INFORME:1. OBJETIVOS: Conocer las propiedades alcanzadas por los aceros seleccionados en el proceso de nitruracin gaseosa a 565C y con un tiempo de 3 horas de proceso. Evaluar la posibilidad de hacer un proceso de nitruracin en un acero inoxidable de forma diferente al conocido. Evaluar las propiedades del acero despus del proceso mediante ensayos para probar si el proceso fue exitoso. Que mediante el conocimiento de estas propiedades alcanzadas en el proceso, nos ayude a darle un mejor uso en la industria. Brindando mayor informacin a los usuarios.2. FUNDAMENTO TEORICO:2.1. Introduccin: La nitrocarburacin, la sulfonitruracin son variantes de una misma familia de tratamientos termoqumicos que designamos con el nombre genrico de Nitruracin. Todos estos tratamientos permiten la obtencin de estructuras que tienen las siguientes caractersticas: Capa de combinacin o de compuestos formada por nitruros de hierro. Capa o zona de difusin, formada por nitrgeno difundido con los elementos de aleacin. El proceso de nitruracin es un tratamiento termoqumico que normalmente conlleva la introduccin de nitrgeno atmico en la fase ferrtica, en el intervalo de T 500 - 590 C y por tanto no ocurren transformaciones de fase. El mtodo se us por primera vez a finales de 1920 desde entonces su aplicacin ha aumentado continuamente debido a que se puede aplicar a un nmero mayor de aceros diferentes al que se pens originalmente. La nitruracin gaseosa permite el endurecimiento parcial de piezas de casi cualquier forma, mediante el temple de capas protectoras. Las durezas alcanzadas dependen de los elementos formadores de nitruros existentes en el acero. La Nitruracin en gas se aplica a numerosas piezas sometidas a condiciones de desgaste en construcciones de motores, mquinas, herramientas, aviones entre otros. Los aceros seleccionados fueron de acuerdo a un estudio realizado de los aceros comerciales ms usados para este tratamiento en nuestro medio.

2.2. Historia:La accin endurecedora que el nitrgeno ejerce sobre el hierro y los aceros, fue descubierta por Fremy hacia el ao 1861, cuando experimentaba la accin del amoniaco sobre las piezas de acero calentadas a elevadas temperaturas. A pesar del gran inters que pareca tener el proceso, pasaron muchos aos sin que este mtodo se pudiera aplicar industrialmente con xito; debido a la fragilidad con que quedaba la capa superficial dura de los aceros nitrurados. En 1905 el francs Hjalmar Braune anunci que en sus trabajos haba descubierto la existencia de un eutectoide formado por hierro y nitruro de hierro Fe4N, en las capas frgiles de los aceros nitrurados, que era parecido a la perlita. A este eutectoide se le llam Braunita en recuerdo de su descubridor. Despus de terminada la primera guerra Europea, en el ao 1923, el doctor Fry, de la casa Krupp, descubri que el problema de fragilidad de la capa exterior de las piezas nitruradas poda ser resuelto con el empleo de una temperatura de nitruracin relativamente baja (unos 500C aproximadamente) y con el uso de aceros aleados con aluminio, cromo y molibdeno en lugar de aceros ordinarios al carbono. Si se realiza el proceso a temperaturas muy prximas a 500C no aparece braunita en la capa superficial, como ocurre cuando el tratamiento se realiza a temperaturas elevadas y como normalmente se vena haciendo hasta que Fry realiz sus investigaciones. Estudiando con ayuda del microscopio la capa perifrica de las piezas nitruradas, se ve que, en general, est formada por dos capas de aspecto diferente: una exterior blanca, muy delgada y muy frgil, cuyo espesor suele variar de 0.005 mm, y otra interior de mayor espesor, oscura, que es verdaderamente importante. Se ha comprobado que esta ltima capa est formado por nitruros de elementos aleados, y en cambio en la exterior blanca, adems de los nitruros aleados, aparece tambin el nitruro de hierro. La capa exterior blanca, generalmente de muy poco espesor, es muy perjudicial y su aparicin debe evitarse en cuanto sea posible, siendo en cambio la capa interna de mayor espesor formada por los nitruros de aluminio, cromo y molibdeno la de mayor inters en el proceso y la verdaderamente fundamental. Generalmente, la capa exterior blanca queda eliminada, cuando a las piezas se les da un ligero rectificado. En los procesos industriales esas capas perifricas duras se forman cuando a la temperatura de nitruracin(que como hemos dicho antes es de unos 500 aproximadamente), se pone el nitrgeno atmico en contacto con la superficie del acero. Entonces el nitrgeno se difunde desde la superficie hacia el interior de las piezas de acero y se forman nitruros submicroscpicos en su zona perifrica que, veremos ms adelante, son los causantes del aumento de dureza. El nitrgeno que se emplea en el proceso proviene del amonaco que, al ponerse a elevada temperatura en contacto con el acero caliente que acta como un verdadero agente catalizador, se disocia en nitrgeno e hidrgeno atmico producindose las siguientes reacciones:

Siendo el nitrgeno atmico el agente fundamental en la nitruracin. nicamente una pequea proporcin del nitrgeno reacciona con el acero, transformndose rpidamente el resto en nitrgeno molecular inerte. El hidrgeno tambin se encuentra en los primeros momentos en estado atmico, pero pasa luego rpidamente al estado molecular.2.3. Antecedentes del proceso:Anthony Dinunzi y Robert E. Duffy de la Corporacin Procedyne (New Brunswick, NJ USA), presentaron un artculo en la revista Industrial Heating en julio de 1990, acerca del proceso econmico de nitruracin en Lecho Fluidizado para obtener una profundidad de capa con un mnimo de capa blanca, el objetivo era desarrollar una capa total de 0.070 en 3 de los aceros nitrurables ms usados 4140, 4340 y nitroaleacin 135 M . Todos los trabajos de nitruracin fueron hechos con el sistema ahorrador de gases a bajo flujo (LFGS), la base endurecida para cada uno de los tres materiales fueron 4140,(29-31 Rc); 4340,(29-30 Rc); 135M (28-30 Rc), todas las nitruraciones fueron realizadas a 526C , se realizaron 2 pruebas , la tcnica fue usar 20 horas de nitruracin seguidas por 4 horas de difusin, para la primera prueba, la segunda fue realizar la misma tcnica pero por 6 das. Los resultados de las pruebas del largo ciclo de nitruracin de lecho Fluidizado muestran que esto fue posible para obtener el primer objetivo de formacin a 0.070 de capa total. Sin embargo estos resultados fueron mezclados para el segundo objetivo que era controlar la formacin de la capa blanca. Los resultados de estas pruebas muestran que el lecho Fluidizado es capaz de formar rpidamente capas nitruradas y para una mayor profundidad en comparacin con otros tipos de hornos. Ciertas tcnicas han sido establecidas para controlar la formacin de la capa blanca en la fase inicial de un largo ciclo de nitrurado, pero esto no tiene efecto para profundidades de capa despus de 0.035-0.040 (40 Hr. de nitrurado, 8 Hr de difusin) y con capas hondas (0.050 y otras), estas capas presentan un serio problema de agrietamiento.Los dos grandes costos de operacin asociados con la nitruracin son la energa y la atmsfera del gas. En general los lechos Fluidizado consumen ms atmsfera de gas por hora que la Nitruracin con gas convencional. Estos costos son ms que compensados por la energa economizada que resulta de ciclos cortos y de altas densidades de carga.

2.4. Diagrama de fases Fe-N:El hierro puede formar con el nitrgeno distintas combinaciones, el diagrama Fe-N seala los principales constituyentes que pueden aparecer. El hierro en el estado lquido y slido disuelve poco nitrgeno.

