Nitrocarburación ferrítica
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No confundir con Carbonitruración .

La nitrocarburación ferrítica o FNC , también conocida por los nombres patentados Tenifer , Tufftride y Melonite , así como ARCOR , [Nota 1] [1] es una gama de procesos patentados de endurecimiento de la caja que difunden nitrógeno y carbono en metales ferrosos a temperaturas subcríticas durante un baño de sal. Otros métodos de nitrocarburación férrica incluyen procesos gaseosos como Nitrotecy de iones (plasma). La temperatura de procesamiento varía de 525 ° C (977 ° F) a 625 ° C (1,157 ° F), pero generalmente ocurre a 565 ° C (1,049 ° 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 los procesos de endurecimiento que ocurren cuando la aleación pasa a la fase austenítica . [2] Hay cuatro clases principales de nitrocarburación ferrítica: gaseosa , baño de sal , iónico 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 rayado, las propiedades de fatiga y la resistencia a la corrosión . Tiene la ventaja adicional de inducir una pequeña 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]

Historia

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 "el 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 fue muy exitoso con husillos de alta velocidad y herramientas de corte , hubo problemas con la limpieza de la solución porque no era muy soluble en agua . [7]

Debido a los problemas de limpieza, la compañía Joseph Lucas Limited 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 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 estimuló el desarrollo de un proceso de baño de sal más respetuoso con el medio ambiente por parte de la empresa alemana Degussa después de adquirir las patentes de ICI. [9] Su proceso es ampliamente conocido como el proceso Tufftride o Tenifer. Después de esto, el proceso de nitruración de iones se inventó a principios de la década de 1980. Este proceso tuvo tiempos de ciclo más rápidos, requirió menos limpieza y preparación, formó cajas más profundas y permitió un mejor control del proceso. [10]

Procesos

A pesar del nombre, el proceso es una forma modificada de nitruración y no de carburación . Los atributos compartidos 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: 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]

Nitrocarburación ferrítica en baño de sal

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 de marca registrada Tufftride [3] y Tenifer . [13]

La forma más simple de este proceso está incluida en el proceso Melonite de marca registrada , también conocido como Meli 1 . Se utiliza con mayor frecuencia en aceros, hierros sinterizados y fundiciones 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 . Esta está contenida en una olla de acero que tiene un sistema de aireación . El cianato reacciona térmicamente con la superficie de la pieza de trabajo para formar carbonato alcalino . A continuación, se trata el baño para convertir el carbonato de nuevo en cianato. La superficie formada a partir de la reacción tiene una capa de compuesto y una capa de difusión. La capa de compuesto consta 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 de 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 el proceso Kolene (que en realidad es el nombre de la empresa), que incluye un precalentamiento y un ciclo de enfriamiento intermedio. El enfriamiento intermedio es un baño de sal oxidante a 400 ° C (752 ° F). Esta inactivación se mantiene durante 5 a 20 minutos antes de la inactivación 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 de marca registrada 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 lubricación. Tenoplus es un proceso de alta temperatura de dos etapas. La primera etapa ocurre a 625 ° C (1,157 ° F), mientras que la segunda etapa ocurre a 580 ° C (1,076 ° F). [17]

Nitrocarburación ferrítica gaseosa

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 y Nitrowear , Nitroneg . [3] [19] 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. [20]

Las piezas se limpian primero, generalmente con un proceso de desengrasado con vapor , y luego se nitrocarburaron alrededor de 570 ° C (1058 ° F), con un tiempo de proceso que varía de una a cuatro horas. Las mezclas de gases reales son patentadas, pero generalmente contienen amoníaco y un gas endotérmico . [20]

Nitrocarburación ferrítica asistida por plasma

La nitrocarburación ferrítica asistida por plasma también se conoce como nitruración de iones , nitruración de iones de plasma o nitruración de 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. [21] [22] [23] [24] 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 por plasma suele ser nitrógeno puro, ya que no se necesita una 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 (1,076 ° F)) generalmente aplicado durante la nitrocarburación ferrítica asistida por plasma y el enfriamiento suave en el horno, la distorsión de las piezas de trabajo se puede minimizar. 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. [25]

Óxido negro postoxidación

Se puede agregar un paso adicional al proceso de nitrocarburación llamado postoxidación. Cuando se realiza correctamente, la postoxidación crea una capa de óxido negro (Fe 3 O 4 ), que aumenta en gran medida la resistencia a la corrosión del sustrato tratado dejando un color negro estéticamente atractivo. [26] 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 llama "nitrox", pero esta palabra también tiene otro significado . [27]

Usos

Estos procesos se utilizan con mayor frecuencia en aceros de baja aleación y bajo contenido de carbono, sin embargo, también se utilizan en aceros de contenido medio y alto en carbono. Las aplicaciones comunes incluyen husillos , levas , engranajes , matrices , vástagos de pistones hidráulicos y componentes metálicos en polvo . [28]

