollados en TRAMES®
consisten en producir una atmósfera con una concentración
elevada de moléculas activas que se disocian en la superficie
de la pieza de acero, después de la disociación los átomos
en la superficie pasan en solución a la aleación, provocando
transformación estructurales que dan lugar a la formación
de una capa compacta de nitruros en la superficie. La alta
reactividad del medio generado por el plasma permite hacer
los tratamientos a temperaturas en donde no hay distorsión
dimensional de la pieza.
Tipo de materiales que pueden tratarse
Una muy amplia variedad de aleaciones puede tratarse, algunos
ejemplos son los siguientes: Aceros al carbón no aleados,
aceros rápidos, aceros grado herramienta, aceros refractarios,
aceros inoxidables dúplex. Para cada categoría de aceros se
pueden realizar tratamientos específicos para la construcción
de atributos funcionales.

Desarrollo de atributos funcionales de
las piezas de acero
Tratamientos asistidos por plasma
La mejora notable del desempeño tribológico* de piezas
nitruradas se produce por la formación de una capa
compacta de nitruros en la superficie de las piezas. En un
sistema tribológico fricción y desgaste están relacionados,
a mayor fricción mayor desgaste. Una capa compacta
de nitruros disminuye la fricción y en consecuencia el
desgaste.
*La tribología es la disciplina que estudia las formas de contacto entre
superficies en movimiento relativo. El contacto puede dar lugar al desgaste
abrasivo o adhesivo.
Resistencia al desgaste Dureza en la superficie Resistencia a la fatiga Bajo coeficiente
de fricción
La capa compacta de nitruros en la superficie y un gradiente
de concentración de nitrógeno o de carbón desde la
superficie hacia el interior de la pieza producen esfuerzos
de compresión desde la superficie hasta el interior de la
pieza, esta característica mejora la resistencia a la fatiga
de piezas nitruradas, debido a que inhibe el crecimiento de
grietas por fatiga desde la superficie del sólido.
La capa compacta de nitruros mejora las propiedades
termodinámicas de las piezas nitruradas. La capa nitrurada,
capas carbonitruradas así como oxinitruradas ofrecen una
mejora notable en la resistencia a la corrosión.
Mejora en la capacidad de lubricación de piezas nitruradas.
La capa compacta de nitruros permite optimizar el
desempeño de una película lubricante.
Resistencia a la
corrosión
Desarrollo de
esfuerzos de tensión
y de compresión en
el volumen
Alto desempeño
mecánico a
temperaturas elevadas
y en propiedades de
termofluencia
Alta precisión
dimensional

La figura 1 se muestra un corte transversal de una pieza de
acero al carbón nitrurada, corresponde a un acero 1018. Se
observa una capa compacta de nitruros de 5 µm de espesor,
seguida de una zona en donde el nitrógeno ha pasado en
solución en la matriz ferritica.
Durante el enfriamiento de la pieza en la zona de difusión del
nitrógeno se producen nitruros en forma de agujas, nitruros
4
g’-Fe4N, señalados en la figura 1. La mejora de propiedades
mecánicas como la fatiga y esfuerzos de cedencia se explican
por la formación de estos nitruros. La extensión de la zona de
formación de nitruros va desde 0.2 hasta 2.00 mm.
En la estructura de las piezas tratadas se obtiene tenacidad
en el cuerpo y alta dureza en la región cercana a la superficie.
Estas características funcionalizan la pieza en desempeños
mecánicos severos.
Figura 1
Características de las piezas nitruradas
Los espesores y características de las piezas nitruradas pueden
variar de acuerdo a características funcionales especificadas
en el desempeño de la pieza, por ejemplo en la figura 2 se
muestra un corte transversal de una pieza de acero H13, acero
que frecuentemente se utiliza en moldes para fundición de
aluminio. Se observa en el corte transversal una capa compacta
de nitruros de 10 µm de espesor. Además en estas piezas
se pueden realizar tratamientos térmicos posteriores que
permiten construir propiedades asociadas con requerimientos
funcionales específicos.
Figura 2

Formación de capas compactas
de nitruros y zona de difusión
Los espesores de las capas compactas de nitruros se pueden
determinar de los diagramas de equilibrio de los sistemas
termodinámicos. Así por ejemplo para el caso del hierro, en
la figura 3 se muestra una representación esquemática del
sistema Fe-N.
Los equilibrios termoquímicos entre el plasma y el sólido pueden
producir una concentración de nitrógeno en la superficie en
el dominio de solubilidad de la fase , asociado con estos
dominios de solubilidad se observa la formación de gradientes
de concentración de nitrógeno en función de la profundidad,
representadas en la figura adjunta. Asociado con los gradientes
de concentración se observa la formación de fases compactas
de nitruros representadas esquemáticamente en la parte baja
del dibujo.
Diagrama de fases
Figura 3
Temperatura
Fe
Concetración
N (%)
Superficie
Curva de
concentración
penetración
Distancia desde la
superficie

Dureza Hv
M1
M2
T
L
T
1400
1200
1000
800
600
400
200
1
2
0 0
F
F
u1
T
33
u2
Desgaste
Fricción
Desgaste
Fricción
550 C
50 100 150 200
5h
6h
7h
8h
9h
10h
Aplicaciones
Son diversos los sectores donde tiene aplicación
funcionalizar piezas para aplicaciones específicas.
• Soportes para amortiguador, cigüeñales, inyectores
de gasolina.
• Cuchillas de corte de elementos de precisión, de
papel, de alimentos etc.
• Engranes helicoidales, cónicos, rectos o de
cremallera; utilizados en mecanismos y
transmisiones.
• Válvulas de alto desempeño.
• Herramientas de corte.
• Cojinetes en elementos de maquinaria.
• Husillos para plásticos.
• Dados para extrusoras.
• Moldes para fundición.

Procesos asistidos por plasma
Los procesos desarrollados en TRAMES® no
son contaminantes. Permiten desarrollar diversas
configuraciones de capas de carbonitruros en diversas
aleaciones, y se pueden realizar tratamientos en zonas
específicas de las piezas.
La tecnología desarrollada permite adecuar procesos
de nitruración por plasmas en líneas de producción.
Reactor