Diag. N 01 DIAGRAMA DE EQUILIBRIO PARA EL Fe-NLa fase : Es la ferrita nitrogenada con una red cbica centrada en el cuerpo y con periodos, segn el contenido de nitrgeno, de 0,28664 . 0,2877 m. La solubilidad del Nitrgeno en el hierro a la temperatura eutectoide no supera el 0.10 %, descendiendo a la temperatura ambiente hasta el 0,004 %. La solubilidad de la fase en nitrgeno es baja a temperatura de nitruracin y prcticamente nula a temperatura ambiente.La fase : Es la austenita nitrogenada, tiene la red cbica centrada en las caras (= 0,3613 para 1,45 % de N y a = 0,3648 para el 2,79 % de N), la solubilidad mxima del nitrgeno en la fase es de 2,8 % a 560C la fase sufre descomposicin eutectoide + . En condiciones de un fuerte sub enfriamiento la fase experimenta la transformacin martenstica formando la fase (martensita nitrogenada) con la red Tetragonal centrada en el cuerpo; durante el calentamiento (revenido) la martensita nitrogenada (fase ) se descompone formando primeramente la fase (Fe6N2 ). Al aumentar la temperatura de revenido, la fase :++ .La fase :Es la solucin slida a base de nitruro de Fe4N con la red cbica centrada en las caras (= 0.3791 - 0,3801 nm) con una zona estrecha de homogeneidad de un 5,3 - 5,75 % de N (segn otros datos, un 5,77 - 5,88 % de N); la fase es estable slo hasta 680 C a una temperatura ms altas se forma la fase . Su dureza es 4 a 5 veces ms alta que la del hierro puro (HV800).La fase :Es la solucin slida intersticial, la base de nitruro FeN y Fe3N (4,55 - 11,0 % de N), la red cristalina es hexagonal (=0,2702 - 0,2764 nm, C = 0,433 - 0,441 nm, dependiendo del contenido de nitrgeno). A 650C y con una concentracin de nitrgeno de 4,5 % la fase sufre la descomposicin eutectoide en las fases .A la temperatura de nitruracin utilizadas corrientemente, el nitrgeno se disuelve en el hierro slo hasta 0,1 %, cuando se excede este valor se forma el nitruro (Fe4N), si la concentracin de nitrgeno no excede 6 % el nitruro empieza a transformarse en . Por debajo de 500C empieza a formarse el nitruro (Fe2N).Cuando se observan al microscopio ptico las fases y se ven como una capa superficial blanca. Simultneamente con el aumento del espesor de la capa blanca durante la nitruracin, el nitrgeno se difunde ms en el acero. Cuando se excede el lmite de solubilidad, los nitruros se precipitan en los lmites de grano y sobre ciertos planos cristalogrficos. Entre los elementos de aleacin se usan Al, Cr, Mo, como formadores de nitruros, El nitrgeno junto con el carbono, forman carbonitruros2.5. Fases presentes en la Nitruracin:

Existe para las fases de posibles equilibrios entre el hierro y nitrgeno un diagrama similar al Fe-C , en el que el porcentaje de nitrgeno proyectado en las abscisas sustituyen al del carbono las temperaturas prevalecen en el eje de ordenadas.El nitrgeno se disuelve en el hierro alfa formando una solucin slida Fe-alfa-N cuyo contenido mximo de nitrgeno en la ferrita es de 0.11% N. Esta solucin saturada, no visible al microscopio, forma un eutectoide a 590 C del 2.35 % N denominado braunita.El mayor inters del diagrama Fe-N se centra en la presencia de los nitruros de hierro que se puedan formar dando origen a las siguientes fases: Nitruro Fe4N, que cristaliza en el sistema cbico de caras centradas con un contenido de 5.69 % N, que es mezcla de hierro alfa ms eutectoide (N=0.11 + 5.58). Este nitruro no es frgil y se forma por precipitacin en enfriamientos muy lentos o revenidos a 300C, distinguindose metalogrficamente en la zona de difusin por la cantidad de precipitados Fe4N, es mayor en los procesos de nitruracin en sales que en nitruracin gaseosa. Nitruro Fe2N, de gran fragilidad y es principal constituyente de la capa blanca que puede formarse en la nitruracin gaseosa . Este nitruro no est presente en la nitruracin de sales debido a que el nitrgeno difuso a travs de los cianatos no alcanza porcentajes tan elevados para formar dicha fase (N = 11.41%). Nitruro FeN, cristaliza en el sistema hexagonal compacto, mantenindose homogneo desde 4.35 a 11 % N, aparece en la zona de compuestos(VZ) de las piezas nitruradas en baos de sales. En la nitruracin gaseosa esta fase se presenta como nitruro Fe3N.2.6. Influencia de elementos de la aleacin:La presencia de los elementos de aleacin y del carbono no cambia la cintica de formacin de la capa nitrurada, con el crecimiento de las interfaces saturadas, se forma al mismo tiempo los nitruros de los elementos de adicin CrN, MoN, AlN, as como los carbonitruros del tipo Fe3 (C,N), la alta dureza se debe ms a los nitruros de los elementos de aleacin que a los del Fe. De los elementos de aleacin comnmente usados en los aceros comerciales el aluminio, cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno son beneficiosos en nitruracin porque ellos forman nitruros que son estables a las temperaturas de nitruracin. El molibdeno adems de esta contribucin como un formador de nitruros tambin reduce el riesgo de fragilizacin a temperaturas de nitruracin. Otros elementos de aleacin tales como el nquel, cobre, silicio y manganeso tienen pequeo efecto sobre las caractersticas de nitruracin. Puesto que a temperaturas adecuadas todos los aceros son capaces de formar nitruros en presencia de nitrgeno naciente, los resultados de nitruracin son ms favorables en los aceros que contienen uno o ms de los mejores elementos de aleacin para la formacin de nitruros. El aluminio es el formador de nitruros ms fuerte de los elementos comunes de aleacin, el aluminio presente en los aceros (0.85 a l.50% Al) rinde los mejores resultados de nitruracin en trminos de contenido total de aleaciones, el contenido de cromo en los aceros puede aproximarse a estos resultados si su contenido es lo suficientemente elevado. El carbn en los aceros no es muy conveniente para nitruracin con gases porque ellos forman una cubierta extremadamente quebradiza o frgil, estos se desprenden fcilmente y el incremento de dureza en la zona de difusin es pequea.I. El carbono: El contenido de carbono de todos estos aceros de nitruracin no influye en la dureza, ni en la profundidad de la capa nitrurada, utilizndose diversos porcentajes de acuerdo con las caractersticas mecnicas que se quieren obtener en el ncleo. Hay que evitar en las piezas descarburizaciones superficiales, eliminando por mecanizado las que hubiera antes de la nitruracin, porque en las zonas donde el porcentaje de carbono es muy bajo, se forman capas con nitruros de hierro que son muy frgiles y pueden ocasionar el desprendimiento de las capas superficiales.II. El molibdeno: El molibdeno aumenta la dureza de la capa exterior, mejora la tenacidad del ncleo y evita la fragilidad de Krupp, que suelen presentar los aceros sin molibdeno al permanecer durante mucho tiempo a temperaturas de 580C esto es el caso de los aceros que hayan sido previamente templados y revenidos.III. El aluminio:El Aluminio se usa como desoxidante y afinador de grano en el proceso de fabricacin. Estrecha la regin gamma, por lo que los aceros con ms del 1.0% de aluminio son ferrticos, si el contenido de carbono es pequeo. Inhibe el crecimiento del grano. El Aluminio incrementa la resistencia a la formacin de cascarilla, la resistencia a la corrosin y la sensibilidad al envejecimiento. Por su alta tendencia a la formacin de nitruros, se adiciona en proporciones de hasta el 1.3% a los aceros para nitrurar. Este elemento de aleacin es el ms importante cuando se quieren obtener las mximas durezas, pero debe ir acompaado de otros elementos para evitar que las capas nitruradas resulten demasiado frgiles.IV. El cromo:El cromo es un intenso formador de carburos y estrecha la regin gamma. Cuando se aade para incrementar la resistencia a la corrosin, se debe disolver totalmente en la matriz y no debe formar carburo alguno. El cromo aminora en proporcin importante, la velocidad crtica de enfriamiento para el temple, por lo que los aceros que contienen ms del 12% de Cr. Templan incluso por enfriamiento al aire. Este elemento, incrementa la resistencia a la traccin el lmite elstico, la resistencia mecnica en caliente, la dureza, la templabilidad, la resistencia a la fatiga, la resistencia al desgaste, la tenacidad, la resistencia al calor, la resistencia a la corrosin, a la formacin de cascarilla, a la remanencia y a la fuerza coercitiva. Por las mejoras que produce al acero, se le emplea en los aceros para cementar, templar, revenir y para nitrurar, por ser altamente favorecedor de la formacin de nitruros. El Cromo ayuda a incrementar la capa dura y la influencia del aluminio y del molibdeno.V. El nitrgeno:El Nitrgeno incrementa la resistencia a la traccin, el lmite elstico, la resistencia mecnica en caliente, la dureza, la templabilidad, la resistencia al desgaste, la fragilidad, la tendencia a la segregacin, la sensibilidad al envejecimiento y a la corrosin.VI. El vanadio:Promueve la formacin de estructura de grano fino en aceros tratados trmicamente, incrementando la resistencia y tenacidad adems de tener un efecto significativo en la templabilidad. El vanadio tambin aumenta la dureza al rojo de un acero, se usa en cantidades entre 0.15-1.0% en unin con Cr. W, etc. Aumenta la resistencia al desgaste y disminuye la tenacidad. Incrementa la profundidad de nitruracin y el espesor de las capas duras. 2.7. Propiedades de los aceros nitrurados:a. Resistencia al desgaste:La mejor resistencia al desgaste la tiene la capa nitrurada con una zona desarrollada de nitruros Fe3N, Fe4N y sobretodo Fe3(N,C) con contenido educido de nitrgeno. La frmula de nitruro frgil Fe2N provoca su desmenuzamiento lo que empeora la resistencia al desgaste. La resistencia al desgaste de la zona de nitruracin interna en los aceros aleados es superior a la del nitruro Fe3N, pero inferior a la del carbonitruro Fe3(N,C). El aumento de dureza no siempre conduce al incremento de la resistencia al desgaste.b. Alta resistencia al templado y alta dureza a elevadas temperaturas:Estas son propiedades valiosas de aceros nitrurados. Despus de la nitruracin el acero puede ser calentado hasta la misma temperatura con la cual fue nitrurada, para su excelente resistencia al desgaste y dureza a elevada temperatura, por esta combinacin, puede ser usado con buenos resultados para trabajo en caliente, sin embargo la opcin del acero y tiempo de nitruracin debe ser adaptado para condiciones de trabajo convenientes.c. Alto grado de fatiga y baja sensibilidad a la indentacin: En general el grado de fatiga aumenta con la profundidad de la capa nitrurada. El efecto de indentacin sobre el grado de fatiga es extremadamente marcado. El efecto de este desfavorable factor es disminuido por las cargas comprensivas que son introducidas dentro del acero durante la nitruracin. Por lo tanto la nitruracin es un proceso muy usado si el propsito es incrementar el grado de fatiga de componentes de las mquinas. La profundidad de nitruracin entrega el mximo grado de fatiga, esta sin embargo depende del alma y espesor del material, la fatiga es obtenida con una profundidad de nitruracin de 0.4 mm.

