La capacitat de suportar l'abrasió i resistir la sagnació són dos atributs molt importants de certs tipus de metalls. En seleccionar un tipus de metall, un factor important a tenir en compte és la seva duresa, que és una mesura d'aquestes propietats. La superfície més externa d'un metall és sens dubte la part més crucial per determinar la duresa ideal. Això es deu al fet que és la superfície la que més es colpeja i es desgasta directament. Alguns metalls se sotmeten a un procés anomenat enduriment per canviar la seva duresa superficial per tal de garantir que la duresa d'un substrat metàl·lic sigui adequada.
Què és l'enduriment de casos?
L'enduriment és un procés de tractament tèrmic que endureix la superfície d'un substrat metàl·lic mentre manté un nucli més tou. Això permet combinar les millors propietats d'un metall tou i dur en una sola part.
En comparació amb una substància dura, un material tou pot suportar molt millor les pressions d'impacte. A més, és més fort, més dúctil i més resistent, però la seva resistència al desgast és insuficient. Per assegurar-se que el material no es desgasti per l'abrasió o la fricció, és essencial una bona resistència al desgast. Podem minimitzar molt el desgast del material sense sacrificar altres qualitats només endurint l'exterior.
Es pot obtenir una superfície fina i endurida de diverses maneres, incloent-hi afegint components addicionals a la superfície o canviant l'estructura cristal·lina. Però gairebé sempre es necessiten altes temperatures per a l'enduriment, independentment del mètode.
Per què Case Harden?
Hi ha diverses raons per endurir un material en lloc d'intentar endurir un objecte metàl·lic sencer. Una de les raons és l'eficiència. Es requereix menys energia i menys temps per escalfar la superfície més externa d'un metall en lloc de tota la seva secció transversal. Aquestes eficiències poden suposar un gran estalvi de costos en operacions de fabricació a gran escala. Un altre motiu pel qual l'enduriment s'utilitza àmpliament és pel rendiment. Pot ser avantatjós tenir un metall amb una carcassa exterior dura i un interior més dúctil. Un exemple d'això seria quan es necessita un metall per resistir l'abrasió, però encara ha de ser capaç d'absorbir un impacte sense provocar una fractura fràgil completa.
TTipus de mètodes d'enduriment
El principi d'enduriment és bastant senzill. Volem que la superfície formi una estructura dura anomenada martensita. Però aquesta estructura només es forma quan els components d'acer s'apagan a altes temperatures i sempre que el contingut de carboni de l'aliatge d'acer sigui prou alt.
Si el contingut de carboni és suficient, només caldrà escalfar i apagar la peça. Però si el contingut de carboni és baix o si necessitem una duresa extrema, cal afegir elements com el carboni i el nitrogen a la superfície del material. Vegem ara els diferents processos utilitzats per aconseguir l'enduriment basat en els principis esmentats anteriorment.
Calefacció i extinció
Tradicionalment, l'escalfament i l'extinció s'han utilitzat per dur a terme l'enduriment en una varietat de metalls. Un mètode d'enduriment del metall és aplicar una flama directa d'oxi-gas al component d'acer. L'ús de la calefacció inductiva es produeix ocasionalment. La temperatura superficial de la peça d'acer augmenta ràpidament en ambdós escenaris. Com a resultat, l'estructura de cristall d'austenita substitueix l'estructura de cristall de perlita.
Un cop s'arriba a una temperatura establerta, la peça es refreda ràpidament, sovint submergint-la en aigua. Això altera una vegada més l'estructura cristal·lina, aquesta vegada d'austenita a martensita, que és una estructura especialment dura.
Com que només la superfície pateix el canvi en l'estructura cristal·lina, la part només s'endureix a la superfície. Però perquè la peça es beneficiï d'aquest mètode, ha d'haver prou carboni al material original. En el cas de baix contingut en carboni (<0.3%) in the metal part, this method will not yield favourable results.
Carburant
Si els nivells de carboni estan per sota del 0,3%, hem d'afegir més carboni a la peça abans de sotmetre-la a escalfament + extinció. Passar una part pel procés de carburació és una manera de fer-ho.
La carburació consisteix a escalfar el component d'acer durant un període de temps predeterminat mentre hi ha una font externa de carboni. El carboni de la substància carbonosa es difon al metall a altes temperatures. Més calor i temps d'escalfament més llargs fan que el carboni s'absorbeixi més profundament a la superfície metàl·lica.
Una vegada que la carburació augmenta el contingut de carboni de la capa superficial d'acer, la posem per enduriment a la flama o enduriment per inducció per augmentar la duresa.
Nitruració
Per a un aliatge d'acer que conté elements com alumini, crom i molibdè, podem utilitzar la nitruració per a l'enduriment.
La peça s'escalfa en presència de nitrogen gasós i amoníac dissociat per formar nitrurs. Els nitrurs també augmenten la duresa del material.
Com que l'article s'escalfa a 620 graus (1150 graus F), la nitruració sol produir-se a temperatures més baixes. La difusió i la duresa consegüent seran més profundes com més temps es mantingui a aquesta temperatura.
Quins tipus de metalls es poden endurir?
Els metalls que es poden endurir es limiten generalment a materials fèrrics, encara que hi ha casos especials com la nitruració d'alguns aliatges de titani o alumini. Els metalls ferrosos habitualment endurits són:
Acer baix en carboni
Acer d'alt carboni
Ferro colat
Acer de baixa aliatge d'alta resistència
Acer per a eines
Acers inoxidables
Alguns components comuns que estan endurits inclouen:
Engranatges
Elements de fixació
Arbres de lleves
Vares
Pins
