PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE PIEZAS NITRURADAS.

Procedimiento de fabricación de piezas tratadas y nitruradas, que comprende las etapas siguientes a) constitución de una carga destinada a obtener una composición química determinada que comprende, expresados en % en peso, del 0,25 al 0,37% de C;

del 1,1 al 1,8% de Cr, del 0,8 al 1,5% de Mo; del 0,1 al 0,3% de Al; del 0,2 al 1,1% de Mn; del 0,5 al 1,3 % de Ni; del 0,1 al 0,4 de V, como máximo el 0,35% de Si, como máximo el 0,015% de S y como máximo el 0,020% de P, estando el complemento constituido por hierro y por impurezas residuales, cumpliendo los contenidos de esta composición en Cr, Mo, V y Al, expresados en % en peso, la siguiente relación: 4 ≤ 3Cr + Mo + V + 2Al ≤ 8 b) elaboración de dicha carga en un horno de arco o a presión reducida eventualmente seguida por una refusión mediante electrodo consumible, con escoria o a presión reducida c) recalentamiento y transformación en caliente del lingote d) tratamiento térmico de homogeneización de la estructura y de afinamiento del grano que comprende una normalización a una temperatura superior a la del punto crítico AC3, un enfriamiento al aire y un revenido de ablandamiento a una temperatura inferior a la del punto crítico AC1 e) tratamiento térmico de empleo que comprende un templado a partir de una temperatura de austenización en el intervalo de 900-1.000ºC, seguido por un revenido a una temperatura de 550-750ºC y f) nitruración

Procedimiento de fabricación de piezas nitruradas.

La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de piezas realizadas en un acero.

La nitruración es un tratamiento termoquímico de endurecimiento superficial mediante introducción de nitrógeno en el acero. Este procedimiento se utiliza en todos los campos de la mecánica y sirve en particular para fabricar engranajes, canales, árboles de transmisión, árboles de leva, piezas de distribución de motor térmico, cuerpos de bomba, cuerpos de inyector, cigüeñales, tornillos de extrusión, distribuidores hidráulicos, raíles de guiado, cajas de rodamiento, calibres de control y piezas de herramientas de conformación.

La nitruración se realiza generalmente en un intervalo de temperaturas de aproximadamente 450 a 600ºC, temperaturas para las cuales la difusión de nitrógeno es relativamente lenta. Los aceros clásicos de nitruración, tales como 40CrAlMo6, 12, 25NiAlCr14, 12, 30CrMo12 o 32CrMoV13 (cuyas composiciones químicas se recuerdan a continuación en la tabla 1) , sólo permiten obtener grosores de capas nitruradas modestos, del orden de aproximadamente 0, 7 mm como máximo, teniendo las etapas de nitruración unas duraciones excesivamente largas que pueden alcanzar hasta aproximadamente 200 h.

Tabla 1: Composiciones químicas típicas en porcentaje en peso

Estas insuficiencias limitan la utilización de los aceros nitrurados por motivos técnicos, por ejemplo cuando las solicitaciones aplicadas inducen tensiones elevadas más allá de las profundidades de nitruración que se pueden realizar con los aceros actuales, o incluso cuando los mecanizados posteriores tras la nitruración son importantes. Pero la limitación también es de tipo económico debido a la duración demasiado importante de los ciclos de nitruración.

Estas limitaciones se podrían evitar mediante la utilización de aceros que contengan menores contenidos en cromo, lo cual conlleva un aumento del coeficiente de difusión del nitrógeno en la aleación. Es el caso por ejemplo de los aceros 35CrMo4 o 42CrMo4 (cuyas composiciones químicas se recuerdan en la tabla 1 anterior) . Pero las durezas superficiales máximas que se pueden obtener con estos aceros son del orden de 700 HV lo cual es demasiado débil en la mayoría de los casos. Además, las características de tracción, de resiliencia y de tenacidad de la subcapa son notablemente insuficientes para muchas aplicaciones.

