Nitruració de l'acer: Procés, avantatges i tipus

Nitruració: Procés d'enduriment de l'acer

La nitruració és un procés d'enduriment de l'acer que implica l'absorció de nitrogen a una temperatura de 500-525 ºC. Aquest tractament proporciona una gran duresa superficial i una bona resistència al desgast i a la corrosió. Un dels avantatges principals és que no hi ha deformacions a baixes temperatures.

Procés de Nitruració

L'operació es realitza escalfant les peces en un corrent d'amoníac (2NH3). En escalfar-se, l'amoníac es dissocia segons la reacció: 2NH3 = N2 + 3H2, formant nitrogen atòmic. Aquest nitrogen atòmic reacciona amb elements com el Fe, Al, Mo i Cr, formant nitrurs.

Els gruixos de la capa nitrurada varien entre 0,20 i 0,70 mm, amb tractaments que duren entre 20 i 80 hores. Aproximadament, s'aconsegueix un gruix de 0,30 mm per dia. El nitrogen genera nitrurs que proporcionen una elevada duresa.

Les peces nitrurades sempre es trempen i es revenen abans de la nitruració, mai després, ja que el tractament tèrmic posterior no aportaria cap millora.

Composició de l'Acer per a la Nitruració

Normalment, s'utilitzen acers amb un contingut de carboni entre 0,2 i 0,6 %, aliats amb Al, Cr, Mo i V. El contingut de carboni no influeix en la duresa i només lleugerament en la profunditat de la capa, disminuint aquesta amb l'augment del percentatge de carboni.

• Alumini (Al): És l'element més important per aconseguir les màximes dureses, però sempre ha d'anar acompanyat d'altres elements d'aliatge per evitar capes nitrurades molt fràgils.
• Molibdè (Mo): Augmenta la duresa de la capa, millora la tenacitat del nucli i evita la fragilitat dels acers sense Mo.
• Crom (Cr) i Vanadi (V): Augmenten la profunditat de la capa dura.

En els acers al carboni, a igualtat de temps, s'obté una major profunditat de capa, ja que els elements d'aliatge formen nitrurs i disminueixen la difusió cap a l'interior, però els valors de duresa són sensiblement inferiors.

Resultats de la Nitruració

Amb la nitruració s'aconsegueixen dureses molt elevades, superiors als 1000 Vickers (78 HRc), que es mantenen a temperatures properes als 500 ºC. Les peces nitrurades són molt resistents a la corrosió de l'aigua, tant dolça com salada, i a les atmosferes humides. La màxima resistència a la corrosió fa que no sigui necessari rectificar les peces. A més, no produeix deformacions en les peces i manté la duresa a temperatures elevades.

En el diagrama es poden veure les dureses comprovades en un acer crom-níquel cementat i trempat i un altre nitrurat, escalfat durant 24 hores a diferents temperatures.

Tipus de Nitruració

Nitruració Líquida

S'utilitzen banys de sals que contenen cianurs (CN) i cianats (CON). La peça només absorbeix pràcticament el nitrogen. Els temps normals de nitruració líquida oscil·len entre 1,5 i 4 hores.

Nitruració Gasosa

Es crea un corrent de nitrogen per atmosfera controlada procedent de la descomposició de combinacions nitrogenades, com l'amoníac. Els temps normals de nitruració gasosa oscil·len al voltant de 20-96 hores.

Nitruració Iònica o per Plasma (Gasosa a Pressió)

Es realitza en forns de buit (reactors), també anomenada nitruració a pressió, ja que la seva aplicació es fa entre 2 i 20 bars de pressió. Aquest sistema té l'avantatge de treballar amb noves tecnologies no contaminants i redueix el temps del procés.

Nitruració Sòlida

Les peces es col·loquen cobertes per una substància nitrurant i s'eleva la temperatura entre 520 i 570 ºC, amb una durada d'aproximadament 12 hores.