d. Resistencia a la corrosin:Como resultado de la nitruracin la resistencia a la corrosin de los aceros que no son inoxidables es incrementada. En aceros inoxidables la resistencia a la corrosin es reducida porque el cromo est enlazado con los nitruros. La temperatura usada durante la nitruracin puede tambin desestabilizar al acero inoxidable 18/8 susceptible a la corrosin intercristalina. La resistencia a la corrosin atmosfrica, as como la producida por ambientes marinos, esto es cierto solo si se elimina la capa blanca. La resistencia es elevada para superficies nitruradas y pulidas. Excelente control dimensional. Escasa formacin de xidos por rozamiento en piezas ajustadas (gripado).Se obtiene mayor dureza que no se consiguen con otros procesos de endurecimiento superficial, segn la composicin del acero.2.8. Concepto de Dureza en Nitruracin:La influencia del nitrgeno sobre las propiedades mecnicas de dureza es relativamente pequea para los aceros corrientes. La dureza de un acero no aleado es de 105 HB.El nitruro Fe4N tiene una dureza comparable a la cementita (HB = 900) de donde se deduce que el eutectoide: fase Fe4N debe tener una dureza comparable a la perlita; de aqu el escaso inters que ofrece la nitruracin como proceso de aumento de la dureza en los aceros ordinarios. En cambio el los aceros aleados, como el Al, Cr, V, W, y Mo forman nitruros insolubles en Fe alfa precipitando en partculas sub-microscpicas repartidas en la ferrita, esta dispersin deforma la red cristalina ocasionando una elevada dureza.El concepto de dureza en los tratamientos de nitruracin tiene una importancia secundaria, es uno de los factores posibles a tener en consideracin. No con una ms elevada dureza se consiguen mejores resultados frente a las propiedades realmente interesantes de resistencia a la fatiga, al desgaste, y al gripaje que son las caractersticas preponderantes del proceso. El grado de aumento de la dureza superficial depende exclusivamente de la composicin qumica del material a nitrurar; en cambio, el proceso a seguir sea en sales en gas tiene mucho menos importancia.La dureza de una porcin externa nitrurada no se ve afectada al calentar a temperaturas inferiores a la original temperatura de nitruracin. Una dureza sustancial de por lo menos 65C se retiene en marcado contraste con una superficie endurecida por carburizacin, la cual empieza a perder su dureza a relativamente bajas temperaturas

2.9. Mecanismo de Formacin de Capa Nitrurada:La Teora de la Difusin:La difusin se entiende al movimiento de tomos dentro de una disolucin. A nivel atmico, la difusin consiste en la emigracin de los tomos de un sitio de la red a otro sitio. En los materiales slidos, los tomos estn en continuo movimiento, cambian rpidamente de posicin. La movilidad atmica exige dos condiciones: Un lugar vecino vaco. El tomo debe tener suficiente energa como para romper los enlaces con los tomos vecinos y distorsionar la red durante el desplazamiento. Esta energa es de naturaleza vibratoria. A una temperatura determinada, alguna pequea fraccin del nmero total de tomos es capaz de difundir debido a la magnitud de su energa vibratoria. Esta fraccin aumenta al ascender la temperatura.a. Difusin IntersticialLa difusin implica a tomos que van desde una posicin intersticial a otra vecina desocupada. El mecanismo tiene lugar por interdifusin de solutos tales como hidrgeno, carbono, nitrgeno y oxigeno que tienen tomos pequeos, idneos para ocupar posiciones intersticiales. Este fenmeno se denomina difusin intersticial. Los tomos de soluto sustitucionales raramente ocupan posiciones intersticiales y no difunden por este mecanismo.En la mayora de las aleaciones, la difusin intersticial ocurre ms rpidamente que la difusin por vacantes, ya que los tomos intersticiales son ms pequeos que las vacantes y tienen mayor movilidad. Teniendo en cuenta que hay ms posiciones intersticiales vacas que vacantes, la probabilidad del movimiento atmico intersticial es mayor que la difusin por vacantes.Este mecanismo de difusin intersticial desajustada es poco comn, debido a que el tomo no se ajusta o acomoda fcilmente en el intersticio, que es ms pequeo.Se ha logrado mucho xito en la investigacin de la difusin intersticial, especialmente en metales cbicos centrados en el cuerpo, con una tcnica totalmente diferente. Esta tcnica tiene la ventaja de que se la pueda emplear a temperaturas muy bajas donde los mtodos normales de estudiar la difusin son inoperantes debido a las muy altas velocidades de difusin.b. Energa de activacin:Un tomo que se difunde debe escurrirse entre los tomos circundantes para ocupar su nueva posicin. El tomo est originalmente en un sitio de baja energa, relativamente estable. Para desplazarse a otro lugar, el tomo debe atravesar una barrera de energa potencial que requiere una energa de activacin Q. El calor proporciona al tomo la energa para vencer esta barrera. La energa de activacin es menor en la difusin intersticial que en la difusin para vacantes. c. Difusin en los metalesPor difusin se entiende el desplazamiento de los tomos en el cuerpo cristalino a distancias que superan las medias interatmicas de la sustancia dada. En la industria los ms usados son los procesos de tratamiento termoqumico basados en la difusin en el hierro de los no metales C, N, B. Estos elementos cuyo radio atmico es pequeo, forman con el hierro soluciones slidas intersticiales. La difusin de C, N y B se desarrolla de acuerdo con el mecanismo internodal (donde el tomo se desplaza dentro del cristal, saltando de un espacio internodal a otro).La temperatura ejerce gran influencia en los coeficientes y en las velocidades de Difusin Para llevar a cabo un fenmeno elemental de difusin el tomo debe vencer una barrera de energa. La energa necesaria para vencer la barrera de energa Emax., al pasar el tomo de una posicin a otra de la red se suele llamar, energa de activacin (o calor de difusin) y se designa con la letra Q.La probabilidad de que el tomo de saltos de una posicin de equilibrio a otra se determina por la frecuencia con la cual surgen las fluctuaciones que superan Q. El tiempo relativo durante el cual el tomo tiene la energa necesaria para vencer la barrera es proporcional a La ley de influencia de la temperatura sobre el coeficiente de difusin primeramente fue establecida experimentalmente (Ley de Arrenius) y despus argumentada tericamente sobre la base de la teora atmica de la difusin y se describe:

