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HORNOS DE SALES
Los hornos de crisol con sales
fundidas han sido largamente utilizados para el tratamiento térmico de los
metales.
Entre
otras ventajas cabe citar la rapidez del tratamiento, la uniformidad de
temperatura, la ausencia de oxidación y, sobre todo, la facilidad de manejo.
Entre
los inconvenientes, la dificultad de limpieza y la lentitud de puesta en marcha
que obligan a un trabajo ininterrumpido.
Actualmente
se utilizan, principalmente, en los siguientes tratamientos:
·
Cementación
y Nitruración: es el procedimiento más utilizado para series cortas.
·
Temple:
barato y de alto rendimiento.
·
Revenido:
muy rápido.
·
Sulfinización
y Selenización. Único sistema industrial.
NITRURACIÓN EN BAÑOS DE SALES.
Todas
las sales fundidas con contenidos de cianuros ceden al acero, carbono y
nitrógeno. Estas sales fundidas a distintas temperaturas adquieren diferentes
propiedades. Cuando la temperatura de un baño
con elevado contenido de cianuro alcanza los 760º C, el efecto nitrurante
disminuye, dando, por el contrario, una mayor actividad al efecto cementante.
Por el contrario, a medida que esta temperatura decrece la carburación
disminuye, dando paso totalmente al nitrógeno al llegar a los 600º C.
Los
baños de nitruración deben contener, además de los cianuros, una parte de
cianato, necesario para que el baño sea activo. En los baños de cementación, la
formación de cianatos deberá evitarse.
Puede
mejorarse el rendimiento mecánico de utillajes construidos con aceros altamente
aleados (rápidos, en caliente, etc.) sometiéndolos después del tratamiento de
temple a un corto período de nitración de sales.
En
fresas, brochadores, machos, hileras, escariadores, etc., y en estampas de
trabajo en caliente, moldes, etc., puede alcanzarse hasta diez veces más su
rendimiento.
Las
sales utilizadas generalmente tienen su punto de fusión a los 300º C, y la zona
de trabajo se sitúa entre los 500 y 550º C. Los crisoles deberán ser
construidos en acero dulce.
En
las herramientas sometidas a esfuerzos de flexión o de torsión, escariadores,
brocas, machos de roscar, etc., el tiempo de permanencia en el baño nitrurante
será de pocos minutos (
En
fresas madre, moldes, etc., de mayor sección, el tiempo puede ser hasta 40
minutos.
Las
piezas serán retiradas del baño dejando que se enfríen al aire, nunca deberán
acabarse de enfriar en aceite o en agua.
Un
revenido posterior mejora las condiciones mecánicas del material nitrurado. La
temperatura del revenido puede estipularse en los 500º C, con un tiempo de una
hora, aproximadamente. Igual que en el proceso de nitruración las piezas
deberán ser enfriadas al aire.
En
ningún caso deberá ser aprovechado el baño de nitrurar para ejecutar el apagado
de piezas austenizadas, puesto que los perfiles de las herramientas se harían
frágiles, por efecto de una brusca y descontrolada nitruración.
CALENTAMIENTO ELÉCTRICO
Existen
aleaciones muy numerosas para tal finalidad. Debemos considerar un punto muy
importante: las temperaturas máximas de trabajo indicadas por cada fabricante
de resistencias, no deberán ser confundidas con las temperaturas reinantes en
el horno; ejemplo: supongamos un horno donde la temperatura indicada es de
1.000º C. Las resistencias estudiadas para lograr los 1.000º C de temperatura
máxima, tendrán una temperatura muy superior, en la mayoría de los casos de
hasta 1.200º C y más.
Los
constructores de hornos tenemos la precaución de elegir la forma de la
resistencia, la forma de suspenderla, las posibilidades máximas de radiación de
la resistencia para evitar los sobrecalentamientos locales y también la carga
específica en W/cm2.