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 un grosor de 0.05 mm (0.0020 in) y produce una clasificación de dureza Rockwell C de 64 a través de un baño de nitruro a 500 ° C (932 ° F). [29] El acabado mate final sin reflejos cumple o supera las especificaciones del acero inoxidable , es un 85% más resistente a la corrosión que un acabado de cromo duro y es 99,9% resistente a la corrosión por agua salada. [30] Después del proceso Tenifer, un parkerizado negrose aplica el acabado y la corredera está protegida incluso si el acabado se desgastara. En 2010, Glock cambió a un proceso de nitrocarburación ferrítica gaseosa. [31] Además de Glock, varios otros fabricantes de pistolas, incluidos Smith & Wesson y Springfield Armory, Inc. , también utilizan nitrocarburación ferrítica para el acabado de piezas como cañones y diapositivas, pero lo llaman acabado Melonita. Heckler & Koch utilizan un proceso de nitrocarburación al que se refieren como entorno hostil. El fabricante de pistolas Caracal International LLC utiliza nitrocarburación ferrítica para el acabado de piezas como barriles y portaobjetos con el proceso de posoxidación a base de plasma (PlasOx). Gran poder, un productor de armas de fuego eslovaco, también utiliza un tratamiento de templado pulido templado (QPQ) para endurecer las piezas metálicas de sus pistolas K100. [32]

Referencias

  1. ^ George E. Totten (28 de septiembre de 2006). Tratamiento térmico de acero: metalurgia y tecnologías . CRC. pags. 530. ISBN 978-0-8493-8452-3.
  2. ^ Pye , 2003 , p. 193.
  3. ↑ a b c Pye , 2003 , pág. 202.
  4. ^ Pye , 2003 , págs. 193-194.
  5. ^ Archivado en Ghostarchive y Wayback Machine : "ICI End of Process - Castner Process at Cassel Works" . YouTube .
  6. ↑ Imperial Chemical Industries, ltd (1954). "El Proceso 'Cassel' 'Sulfinuz'" .
  7. ^ Pye , 2003 , p. 195.
  8. ^ Pye , 2003 , págs. 195-196.
  9. ^ Hans Velstrop (22 de febrero de 2015). "Encontrar el camino en la jungla de nomenclatura de la difusión del nitrógeno" .
  10. ^ Pye , 2003 , págs. 196-197.
  11. ^ Pye , 2003 , págs. 201-202.
  12. ^ Easterday, James R., líquido Ferrítico Nitrocarburación (PDF) , archivada desde el original (PDF) en 2011-07-24 , recuperado 2009-09-17 .
  13. ^ Historia de la empresa , archivado desde el original el 26 de agosto de 2009 , consultado el 29 de septiembre de 2009.
  14. ↑ a b Pye , 2003 , p. 203.
  15. ↑ Melonite Processing , consultado el 17 de septiembre de 2009.
  16. ^ Pye , 2003 , págs. 208-210.
  17. ^ Pye , 2003 , p. 217.
  18. ^ https://www.ahtcorp.com/services/nitriding-and-nitrocarburizing/ultraox/ >
  19. ^ Pye , 2003 , p. 220.
  20. ↑ a b Pye , 2003 , p. 219.
  21. ^ Pye , 2003 , p. 71.
  22. ^ Una introducción a la nitruración p. 9
  23. ^ Pye, David (2007), Metalurgia y tecnologías de tratamiento térmico de acero , CRC Press, p. 493, ISBN 978-0-8493-8452-3.
  24. ^ MINIMIZAR EL DESGASTE MEDIANTE PROCESOS COMBINADOS DE DIFUSIÓN Y RECUBRIMIENTO TERMOQUÍMICOS Y ACTIVADOS POR PLASMA por Thomas Mueller, Andreas Gebeshuber, Roland Kullmer, Christoph Lugmair, Stefan Perlot, Monika Stoiber Archivado el 14 de agosto de 2011 en la Wayback Machine.
  25. ^ Larisch, B; Brusky, U; Espías, HJ (1999). "Nitruración por plasma de aceros inoxidables a bajas temperaturas". Tecnología de superficies y revestimientos . 116 : 205–211. doi : 10.1016 / S0257-8972 (99) 00084-5 .
  26. ^ Holm, Torsten. "Atmósferas de horno 3: Nitrading y Nitrocarburizing" (PDF) . Ferronova . Ferronova . Consultado el 8 de mayo de 2017 .
  27. ^ Para referencias, vea en wikt: nitrox .
  28. ^ Pye , 2003 , p. 222.
  29. ^ Kasler, Peter Alan (1992). Glock: La nueva ola en armas de fuego de combate . Boulder, Col .: Paladin Press. págs. 136-137. ISBN 9780873646499. OCLC  26280979 .
  30. ^ Kokalis, Peter (2001). Pruebas y evaluaciones de armas: lo mejor de Soldier of Fortune . Boulder, Col .: Paladin Press. pags. 321. ISBN 9781581601220.
  31. ^ El editor (7 de agosto de 2010). "Historia, tecnología y desarrollo de las armas de fuego" . Consultado el 25 de diciembre de 2014 .
  32. ^ "Gran poder en Tenifer QPQ" . Archivado desde el original el 26 de octubre de 2014 . Consultado el 6 de enero de 2011 .
  1. ^ Otros nombres comerciales incluyen Tuffride / Tuffrider, QPQ, Sulfinuz, Sursulf, Meli 1 y Nitride, entre otros

Bibliografía

  • Pye, David (2003), Nitruración práctica y nitrocarburación ferrítica , ASM International, ISBN 978-0-87170-791-8.
  • Pye, David. "Acerca de David Pye" . Consultoría Internacional Metalúrgica Pye . Consultado el 10 de enero de 2017 .
  • Pye, David. "Libros de David Pye" . Consultoría Internacional Metalúrgica Pye . Consultado el 10 de enero de 2017 .
  • Joseph R. Davis (2001), Ingeniería de superficies para resistencia a la corrosión y al desgaste , ASM International, p. 115, ISBN 0-87170-700-4

enlaces externos

  • Tufftride- / QPQ-process: información técnica
  • : ¿Qué es Tufftride?
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