Donde: D = Es la difusibilidad o coeficiente de difusin. D0 = factor de frecuencia independiente de la temperatura (m2/s) Q = energa de activacin (J/mol) R = Cte. de gases 8,31 J/mol-K, 1987 cal/mol-k 8,62x 10-5eV/tomo. T = temperatura absoluta(K).d. La Segunda Ley de FickLa segunda ley de Fick es una ecuacin en derivadas parciales, para la solucin unvoca de la cual es indispensable prefijar las condiciones iniciales y de frontera a los que debe satisfacer la concentracin del elemento difundido.La segunda ley de Fick para procesos no estacionarios (una variacin de concentracin de elementos con respecto al tiempo).La mayora de las situaciones practicas de difusin son en estado no estacionario. En una zona determinada del slido, el flujo de difusin y el gradiente de difusin varan con el tiempo, generando acumulacin o agotamiento de las sustancias que difunden.Ecuacin:

Si el coeficiente de difusin es independiente de la composicin, lo cual deberComprobarse para cada situacin particular de difusin, la Ecuacin se simplifica:

En la prctica una solucin importante es la de un slido semi-infinito cuya concentracin superficial se mantiene constante. Aqu la concentracin de las especies difusoras C vara con la distancia x, tiempo t y la difusividad D. La ecuacin resultante es:

En la cual la funcin erf (y) es la integral normalizada de probabilidad o funcin gausiana de error. Los valores de erf (y), lo mismo que otras funciones matemticas comunes se encuentran tabuladas.La importancia de la curva obtenida reside en la interrelacin demostrada del tiempo, distancia, difusividad y concentracin durante la difusin.2.10. Formacin de la Capa Nitrurada:El proceso de nitruracin del hierro y de acero se realiza en una atmsfera de amonaco parcialmente disociado:NH3 N + 3/2 H2

Fe(N) La disociacin trmica de amonaco es un proceso de ionizacin que va acompaado de la formacin de iones en el espacio til del horno. Durante el calentamiento ordinario el potencial de nitrgeno se determina por los iones negativos de amonaco. La constante de equilibrio de esta reaccin es la siguiente:

Donde aN es la actividad del nitrgeno en el metal; rNH3 y rH2 son las presiones parciales del NH3 y H2 respectivamente, en la mezcla gaseosa. La actividad del nitrgeno en el metal determina la actividad de la atmsfera saturante:

Ya que con el equilibrio estas actividades son iguales.Para una temperatura dada la actividad se determina por la relacin entre las presiones parciales del amoniaco y el hidrgeno, la cual se denomina potencial de nitrgeno o capacidad saturante de la atmsfera.

El potencial de nitrgeno puede relacionarse con la composicin de la atmsfera saturante y la presin mediante la correlacin:

Donde: A es el contenido de NH3 en la mezcla gaseosa; , el contenido de H2 en la mezcla gaseosa. , el grado de disociacin del NH3; , la presin general de la mezcla.De esta forma, se puede hallar la dependencia de la actividad de la atmsfera saturante respecto a la temperatura, presin y composicin de la mezcla gaseosa, es decir, determinar la concentracin de nitrgeno que la atmsfera dada puede asegurar en la pieza. Para la mezcla de CH4 con NH3 el potencial de carbono c, segn el grado de disociacin del amoniaco (), se determina de la ecuacin:

Anlogamente se describen las atmsferas de amoniaco con otros gases diluentes (propano, gas endotrmico, gas endo exotrmico, etc.).El Mecanismo de Formacin de la capa nitrurada en el hierro se somete a la regla general de acuerdo con la cual en la capa difusiva se forma zonas monofsicas en concordancia con las regiones monofsicas del diagrama de estado Fe-N, que se intersecan por la isoterma a la temperatura de saturacin dada, las capas difusivas se forman en la misma consecuencia que las zonas monofsicas en el diagrama de estado para la temperatura dada.La velocidad de crecimiento de cada fase se determina por la intensidad de los procesos difusivos que transcurren en las fases situadas ms arriba y ms abajo.La difusin del nitrgeno en la fase alfa () es mucho ms rpida que en la fase gamma () y en la fase psilon (). Los coeficientes de difusin para las diferentes fases de la capa nitrurada se muestran a continuacin:

Al nitrurar los aceros aleados se forman las fases y (FeMe) 2-3 (N,C) y (FeMe)4NAleados. Los elementos de transicin W, Mo, Cr. Ti, V, diluidos en ferrita aumentan la solubilidad del nitrgeno en la fase alfa () formando nitruros especiales.En la fase psilon () los elementos de aleacin disminuyen la concentracin de nitrgeno y su espesor.

2.11. La Actividad del Nitrgeno:Es otro de los factores controlados durante la nitruracin de acuerdo con las leyes que gobiernan la difusin, el grado de penetracin es gobernado por la temperatura y el contenido de nitrgeno que puede ser compuesto en el extremo de la capa de acero.Durante la nitruracin con gas la actividad del nitrgeno es controlada por el grado de disociacin y el tipo de flujo del gas y la ecuacin siguiente es asumida:

Donde: AN = Actividad del nitrgeno atmico a = grado de disociacin v = tipo de flujoLa actividad del nitrgeno es una funcin del nmero de molculas de amoniaco disociado en la superficie del acero por unidad de tiempo.En la prctica el contenido de nitrgeno puede ser verificado por medio del grado de disociacin y controlado por el tipo de flujo. Una alta actividad del nitrgeno es obtenido con alta proporcin de flujo el cual tiene un bajo grado de disociacin. Una baja actividad del nitrgeno es obtenido con bajos flujos los cuales tienen un alto grado de disociacin.El grado de disociacin incrementado con la temperatura para que por el efecto de la temperatura una constante de grado de disociacin pueda ser asegurada con un alto flujo de gas. El grado de disociacin atmica depende de la temperatura del horno, de la velocidad a que se hace circular el amoniaco y de la presin observadas dentro de las cajas. Es preciso controlar el grado de disociacin del amoniaco mantenindolo entre los lmites establecidos.Durante la nitruracin en una atmsfera de amoniaco el grado de disociacin del amoniaco a 500-560C constituye el 20-40%; a 540-560C, el 40-60% y a 600- 650C, el 50- 70%.El grado de disociacin del amoniaco es el equivalente de la actividad saturante de la atmsfera y representa la relacin entre el volumen de amoniaco disociado y el volumen total de gas. Por lo comn, la atmsfera se controla por la composicin de la mezcla de amonaco, nitrgeno e hidrgeno que sale del horno, mediante disocimetros manuales o automticos. Al desviarse el grado de disociacin de los valores prefijados en la tecnologa, el consumo de amoniaco se regula con las vlvulas de aguja en la tubera o el baln de amonaco.El control automtico y la regulacin del grado de disociacin del amonaco se basa en la aplicacin del mtodo de volumen viscosimtrico con gas (disocimetros tipo S3PI-2, S3PI-3, S3PI-4) o del termoconductimtrico con gas (gasoanalizador sovitico TKG-4).Un incremento en el grado de disociacin de 30 a 50 % a 510C implica una reduccin en la cantidad de amonaco por cada 25 %. Si el grado de disociacin es incrementado de 50 a 60 % estos incrementos son aceptables en la vida de servicio de los componentes de nitruracin con gas.2.12. Capa de Combinacin o Capa Blanca:Una superficie endurecida por nitruracin consta de dos zonas distintas. En la zona exterior, los elementos que forman nitruros, incluyendo el hierro. Esta regin, que vara en espesor hasta un mximo de unos 0.002 pulg. Comnmente se conoce como capa blanca, debido a su apariencia despus de un ataque qumico con nital. Degenera la zona por debajo de la capa blanca, llamada Capa de difusin, donde han precipitado los nitruros aleados.Son dos los eutectoides que presenta el diagrama Fe-N: el primero a 650C y el segundo a 590C. Desde el punto de vista de la nitruracin, es el segundo (590C) el que tiene inters, ya que juega una parte activa en las fases o soluciones slidas intersticiales presentes en las capas nitruradas: alfa (), psilon (), gamma prima ().A temperaturas ms elevadas aparecen combinaciones hierro-nitrgeno (Fe-N) frgiles y no deseables. El principal causante de esa fragilidad es el eutectoide llamado braumita, que se forma a altas temperaturas de nitruracin (> 590C).La presencia de carbono en el acero favorece la formacin de carbonitruros psilon(), particularmente a temperaturas prximas a 570C dicho carbono contribuye, igualmente, a la elevacin de la dureza de la capa de combinacin, gracias a la formacin de nitrocarburos. Estos nitrocarburos aumentan considerablemente las propiedades de la capa. El espesor de la capa segn los procesos y las condiciones de trabajo est comprendido entre 5 y 20 micras. Esta capa es la capa blanca, puesto que es de calor blanco como aparece vista al microscopio, despus de atacada la probeta con Nital de 2 a 4%.La profundidad de la regin externa del nitruro la determina la rapidez de difusin del nitrgeno, desde la capa blanca hasta la regin que est por debajo, por tanto el medio de nitruracin debe contener slo suficiente nitrgeno activo para mantener la capa blanca. Cualquier incremento ms all de este punto sirve para aumentar la profundidad de la capa blanca y afecta el espesor de la capa interna. La concentracin de nitrgeno activo sobre la superficie del acero, que determina la profundidad de la capa blanca, la fija el grado de disociacin del amoniaco.2.13. Zona de Difusin:En el hierro puro, o acero sin alear, el nitrgeno se difunde en solucin slida, durante el proceso de nitruracin, produciendo endurecimiento que vara segn el enriquecimiento del nitrgeno. La solucin slida se conserva si el metal se enfra rpidamente a partir de la temperatura de nitruracin. Por el contrario, si el enfriamiento es lento, los nitruros se precipitan y condicionan una segunda posibilidad de endurecimientos a la mayor o menor precipitacin de los mismos. Los elementos de aleacin (formadores de nitruros) presentan una mayor afinidad para formar nitruros cuanto ms elevada sea la temperatura de formacin de los mismos. La red cristalogrfica y sus parmetros cristalinos proporcionan informacin sobre los intersticios en los cuales se puede ubicar, terminar, y crecer en la matriz ferrtica. El endurecimiento de la zona de difusin est relacionada por la presencia de elementos de aleacin que tienen afinidad por el nitrgeno y que son en su totalidad, los mismos elementos formadores tambin de carburos (Cromo, Molibdeno, Vanadio, Aluminio, etc.), el resto de elementos no genera endurecimiento en el proceso de nitruracin porque tampoco forman nitruros.Por ltimo, hay que evitar, como sea, la formacin de nitruros (o carbonitruros) de cierto grosor que estn concentrados en la zona de difusin, generalmente paralelos a la superficie nitrurada y perpendicular al flujo de difusin. Son los llamados cabello de ngel, dichos nitruros son peligrosos frente a los riesgos de desconchamiento de la capa nitrurada durante el trabajo de la pieza correspondiente, el control del potencial del nitrgeno puede evitar este fenmeno.Las fases que presentan mayor inters en nitruracin son: psilon (), gamma prima (); que depender del tipo de acero.

2.14. Temperatura de Nitruracin:La Temperatura de Nitruracin generalmente esta entre 530-580C. No sobrepasando ese intervalo de temperaturas, se evita la presencia del eutctico braumita que, como ya comentamos, comunica a la capa nitrurada una gran fragilidad.La temperatura ideal de nitruracin est situada a unos 20C por debajo del Eutctico en el diagrama Fe-N, 570C. Son varios los motivos que inciden en mantener esta temperatura estable durante el tratamiento.La elevacin de la temperatura de nitruracin clsica para las piezas de aceros de construccin se determina por los requisitos que se exigen del espesor y dureza de la capa, Cuando la dureza es alta y el espesor de la capa es pequeo, se recomienda aplicar la T baja; cuando los espesores son grandes y es alta la dureza, la nitruracin se realiza en un rgimen de dos etapas: primeramente a 500-520C y despus a 540-600C, lo que permite reducir bruscamente la duracin del proceso. La elevacin de la temperatura de la nitruracin provoca el aumento de tendencia al lveo y deformaciones. A temperaturas superiores a la indicada nos encontramos con una actividad ms progresiva del carbono frente al nitrgeno. Por encima de los 600C llegaramos a la zona denominada carbonitruracin. Este fenmeno implica la formacin del hierro gamma originando una zona de compuestos heterognea. En segundo trmino tenemos que el cianato a temperaturas superiores a los 580C es inestable, originndose una mayor transformacin en carbonatos que desequilibrara el bao nitrurante. A temperaturas ms bajas de 570C, la capa de compuestos disminuye progresivamente de espesor, a 450C no se aprecia al microscopio, no obstante, los efectos de nitruracin en cuanto a resistencia a la fatiga se refiere, los resultados son sensiblemente idnticos segn ensayos realizados en la escuela central de Lyn (Francia) con mquinas de flexin y rotacin alternativa tipo Faville.