En
hornos donde se requieren altas temperaturas, no es recomendable resistencias
en forma de hilo espiral, sea cual fuere su aleación, si deben ser soportadas
en toda su longitud. Esta disposición disminuye la radiación del elemento
calefactor, creando, además, a menudo, sobrecalentamientos localizados,
formando por la oxidación y el refractario del soporte, un nudo fusible que
origina la rotura de la resistencia.
La
tendencia actual es incorporar la espiral resistente a la placa de hormigón
especial con lo que se consigue alto rendimiento con la potencia instalada del
orden del 50% de la instalada con otro procedimiento.
También
ofrece muy buenos resultados el calentamiento con gas o gasóleo.
CEMENTACIÓN
La
cementación efectuada en baño de sales y operando a elevadas temperaturas
(920-930º C), no presenta sobre carburación perceptible; por el contrario,
permite una regular absorción del carbono y su mayor difusión. Las temperaturas
elevadas favorecen la solución del carbono en mayores proporciones. Si después
de la cementación se procede a enfriar directamente el material en un baño
caliente, este enfriamiento rápido inhibe el material carburado de una sobre
carburación, aunque el porcentaje de carbono en la periferia sea de 1'2%. Los
carburos que pudieran formarse, son segregados en forma granular finísima y
difusa, siendo del todo aceptables (aumento de durezas).
El
control de temperaturas es del todo necesario en los procesos de cementación.
Pequeños errores de temperatura, pueden modificar sensiblemente la duración del
proceso, particularmente cuando se trate de alcanzar las mayores profundidades
de cementación. El control de temperaturas deberá efectuarse con instrumentos
de precisión, y que queden registrados los tiempos y temperaturas.
Los
baños deberán cuidarse con esmero para lograr procesos regulares de
cementación. Cualquier agregado al baño que no entre en su formulación, con
toda seguridad, alterará la buena marcha del mismo. Igualmente tiene una gran
importancia la utilización de crisoles adecuados. Deben descartarse los
crisoles fabricados con aceros con elevados porcentajes de níquel. Los crisoles
más idóneos para la cementación, son los fabricados con aceros dulces y el
menor porcentaje de carbono posible.
Cada
jornada de trabajo será necesaria una revisión y limpieza del fondo del baño;
todos los lodos que puedan formarse son perjudiciales para su buen rendimiento.
El
baño de cementación deberá ser controlado por períodos más o menos espaciados,
según sea la cadencia del trabajo. Mantener la concentración determinada de
CNNa del baño, asegura una cementación regular en cada proceso. Una capa cubre
baño (grafito), demasiado compacta, dificulta la cementación. Es necesario que
la superficie del baño presente lagunas sin cubrir.
Las
temperaturas de cementación en baños de sales pueden estipularse entre los 900
y 930º C, salvo excepciones.
Cementando
a temperaturas inferiores a 900º C, por ejemplo, a 880º C, los tiempos
necesarios para lograr una misma profundidad son duplicados, y cementando a
unos 850º C, son hasta cuatro veces más con relación a temperaturas y tiempos.
·
La
cementación bien ejecutada en baños de sales, da excelentes resultados,
omitiendo perfectamente el recocido de difusión, imprescindible cuando la
carburación del acero es efectuada por otros procedimientos.
·
La
manutención de los baños deberá ejecutarse a diario y como norma establecida.
Como se ha expuesto, cualquier interferencia que afecte la composición del
baño, puede anular la buena marcha de la operación.
SALES DE NITRURACIÓN
Con
la aplicación de las sales de nitrurar se obtienen resultados nitrurantes
excelentes, tratándose en aceros apropiados para la nitruración.
Al
mismo tiempo las sales nitrurantes extienden su aplicación a acero de
construcción al carbono, de baja aleación, austeníticos y a fundiciones.
Durante
el tratamiento, el material absorbe carbono y nitrógeno del baño. Dadas las
bajas temperaturas con que se opera (550-570º C), la penetración del carbono es
muy lenta, combinando con el nitrógeno retenido, una capa poco frágil, cuya
composición es de un 25% de carburo y de un 75% de nitruro de hierro.