La presente invención presenta por tanto esencialmente por objetivo poner a disposición un procedimiento de fabricación de piezas realizadas en un acero de nitruración que permita conservar las propiedades de tracción, de resiliencia, de tenacidad, de templabilidad, de fatiga, y de dureza superficial de los capas nitruradas de los aceros de nitruración de tipo 32CrMoV13, al tiempo que se aumenta la cinética de difusión del nitrógeno, para permitir o bien profundidades de nitruración más importantes, o bien tiempos de nitruración reducidos. El acero de nitruración según el objetivo de la invención comprende, expresados en % en peso,

del 0, 2 al 0, 4% de C, del 0, 8 al 2% de Cr,

45 del 0, 6 al 2% de Mo, del 0, 05 al 0, 4% de Al, y, dado el caso,

50 como máximo el 0, 5% de Si, como máximo el 1, 5% de Mn, como máximo el 1, 5% de Ni, como máximo el 0, 5% de V,

55 estando constituido el complemento por hierro y por impurezas residuales,

cumpliendo los contenidos de esta composición en Cr, Mo, V y Al, expresados en % en peso, la siguiente relación:

4 º 3Cr + Mo + V + 2Al º 8.

El azufre está limitado al 0, 015% y el fósforo al 0, 020% en peso.

Los elementos tales como el calcio, el cerio, el titanio, el circonio, el niobio que sirven o bien para desoxidar el acero, o bien para afinar el tamaño de grano, están preferentemente limitados al 0, 1% en peso cada uno.

El intervalo de carbono es del 0, 2 al 0, 4% en peso con el fin de obtener, tras el templado y revenido a una temperatura compatible con la nitruración posterior, una resistencia máxima a la tracción en el intervalo comprendido entre 900 y 1.500 MPa. También son interesantes intervalos de carbono reducidos:

• el intervalo del 0, 2 al 0, 35% en peso permite maximizar las características de ductilidad, resiliencia y tenacidad, 15

• el intervalo del 0, 3 al 0, 4% en peso permite maximizar el límite elástico,

• el intervalo del 0, 25 al 0, 37% en peso permite obtener un buen compromiso para el conjunto de las características anteriores.

El carbono contribuye por otro lado a la templabilidad de la aleación así como a su resistencia al revenido y a su resistencia al ablandamiento durante el ciclo de nitruración.

El silicio se debe limitar debido a que conduce, durante la nitruración, a la precipitación de carbonitruros que 25 participan poco en el endurecimiento, pero que reducen la velocidad de difusión del nitrógeno. Por estos motivos, está limitado al 0, 5% en peso como máximo, y preferentemente al 0, 35% en peso.

El cromo es uno de los elementos preponderantes para la obtención de las características de la capa nitrurada, pero conduce a una precipitación importante de nitrógeno en forma de carbonitruros, lo cual reduce la velocidad de difusión del nitrógeno en la capa nitrurada. El cromo también influye de manera beneficiosa sobre la templabilidad de la subcapa. Estas consideraciones conducen a limitar el contenido en cromo al 0, 8-2% en peso, preferentemente al 1, 1-1, 8% en peso.

Con respecto a un acero de tipo 32CrMoV13 la pérdida de templabilidad inducida por la reducción del contenido en cromo se compensa parcialmente por un aumento de los contenidos en manganeso y níquel. No obstante, estos dos elementos no se deben añadir en un contenido demasiado importante, ya que esto conduce respectivamente a segregaciones de composición química y a una fragilización de la subcapa durante la nitruración. Por estos motivos los contenidos se limitan al 1, 5% en peso como máximo para el manganeso y el níquel. Se prefieren intervalos más reducidos: el 0, 2-1, 1% en peso para el manganeso y el 0, 5-1, 3% en peso para el níquel.