2.15. Determinacin de la Profundidad de Nitruracin:La profundidad de nitruracin est determinada de acuerdo con la toma de medidas HV sobre una seccin cruzada a travs de una superficie nitrurada.La seleccin del mtodo y su exactitud depende de la naturaleza de la capa delgada y de su espesor, puesto que el mtodo usado tambin afectar el resultado obtenido.El espesor total de la superficie de la capa delgada est definida por la distancia desde la superficie al lmite despus del cual la dureza del metal natural es obtenida.El espesor efectivo est definido por la distancia desde la superficie al lmite posterior en el cual la dureza requerida (dureza referencial) es obtenida.La profundidad de las capas nitruradas que se obtienen normalmente en la industria vara de 0,2 a 0,7 mm y su espesor depende principalmente de la temperatura y del tiempo de duracin del tratamiento. A 500 con 25 horas se consigue 0.20 mm de espesor de capa y con 80 horas 0,68 mm., aproximadamente. Para reducir la duracin de la nitruracin se han propuesto diversas combinaciones de procesos fraccionados.Algunos recomiendan nitrurar primero a 510C solamente durante algunas horas para obtener una gran dureza superficial y luego continuar la nitruracin 535C-550C.Otros, en cambio recomiendan comenzar nitrurado durante 10 horas a 650C y luego 15 horas a 510C-530C. Sin embargo, parece que estos mtodos dan capas nitruradas frgiles y no han tenido mucha aceptacin.La profundidad de nitruracin tiene una importancia relativa. Disponemos de una constante que es la temperatura, la penetracin del nitrgeno depender del tiempo y la clase del material. Para los aceros aleados la profundidad de capa es siempre inferior que en los aceros al carbono. Varios ensayos realiza dos en el laboratorio y a escala industrial han demostrado que con penetraciones de nitrgeno en tiempos superiores a las tres y media horas no se consigue mejorar la resistencia mecnica de las piezas tratadas.En realidad, se requiere de tiempos muy largos de tratamiento, del orden de 40 a 80 horas para los espesores normalmente utilizados de 0,25 a 0,40 mm. Espesores que, tambin, dependen de la temperatura de nitruracin.Para conseguir propiedades ptimas no se debe tratar de obtener un espesor grande de la capa. Cuando el espesor de la capa es grande, no slo se reduce el lmite de fatiga, sino que, adems, aumentan las deformaciones de la pieza en el horno, con una temperatura y espesor de la capa mnimos, las magnitudes de lveo y deformacin son pequeas.2.16. Nitrurabilidad:El concepto Nitrurabilidad se asocia a la capacidad del acero de absorber nitrgeno e incrementar la dureza superficial. La influencia de los elementos de aleacin en la formacin de nitruros y por lo tanto en la dureza es caracterstica de cada elemento y vara segn su concentracin. El espesor de la capa en general disminuye con el aumento del contenido de aleantes.La reduccin del espesor de capa provocada por los elementos de aleacin es porque estos forman nitruros y tienen un efecto retardador en la difusin de nitrgeno. La Nitrurabilidad tambin es afectada por la microestructura y el tamao de grano del acero. Un contenido elevado de ferrita favorece la difusin de nitrgeno mientras que un tamao de grano grande puede favorecer la formacin de nitruros o carbonitruros intergranulares que al aumentar de tamao producen fisuras o fragilidad. Usualmente las piezas que van a ser nitruradas son templadas y revenidas previo a la nitruracin, a temperatura de 500 - 650 C.Este tratamiento permite la precipitacin y coalescencia de los carburos en bordes de grano por lo que stos resultan menos efectivos para difundir el nitrgeno precisamente en el rango de temperatura donde la difusin en borde de grano puede competir con la difusin en volumen.Este fenmeno permite explicar porque tambin el cargo no tiende a reducir el espesor de la capa nitrurada.

2.17. Nitruracin Gaseosa:El gas utilizado para este proceso es el amoniaco NH3 que a temperatura superior a los 500C y en contacto con el acero se disocia produciendo nitrgeno e hidrogeno.La disociacin parcial del amonaco (NH3) que produce el nitrgeno en forma atmica, activo, es el medio nitrurante ms usado.El equilibrio de la reaccin:

Dicho equilibrio depende: Temperatura. Presin. Flujo de amoniaco. La accin cataltica del acero de la pieza a nitrurar.El nitrgeno naciente se incorpora por difusin en cantidades suficientes en el interior del acero y una parte restante reacciona con el hidrgeno pasando a su estado molecular para iniciar un nuevo ciclo.Si la interaccin se efecta por encima de la temperatura eutectoide (591C) la capa nitrurada consta de 4 fases (de la mayor concentracin de Nitrgeno en la superficie hacia el interior): .En enfriamientos, por debajo de 591C, la fase se descompone en el eutectoide + y la capa nitrurada consta de 3 fases , entre fase y fase se produce una discontinuidad en la concentracin de nitrgeno que corresponde a los lmites de composicin de cada fase.El proceso se realiza en tres etapas:a) Disociacin trmica del amonaco.b) Absorcin del nitrgeno por el hierro alfa (Fe). Bajo la frmula de solucin slida psilon () durante el primer periodo de nitruracin. Posteriormente, absorcin se hace bajo la forma de nitruro gamma prima ().c) Difusin, finalmente, del nitrgeno hacia el interior del ncleo de la pieza.El nitrgeno que no es absorbido, de inmediato, se transforma en nitrgeno molecular inactivo (N2).La superficie nitrurada presenta: Una primera capa de combinacin compuesta de nitruros psilon () y algunas lneas correspondientes a nitruros gamma (), capa blanca de gran dureza y resistente al desgaste. Una capa de difusin, que es una capa interior subyacente ms oscura y muy resistente a la fatiga. Este proceso es tan lento, debido a que slo una pequea proporcin de los tomos de nitrgeno, reaccionan con el acero y los tomos que no son inmediatamente absorbidos por las piezas, se transforman instantneamente en nitrgeno molecular inactivo para el tratamiento.La nitruracin gaseosa permite el endurecimiento parcial de piezas de casi cualquier forma, mediante el temple de capas protectoras. Las durezas alcanzadas dependen de los formadores de nitruros existentes en el acero y pueden obtenerse dureza vickers a 800 a 1200 equivalentes a 68-72 HRC.

2.18. Nitruracin en Acero para Herramientas:El trmino nitrurado, como ms comnmente se usa, se refiere al temple de la superficie de ciertos aceros tenaces aleados, por la adicin de nitrgeno en la superficie. Esto se hace por tratamiento trmico y terminado de las partes en un gas adecuado -comnmente amonaco- , a una temperatura alrededor de 538 a 566C, la cual est por debajo de la temperatura usual de estirado de estos aceros.Los nicos aceros para herramientas para los cuales esto es lo indicado, son los que tienen temperatura de revenidos mayores de 538C y principalmente los aceros de alta velocidad. a) Caractersticas mecnicas:La resistencia del ncleo central de las piezas nitruradas suele variar de 75 a 135 Kg/mm2, llegndose en algunas ocasiones hasta 150 Kg/mm2.Cuando interesan resistencias muy elevadas hay que utilizar aceros con 0,40 a 0,50% de carbono, revenido a 550C, y para bajas resistencias aceros de 0,20 a 0,30% de carbono con revenidos a 700C. Ya hemos sealado anteriormente que la dureza superficial es variable y depende de la composicin. Con los aceros al aluminio del primer grupo se alcanza dureza de 1.000 a 1.100 Vickers. Con los aceros altos en cromo 800 a 850 Vickers y con los cromo-molibdeno y cromo-vanadio 650 a 800 Vickers.Numerosos investigadores han observado que las piezas nitruradas tienen una excepcional resistencia a la fatiga con poca sensibilidad a la influencia de las entallas. Esto parece que es debido a ciertos esfuerzos de compresin que se desarrollan en la superficie de las piezas como consecuencia del aumento de volumen que experimentan por la nitruracin.b) Nitruracin de herramientas de acero rpidoSe puede mejorar el rendimiento de muchas herramientas y matrices, nitrurndolas superficialmente.Las herramientas deben ser templadas y revenidas antes de la nitruracin y nunca deben rectificarse despus porque desaparecera la capa nitrurada que es de muy pequeo espesor. Con este tratamiento se obtienen durezas de 900 a 1,100 Vickers muy superiores a las que se consiguen normalmente con los aceros rpidos despus del temple y revenido.

3. MATERIALES Y EQUIPO:MATERIALES: Probeta de charpy Resina Deposito inox Lijas Isop Papel higinico Co2 Vaso precipitado Vitalloy Almina AguaEQUIPOS: Horno Mquina para hacer ensayo Mquina para lijar Mquina para pulir Balanza

4. METODOLOGIA Y PROCEDIMIENTO:

Se consigui una varilla de acero inoxidable AISI 304. Con ayuda del tornero se obtuvo una probeta Charpy con 5.5 cm de largo y 1 cm de ancho, con una entalladura en el centro de uno de los lados de la probeta.

Tambin se consigui melanina que se obtuvo a partir de los platos de melanina, la cual aportara Nitrgeno (N) a nuestra probeta. Tambin necesitamos un contenedor de acero donde se d la difusin.

Se comenz triturando los platos de melanina hasta una longitud de 3 a 5 mm con la ayuda de un mortero.

