Tractaments de superfícies

La utilització de tractaments tèrmics permet assolir les més diverses característiques de l'acer i els seus aliatges, així com de molts altres metalls. En conseqüència aquests tractaments tenen una importància cabdal en les diferents fases de fabricació de la indústria moderna. En aquest article es pretén donar una succinta informació sobre els diferents tractaments tèrmics, els seus procediments i resultats.

Els procediments en els tractaments tèrmics són molt nombrosos i variats segons la finalitat que es pretén aconseguir. La gran quantitat de tractaments tèrmics, les diferents aliatges i les seves reaccions i les diferents exigències tècniques requereixen solucions i coneixements profunds de la matèria. El tractament tèrmic pretén endurir o estovar, eliminar les conseqüències d'un mecanitzat, modificar l'estructura cristalina o modificar totalment o parcialment les característiques mecàniques del material.
Podem distingir dues raons principals per a efectuar tractaments tèrmics en els quals es pretén aconseguir un enduriment (tremp) o un estovament (recuit).

El tremp consisteix en escalfar l'acer a una temperatura determinada per sobre del seu punt de transformació per aconseguir una estructura cristalina determinada (estructura austenítica), seguit d'un refredament ràpid amb una velocitat superior a la crítica, que depèn de la composició de l'acer, per aconseguir una estructura austenítica, martensítica o bainita, que proporcionen als acers una duresa elevada.
Per aconseguir un refredament ràpid s'introdueix l'acer en aigua, oli, sals o bé s'efectua el refredament amb aire o gasos. La velocitat de refredament depèn de les característiques dels acers i dels resultats que es pretenen obtenir.
En casos determinats s'interromp el refredament en camps de temperatura compresos entre 180-500 º C., aconseguint d'aquesta manera un tremp amb el mínim de variació en les dimensions de les peces, un mínim risc de deformació i aconseguint dureses i resistències determinades, d' acord amb les estructures cristal pel que fa a austenita, martensita o bainita.
Els procediments de tremp descrits es refereixen a un tremp total del material, altres tractaments permeten una més àmplia variació de les característiques afegint carboni o nitrogen a la superfície de les peces.

En casos determinats es necessiten dues revinguts consecutius, ja que en el tremp pot no transformar-se l'austenita en la seva totalitat

La difusió de carboni sobre la superfície s'anomena cimentació. Aquest procediment consisteix en l'escalfament de les peces a una temperatura d'aproximadament 900 º C en un medi en el qual el carboni penetri en la superfície de l'acer en funció del temps. Es pot efectuar aquest procediment amb mitjans sòlids (carbó de fusta amb additius, bany de sals amb cianurs), o amb mitjans gasosos CO, H2, N2, CmHn. La utilització de mitjans gasosos és la més utilitzada ja que permet un control de la profunditat del tractament.
Després de la cimentació es fa un refredament ràpid per arribar a la duresa superficial necessària de manera que els acers amb baix contingut en carboni, assoleixin una superfície dura amb un nucli dúctil que proporcioni a les peces seva màxima resistència.

L'addició de nitrogen a la superfície s'anomena nitruració, aquest procediment consisteix en l'enriquiment de la superfície mantenint l'acer (d'aliatge especial amb crom, vanadi, alumini), a una temperatura d'aproximadament 550 º C, sigui en bany de sals o en una atmosfera d'amoníac durant un temps determinat. Sense més tractaments s'aconsegueix d'aquesta manera una duresa superficial extremadament alta amb un mínim de deformacions, a causa de la baixa temperatura del tractament.

La cementació consisteix en l'escalfament de les peces a uns 900 º C en un medi en el qual el carboni penetri en la superfície de l'acer en funció del temps

Normalment, a continuació del tremp es fa un tractament, denominat revingut. Si un acer es tempera correctament, aconsegueix la seva màxima duresa, que depèn en primer lloc del seu contingut en carboni, però l'acer en aquest estat és molt fràgil i en conseqüència ha de ser revingut a una temperatura entre 150 º C i el punt de transformació del mateix. Els revinguts efectuats entre 150-220 º C influeixen poc en la duresa però milloren la resistència, eliminant una part de les tensions produïdes durant el refredament. Aquesta classe de revingut s'utilitza sobretot en acers per eines que requereixen una gran duresa, en altres casos s'efectuen els revinguts entre els 450-600 º C.
En aquests casos l'acer temperat perd part de la duresa aconseguida però s'augmenta la resistència i l'elasticitat. Variant la temperatura i la durada del revingut s'influeix sobre el resultat final pel que fa a duresa i resistència de l'acer. Una prolongació del temps de manteniment a temperatura, vist des del punt de la duresa, significa el mateix que un augment de la temperatura, però no en absolut pel que fa a l'estructura, per tant, la temperatura i durada del tractament depèn d'els resultats finals exigits, (duresa, resistència).
En casos determinats es necessiten dues revinguts consecutius, ja que en el tremp pot no transformar l'austenita en la seva totalitat, romanent en l'estructura part d'aquesta no transformada (austenita residual). Aquesta austenita pot transformar-se en el curs d'un revingut, ja sigui en l'escalfament a temperatura o en període de manteniment d'aquesta, o bé en el refredament després del revingut, aconseguint-se martensita o bainita. Un segon revingut pot ser necessari per eliminar la fragilitat deguda a les tensions produïdes per la transformació en les diferents fases. Lloa acers que tenen una asutenita residual molt estable, com alguns acers ràpids, requereixen a vegades tres revinguts.

La difusió de carboni i nitrogen s'anomena carbonitruración, tractament tèrmic molt freqüent a causa dels seus nombrosos avantatges. Aquest tractament es realitza en les mateixes condicions que la cimentació ja sigui en bany de sals d'una composició determinada o en atmosfera gasosa amb addició de nitrogen per mitjà de la dissociació d'amoníac.

Màquines per al rentat, desgreixatge i tractament de superfícies de tot tipus de peces (fosfatat, pasivado, decapat, assecat, etc.

El recuit pretén aconseguir el contrari que el tremp, és a dir un estovament del material que s'aconsegueix al posar en equilibri l'estructura cristalina que s'havia deformat pel fred, per tractaments tèrmics o per la mecanització de la peça.

El normalitzat és un recuit que s'efectua per proporcionar una bona i fàcil mecanització de les peces, la qual cosa depèn de la seva estructura cristalina. El normalitzat s'efectua abans del tremp, ja que el resultat d'aquest depèn de l'estat inicial de l'estructura de les mateixes. També es realitzen recocidos per a l'eliminació de tensions a temperatures inferiors al punt de transformació.
Moltes vegades es fan recuits en peces que prèviament van ser temperades i revinguts. Per això ha de triar una temperatura que aconsegueixi la disminució de la duresa i la resistència.
La temperatura baixa exigida pot ser compensada per la durada del recuit.
La velocitat de refredament després de recuit té una gran importància, ja que un refredament ràpid pot provocar noves tensions i si és massa lent hi ha el perill de fragilitat.

Moltes vegades es fan recuits en peces que
prèviament van ser temperades i revinguts

Diverses peces tractades

Altres recocidos s'efectuen per a modificar la repartició dels components de l'estructura cristalina (transformació de la perlita laminar), a aquest recuit denominat isotèrmic el qual és molt freqüent en peces estampades per a la indústria d'automoció.
A part dels tractaments indicats hi ha un gran nombre d'altres molt específics com envelliment, boronizado, sulfinizado, desgasificat, oxidació, recristalización, reducció sinteritzat, etc.