De la misma manera, con respecto a un acero de tipo 32CrMoV13, la reducción del contenido en cromo induce una disminución del endurecimiento durante la nitruración, lo cual se compensa mediante un aumento de los contenidos en molibdeno y vanadio, así como mediante la adición de aluminio. Estos tres elementos contribuyen a aumentar la templabilidad del acero.

45 Por otro lado, los elementos molibdeno y vanadio aumentan la resistencia al revenido del acero y limitan su ablandamiento durante la nitruración. Su contenido se debe limitar ya que una cantidad demasiado importante conduciría a una fragilización del acero en la subcapa. Los contenidos están por tanto limitados al 0, 6-2% en peso para el molibdeno, como máximo al 0, 5% en peso para el vanadio, y al 0, 05%-0, 4% en peso para el aluminio. Se 50 prefieren intervalos más reducidos: el 0, 8-1, 5% en peso para el molibdeno, el 0, 1-0, 4% en peso para el vanadio y el 0, 1-0, 3% en peso para el aluminio.

El objeto de la invención es un procedimiento de fabricación de piezas tratadas y nitruradas, que comprende las siguientes operaciones: 55 a - constitución de una carga destinada a obtener una composición según la presente invención, tal como se ha descrito anteriormente,

b - elaboración de dicha carga en un horno de arco, 60 c -recalentamiento y transformación en caliente del lingote, d - tratamiento térmico de homogeneización de la estructura y de afinamiento del grano,

65 e - tratamiento térmico de empleo, y

f -nitruración.

El acero para el procedimiento según la invención se obtiene mediante técnicas de elaboración según la reivindicación 1.

Para aumentar aún más estos rendimientos, es posible realizar la primera elaboración a presión reducida (VIM) y continuar con una refusión mediante electrodo consumible.

Los lingotes... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de fabricación de piezas tratadas y nitruradas, que comprende las etapas siguientes a) constitución de una carga destinada a obtener una composición química determinada que comprende, expresados en % en peso, del 0, 25 al 0, 37% de C; del 1, 1 al 1, 8% de Cr, del 0, 8 al 1, 5% de Mo; del 0, 1 al 0, 3% de Al; del 0, 2 al 1, 1% de Mn; del 0, 5 al 1, 3 % de Ni; del 0, 1 al 0, 4 de V, como máximo el 0, 35% de Si, como máximo el 0, 015% de S y como máximo el 0, 020% de P, estando el complemento constituido por hierro y por impurezas residuales, cumpliendo los contenidos de esta composición en Cr, Mo, V y Al, expresados en % en peso, la siguiente relación: 4 3Cr + Mo + V + 2Al 8

b) elaboración de dicha carga en un horno de arco o a presión reducida eventualmente seguida por una refusión mediante electrodo consumible, con escoria o a presión reducida c) recalentamiento y transformación en caliente del lingote d) tratamiento térmico de homogeneización de la estructura y de afinamiento del grano que comprende una normalización a una temperatura superior a la del punto crítico AC3, un enfriamiento al aire y un revenido de ablandamiento a una temperatura inferior a la del punto crítico AC1

e) tratamiento térmico de empleo que comprende un templado a partir de una temperatura de austenización en el intervalo d.

90. 1.000ºC, seguido por un revenido a una temperatura d.

55. 750ºC y f) nitruración. 25

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la elaboración en un horno de arco de la etapa b) se realiza a presión reducida.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la temperatura del revenido en la etapa e) es 30 superior en al menos 30ºC a la temperatura de nitruración.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la composición química de la etapa a) comprende además como máximo el 0, 1% en peso de cada elemento Ca, Ce, Nb, Ti, Zr.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicha composición química expresada en % en peso está constituida por el 0, 32% de C, el 0, 03% de Si, el 0, 86% de Mn, el 1, 35% de Cr, el 0, 78% de Ni, el 1, 15% de Mo, el 0, 28% de V y el 0, 19% de Al, estando el complemento constituido por hierro y por impurezas residuales.