Se procedi a pesar 72g de melanina que corresponde a tres veces la proporcin del rea total de la probeta, en una balanza digital s

Se procedi a pesar 72g de melanina que corresponde a tres veces la proporcin del rea total de la probeta, en una balanza digital segn la siguiente relacin:rea total de la probeta:

1g 1 x 24x=24gx=3(24)=72g de melanina

Se coloc un poco de la melanina en la base del contenedor para luego colocar la probeta echada y luego seguir echando la melanina asta recubrirla completamente con los 72 g.

LUEGO SE LLEVO A TAPAR EL CONTENEDOR Se us un ladrillo aislante (refractario) poroso para que no conduzca calor.

Se prepar una mezcla de arena slice con silicato de sodio. Se homogeneizo la superficie del contenedor con una mezcla de arena slice ms silicato de sodio.

Se le dio forma al ladrillo refractario de tal manera que entre en el contenedor como la primera capa. Se rellen el contenedor con la mezcla (arena slice ms silicato de sodio) con la finalidad que quede completamente lleno.

El secado con para que sea mas rpido (usado como catalizador). Se agreg encima Barbotina (arcilla fina) para que selle.

Se coloc la tapa del contenedor encima y se le aplico presin para que no fugue los gases.

Se cubri los bordes del contenedor con la mezcla (arena slice y silicato de sodio) para que est completamente sellado. Y luego esperar que esta seque.

Luego se puso al horno a una temperatura de 560C para que se d la difusin superficial de nitrgeno en la probeta de acero inoxidable por tres horas.

Pasadas las tres horas se sac el contenedor. y se extrajo la probeta.

Despus de la difusin se iso un ensayo de traccin para medir la tenacidad de la probeta.

Donde se obtuvo:

0.4+9.6=10

Conversin:

10kpondios*9.8=98 JObteniendo una tenacidad de 98 J.

Para poder observar el espesor de la capa nitrurada se us una resina para envolver la proveta.se preparo la resina (resina +resina liquida).

Luego se us un pedazo de tubo como molde, primero se le recubri con vaselina toda la parte interna del tubo, despus se centr la probeta en el tubo para luego agregar la resina preparada, se esper a que solidifique.

Luego de tener nuestra probeta lista se comenz a lijar con lija 2*20 y 600 al agua.

Luego se usa una pulidora de rodillos para pulir la probeta, se usa un lquido.

Para obtener un mejor pulido se us una maquina lijadora de 2*20 y 600 al agua.

Y nuevamente se usa la pulidora de rodillo para homogeneizar la superficie de la probeta.

Para poder visualizar mejor la microestructura :Se pes 1g de sulfato de cobre.

Se prepara una mezcla de sulfato de cobre y cido clorhdrico.

Para poder observar una mejor estructura se le aplica la mezcla (sulfato de cobre y cido clorhdrico) por unos segundos y luego se le enjuaga con agua.

Finalmente se observ la microestructura de nuestra probeta: se observ una capa superficial de distinta coloracin que corresponde a la capa nitrurada .Se

5. RESULTADOS: En el ensayo Charpi que se le practico a probeta se obtuvo una tenacidad de 98 J. Se obtuvo una dureza de 107 HRB (32 HRC 107 HRB) superando a la dureza del acero inoxidable que tiene de dureza de 70 80 HRB. Para evaluar que espesor alcanzo a difundir el nitrgeno en el acero se hace uso de lo siguiente:a) Cintica de nitruracinEsto es similar a la oxidacin interna y por lo tanto el modelo desarrollado para explicar este proceso se ha adoptado para la nitruracin y se puede predecirla profundidad de la capa nitruracin.= x: profundidad de capa (mm). Concentracin de nitrgeno en la superficie Fe. D: coeficiente de difusin de en Fe. t: tiempo de nitruracin. Concentracion original del elemento de aleacin (% atmico). r: relacin de nitrgeno a metal en el precipitado de nitruro (CrN=1).

El elemento de aleacin: 18-20 %wt Cr. Coeficiente De difusin N- Fe.

T=560 C D=8.60*10^-12 t=3horas R=8.3142J/molKb) Solubilidad de N- Fe en equilibrio con Fe-g 4N.

Ns=0.082

==

Cuando observamos en el microscopio la microestructura pudimos observamos una parte media blanquecina en la superficie que es la parte donde el nitrgeno a difundido, la zona nitrurada.

6. DISCUSIN DE RESULTADOS: Al final de la experiencia pudimos comprobar como el uso de Melamine como agente nitrurante es una opcin factible para un proceso de nitruracin. Durante la experiencia pudimos notar una pequea fuga del gas Amoniaco que se form al fundirse la melamine, esto influyo en que no haya sucedido una nitruracin ms amplia en nuestra probeta. Otro factor fue el no poder enfriar la probeta del envase al momento de retirarlo del horno, ya que esto nos impidi la probabilidad de un templado en la probeta. Adems llegamos a la conclusin que al momento de sellar la probeta de acero con la melamine, hay que considerar la presin ejercida por el gas formado al aumentar la temperatura, es decir el recipiente debe ser no solo resistente a la temperatura de al menos 550 C sino que tambin debe tener un sellado hermtico y tener resistencia a la presin. Por ultimo a travs de las pruebas hechas, pudimos llegar a las conclusiones que el proceso de Nitruracin fue satisfactorio, pero que se podra haber mejoras en los resultados si se mejora el envase a usarse.

7. CONCLUSIONES: Lima Nina, Paola:La nitruracion se realiza a temperatura mas baja (560 C) que la eutectoide (590C) , por lo tanto la capa esta formada por , la capa nitrurada tiene una estructura compleja.El incremento de dureza obtenido en las muestras estudiadas no se reduce unicamente a la superficie, sino que tambien se produce en la zona cercana a la sperficie, de hasta 50 um de profundidad, con valores de dureza en el interior del material tratado que siguen una ley exponencial decreciente. Maritza Cruz Choquetoma:Este tratamiento trmico de nitruracin consiste en mejorar las propiedades superficiales del acero inoxidable 304 a partir de la formacin de nitruros los cuales presentan una elevada dureza y permiten mejorar las propiedades del acero aumentando la resistencia al desgaste y la dureza superficial, (ya q los aleantes favorecen a la formacin de nitruros y estas ayudan incrementar la dureza). Para hacer un endurecimiento superficial por nitruracin se requiere una temperatura alrededor de los 530C- 590C, esta no debe ser superior ya que aparecen combinaciones hierro-nitrgeno que son frgiles y no deseables, el principal causante de esa fragilidad es el eutectoide (braumita ), que se forma a altas temperaturas de nitruracin superiores a 590C. Tampoco debe ser menor ya que la difusin sera muy lenta. En la nitruracin se obtuvo una dureza de 107 HRB (32 HRC 107 HRB) superando a la dureza inicial del acero inoxidable que tiene de dureza de 70 80 HRB. Se obtuvo un acero con otras propiedades con distintas aplicaciones. Aragn Galarza, Luis:Con esta experiencia pudimos comprobar el funcionamiento de un proceso de nitruracin, adems de idear una forma alternativa de aplicar este proceso para endurecer piezas de acero. Nosotros usamos un Acero Inoxidable 304, debido a que por su composicin permita la formacin de nitruros, adems de evitar precipitaciones por carburos de cromo, adems de ser un acero austenitico, ya que la estructura Austentica es inmune a la fisuracin por hidrogeno debido a la alta plasticidad de la estructura Cbica centrada en las caras (FCC) del Hierro gamma y los Aceros Inoxidables Austeniticos heredan esta propiedad. Estas caractersticas son las que permiten que el acero inoxidable AISI 304 nos permitiera tener lo necesario para una nitruracin exitosa. Aceros al carbn no permiten una buena nitruracin, y aceros que sea por ejemplo del tipo ferritico hubieran trado como consecuencia que no se formen correctamente los nitruros adems su ductilidad es menor que la de los aceros inoxidables Austeniticos debido a la inherente menor plasticidad de la estructura cbica centrada en el cuerpo del Hierro alfa, ms el efecto endurecedor que proporciona la gran cantidad de Cr en solucin slida, adems durante el proceso de Nitruracin se forma hidrogeno y la presencia de Hidrgeno reduce sustancialmente la ductilidad y cambia el modo de fractura de dctil a frgil por eso al intentar hacer nitruracin con este tipo de aceros podramos obtener que sea demasiado frgil para un uso industrial.Adems con la experiencia pudimos comprobar cmo funciona un proceso de Nitruracin, en donde el material Nitrurante, que para nuestra experiencia fue Melamine (2, 4,6-triamino-1, 3,5-triazina de formula C3H6N6) material que tiene un punto de fusin de 305 C, y que se puede obtener de diversos productos, adems de ser un material termoestable no considerado reciclable, pero mediante esta experiencia en la cual usamos platos de Melamine, podemos decir que los desechos de Melamine pueden ser usados para este tipo de procesos.El proceso de Nitruracin que practicamos empez con dar forma a nuestra pieza de acero inoxidable AISI 304, con dimensiones para la prueba Charpy, luego triturar platos de Melamine y despus meter nuestros componentes en un recipiente de acero el cual sellamos con arcilla refractaria, Slice y Barbotina, para luego llevar al horno a 560 C por tres horas. Durante este periodo de tiempo la Melamine en el envase se convirti en el gas Amoniaco (NH3), y luego se convirti en Hidrogeno y Nitrgeno atmico de la siguiente forma:

