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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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