Cuando
el acero sometido a tratamiento no contiene grandes porcentajes de elementos
formadores de nitruros, tales como son el cromo, aluminio, tungsteno, vanadio,
etc., la dureza superficial alcanzada varía poco. Sin embargo, la resistencia a
la fatiga de esta capa de compuestos, es mucho más elevada que la conseguida en
las capas cementadas. Además del aumento de resistencia a la fatiga, este
proceso aumenta considerablemente la resistencia al gripaje, particularmente
para las piezas que trabajan con escasa lubricación.
La
capa dada por la aplicación del proceso, posee propiedades de comprensión; con
estas tensiones se aumenta considerablemente la resistencia a la fatiga de las
piezas en estado templado y revenido (bonificadas). Estas tensiones de
comprensión son originadas por el nitrógeno que se encuentra en la zona de
difusión.
Esta
elevación de la resistencia a la fatiga, es muy remarcada en los aceros de
construcción bonificables y de cementación, con bajos porcentajes de elementos
de aleación. Si estos tipos de aceros una vez efectuado el proceso nitrurante
se enfrían bruscamente en agua, se pueden alcanzar coeficientes en el aumento
de la resistencia a la fatiga, del orden del 80 al 120%, para los aceros de
cementación y del 50 al 60% para los aceros bonificables.
En
los aceros austeníticos y para las fundiciones, pueden igualmente lograrse
aumentos de resistencia a la fatiga del 20 al 30%.
Aplicación
de estas sales nitrurantes: en diferentes piezas que se pueden favorecer con el
proceso de nitruración por sus efectos antidesgaste y aumento de resistencia a
la fatiga.
Camisas
de cilindro, engranajes de bomba de aceite, árboles de levas, engranajes
construidos con aceros austeníticos, piezas para compresores, pistones
hidráulicos, máquinas de coser, etc.
Piezas
de aeronáutica, bielas para motores diesel, culatas de fundición, cigüeñales,
pivotes a esfuerzos alternados.
Tratamiento
térmico:
·
Temperatura
de trabajo: 520-560º C.
·
Tiempos
de permanencia:
·
Enfriamiento:
aire o agua.
Composición
química de algunos baños de sales.
Sales
para bajas temperaturas, revenidos, Martempering y Austempering.: 45% NaNO2
más 55% KNO3.
Sales para bajas temperaturas, revenidos,
temples isotérmicos y oxidación azul.:50% NaNO2 más 50% KNO3.
Baño
de cementación.:40% NaCN más 10% NaCl más 20% BaCO3 más 30% BaCl2.
Sales
para el primer apagado de los aceros rápidos y recocidos, etc.: 30% BaCl2
más 20% NaCl más 50% CACl2.
RESUMEN
Un
horno moderno de crisol debe cumplir entre otras las siguientes
características:
·
Gran
aislamiento lateral y en la superficie libre de las sales. Ello se consigue
mediante aislamiento de fibra cerámica en laterales y fondo de crisol colocando
bolas de arcilla expandida en la superficie libre de las sales para evitar la
pérdida de radiación.
·
Perfecto
control de la temperatura en las sales y cámara de calentamiento. Es difícil
conseguir uniformidad en las temperaturas de las sales utilizando gas como
combustible. Ésta es otra razón por la cual actualmente la mayoría de las
nuevas instalaciones son eléctricas y a ellas nos referiremos.
·
Duración
de las resistencias y facilidad de renovación. El mejor sistema conocido es el
de las resistencias en placa.
·
Posibilidad
de automatización total con descenso de la temperatura en horas de no
utilización y puesta en marcha adelantada para estar en condiciones de trabajo
al iniciar la jornada laboral.
·
Poca
potencia instalada para abaratar el coste de la primera instalación y
suficiente para un rápido calentamiento de las piezas y recuperación de la
temperatura.
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