Siendo el nitrgeno atmico el que forme los nitruros en nuestra probeta, y el nitrgeno que no logre difundir volver a ser Nitrgeno molecular el cual no difundir en la probeta, mientras que el Hidrogeno no afectara al acero al ser un acero austenitico. Y este ciclo se repetir durante el tiempo que el recipiente este en el horno. No se emplean temperaturas ms elevadas porque, aunque de esa forma la penetracin del nitrgeno sera ms fcil y rpida, se obtendra capas nitruradas muy frgiles sin utilidad prctica para la industria.La difusin del nitrgeno hacia el interior se efecta ms difcilmente en los aceros aleados que en los aceros ordinarios al carbono, pero solo en los primeros se producen capas superficiales de gran dureza y bien adheridas, debido a que los elementos aleados favorecen la formacin de Nitruros en las capas perifricas, sean estos de aluminio, cromo, molibdeno, vanadio etc.Se emplea para laNITRURACIONuna fundicin especial, que permite obtener una estructura fina y homognea y una capa nitrurada no frgil, de dureza y espesor constante.Luego de tres horas sacamos el envase del horno, y al da siguiente pudimos observar que el Nitrgeno haba difundido en nuestra probeta, y al hacer las diferentes pruebas, pudimos apreciar que haba aumentado la dureza de nuestra probeta, la causa directa del aumento de dureza y resistencia a la fatiga de la capa nitrurada es que los Nitruros que se forman en el proceso originan una fuerte deformacin de la red cristalina del acero en su zona perifrica. Y despus de haber comprobado con las pruebas el incremento de dureza tambin pudimos demostrar que se puede hacer nitruracin de formas diferentes.

BIBLIOGRAFIA: TESIS SOBRE NITRURACIN GASEOSA EN LOS ACEROS SAE 4340, SAE 4140, SAE 0-1, SAE 1045 de CORDOVA VALENCIA, SHEILA. http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/tesis/ingenie/cordova_vs/t_completo.pdf Martnez Baena M. / Palacios J. (2001), Tratamientos Trmicos de Materiales Metlicos, Espaa, Pg. 38 43. Dinunzy A. / Duffy Robert E. (1990), Heat Treatment, U.S.A. Pg. 32 36. Avner S. (1988), Introduccin a la Metalurgia Fsica, McGraw-Hill, Interamericana de Mxico. Lajtin Yu (1987), Tratamiento Qumico Trmico de los Metales, Editorial Mir., Mosc. Apraiz Barreira J. (1997), Tratamiento Trmico de los Aceros, Ed. Limusa, 9 edicin, Espaa. Asdrbal Valencia (1992), Tecnologa del Tratamiento Trmico de los metales, Ed. Universidad de Antioquia, Colombia. Nez Segundo / Andreone Carlos, (1994), Aceros, Comisin Nacional de Energa Atmica, Argentina. ASM Handbook, (1991), Heaat Treating, Volumen 4, Ed. A.S.M. Grossman H.A./Bain E. C. (1972), Principios del Tratamiento Trmico, Ed. Blume. 10.- Thelning K. (1984), Steel and Its Heat Treatment, E. Mackoy of Chatham Ltd., Great Britain. Askeland Donald, (1985), La Ciencia e Ingeniera de los Materiales, Ed. Iberoamericana, Mxico. Brophy Jere H. (1968), Propiedades Termodinmicas, Ed. Limusa-Wiley S.A. Mxico DF. Grinber D. Maria K. (1994), Tratamiento Trmico de los Aceros y sus Prcticas de Laboratorio, Limusa, Noriega Editores, Mxico. Feirer Jhon L. (1980), Mquin s de Metales con Mquinas Herramientas, Ed. Continental S.A. de C.V., 2 Edicin, Mxico. Procedyne Corp. (1992),Gua para el Proceso de Tratamientos Trmicos, New Brunswick NJ. U.S.A. Aceros del Per SAC. (2002=, Manual de Aceros Especiales Thyssenkrupp y Tratamientos Trmicos, Ed. Cassallo, 3 Edicin, Per. Zavaleta Nilthon, (2000), Metalografa de Aceros y Fundiciones, Ed. Imprenta Grfica Real S.A., Per. Ortwd Kubaschewski, (1982) Iron Binary Phase Diagrams, Ed. SpringerVerlog Berlin, Alemania. Shackellford James F., (1992); Ciencia de los Materiales para Ingeniera, Ed. MacMillan, 3 Ed., Publishing Company, U.S.A. http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=4807978 http://www.sulfinuzargentina.com.ar/info_nitruracion.htm http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/13._Nitruracion_v2.pdf https://es.wikipedia.org/?title=Amon%C3%ADaco

Contenido1.OBJETIVOS:12.FUNDAMENTO TEORICO:12.1.Introduccin:12.2.Historia:22.3.Antecedentes del proceso:32.4.Diagrama de fases Fe-N:4La fase :4La fase :4La fase :5La fase :52.5.Fases presentes en la Nitruracin:52.6.Influencia de elementos de la aleacin:6I.El carbono:7II.El molibdeno:7III.El aluminio:7IV.El cromo:7V.El nitrgeno:8VI.El vanadio:82.7.Propiedades de los aceros nitrurados:8a.Resistencia al desgaste8b.Alta resistencia al templado y alta dureza a elevadas temperaturas8c.Alto grado de fatiga y baja sensibilidad a la indentacin:8d.Resistencia a la corrosin92.8.Concepto de Dureza en Nitruracin:92.9.Mecanismo de Formacin de Capa Nitrurada:10La Teora de la Difusin:10a.Difusin Intersticial10b.Energa de activacin:10c.Difusin en los metales11d.La Segunda Ley de Fick112.10.Formacin de la Capa Nitrurada:122.11.La Actividad del Nitrgeno:152.12.Capa de Combinacin o Capa Blanca:162.13.Zona de Difusin:172.14.Temperatura de Nitruracin:172.15.Determinacin de la Profundidad de Nitruracin:182.16.Nitrurabilidad:192.17.Nitruracin Gaseosa:212.18.Nitruracin en Acero para Herramientas:22a)Caractersticas mecnicas:23b)Nitruracin de herramientas de acero rpido233.MATERIALES Y EQUIPO:234.METODOLOGIA Y PROCEDIMIENTO:335.RESULTADOS:41a)Cintica de nitruracin41b)Solubilidad de N- Fe en equilibrio con Fe-g 4N.426.DISCUSIN DE RESULTADOS:437.CONCLUSIONES:43Lima Nina, Paola:43Maritza Cruz Choquetoma:44Aragn Galarza, Luis:44BIBLIOGRAFIA:47