TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
El tratamiento superficial es un proceso de fabricación que se realiza para dar unas características determinadas a la superficie de un objeto. Debido a la facilidad que tiene el acero para oxidarse cuando entra en contacto con la atmosfera o con el agua, es necesario y conveniente proteger la superficie de los componentes de acero para protegerles de la oxidación y corrosión. Muchos tratamientos superficiales están muy relacionados con aspectos embellecedores y decorativos de los metales. Los más utilizados son los siguientes:
- Cincado: recubrimiento de una pieza metálica con un baño de zinc para protegerla de la oxidación y de la corrosión, mejorando además su aspecto visual. Se oxida el zinc de la superficie con el aire (oxígeno) y retarda la corrosión interna.
- Cromado:
- Galvanizado: proceso electroquímico para recubrir un metal con otro. Sirve para proteger la superficie del metal sobre el que se realiza el proceso. El más utilizado es recubriendo con zinc, donde sumerges la pieza en un baño de zinc.
- Niquelado: baño de níquel con el que se protege un metal de la oxidación o mejorar su apariencia. Es parecido al cromo pero con peor acabado, menor resistencia a la corrosión y menor resistencia mecánica, pero son más baratos.
- Pavonado: aplicar una capa superficial de óxido abrillantado, compuesto principalmente por óxido ferritico de color azulado, negro o café, para mejorar su aspecto y evitar la corrosión.
- Pintura: la pintura anticorrosiva es una base o primera capa de imprimación de pintura que se aplica a la superficie. Sirve para evitar la oxidación y proporciona la base para que se pueda pintar con otros acabados.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL
Estos tratamientos también se consideran tratamientos termoquímicos, ya que además de los cambios estructurales del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta profundidades determinadas. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales. Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos están aumentar la dureza superficial dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a la fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión.
El temple superficial de las aleaciones de base hierro es un proceso de endurecimiento mediante el cual la superficie o capa superficial es sustancialmente más dura que el núcleo. Esto se efectúa por cementación, cianuración, nitruración, carbonitruración, calentamiento por corrientes de inducción de alta frecuencia o por flameado o llama oxiacetilénica.
Su objetivo es conseguir una superficie resistente al desgaste con un núcleo de gran tenacidad. También se emplea para aumentar la resistencia a cargas intermitentes o alternadas (fatiga) de ciertas piezas de máquinas y para otros fines en que conviene que las piezas tengan gran resistencia y superficie dura.
- Cementación:
- Cianuración:
- Nitruración:
- Carbonitruración:
- Endurecimiento por inducción:
Otra forma de endurecer el acero es mediante el trabajo. Las deformaciones que le podemos provocar resultan en un incremento de su resistencia aunque se vuelve más quebradizo. Este proceso se conoce como trabajo en frio, aunque también existe el trabajo en caliente, que normalmente deja menos tensiones residuales.
GRANALLADO Y APISONADO SUPERFICIAL
Estos dos procesos someten a esfuerzo a la superficie en áreas muy pequeñas sucesivamente, más allá de la resistencia de fluencia a la tracción, produciendo una deformación local permanente. En la recuperación elástica, las fibras adyacentes situadas inmediatamente debajo que no han experimentado fluencia plástica tienden a recobrar sus dimensiones originales produciendo así tensiones residuales de compresión en la superficie deformada plásticamente. Ambos procesos son de trabajo en frío y en general mejoran las propiedades mecánicas locales.
En el granallado o bombardeo con perdigones se proyectan a gran velocidad un chorro de perdigones o granalla, posiblemente en áreas elegidas como las superficies cóncavas de enlace o acuerdo. Su efecto depende de la masa de los perdigones y su velocidad. Debemos tener cuidado de que no queden huellas que puedan actuar como concentrador de tensiones o que estos impactos no creen grietas y causen rotura prematura por fatiga. Normalmente se utiliza sobre zonas descarburadas
Las mejoras de la resistencia de fatiga se deben a las tensiones residuales (compresión) y no al endurecimiento de trabajo. Si pulimos la superficie granallada (mejoramos la rugosidad) aumentará aun más su duración (límite a fatiga).
El apisonado superficial es un proceso mediante el cual se trabaja en frío una cantidad limitada de material, confiriéndole así una mayor resistencia y un esfuerzo de compresión en la superficie (del mismo orden de magnitud que el granallado), pero llegando a más profundidad.
EFECTOS DE SUPERFICIE DIVERSOS
Los efectos del recubrimiento o revestimiento con algún metal tal como cobre, níquel, cromo, cadmio, estaño, varían considerablemente, pero la resistencia a fatiga de una pieza se reduce ordinariamente por dicho revestimiento. El proceso de puede ajustar para que el metal depositado tenga un esfuerzo residual de compresión, y en este caso la resistencia a fatiga es muy poco afectada.
El problema surge en que normalmente estos recubrimientos crean tensiones de tracción, que a veces tienen grietas que terminan debilitando el metal base, se puede producir penetración de hidrógeno en el acero (aquebradización o fragilidad por hidrógeno) y que normalmente el metal depositado es más débil que el metal base. Para contrarrestar esta perdida de resistencia se puede aplicar el proceso de granallado o apisonado después de recubrir. Si el ambiente es corrosivo, debemos asegurarnos que las grietas en el recubrimiento no permitan que el medio corrosivo llegue al acero.
Si realizamos trabajo en frio o laminado en frio sobre un material nos aparecen tensiones residuales de tracción en la superficie y de compresión en las fibras interiores, lo cual perjudica a la resistencia a fatiga. Para mejorar esto podemos realizar la operación de granallado sobre la superficie.
El esmerilado puede dejar tensiones residuales de tracción sorprendentemente grandes en la superficie de una pieza no sometida a esfuerzo y producir en ella otros perjuicios (grietas por esmerilado), siendo la tensión residual resultado de la alta temperatura inducida en una capa superficial delgada.
El esmerilado consiste en conseguir unas superficies con irregularidades superficiales muy bajas, es decir, con rugosidad muy reducida. El esmerilado de superficies planas se efectúa sobre unos planos apropiados llamados esmeriladores, sobre los cuales se distribuyen polvos abrasivos mezclados con aceite mineral; las superficies a mecanizar se frotan contra los planos esmeriladores, variando continuamente la dirección y el sentido del movimiento hasta obtener el efecto deseado. En función del tipo de abrasivo empleado pueden obtenerse superficies rectificadas, pulidas o simplemente desbastadas.
En la mayoría de los casos, el mecanizado deja tensiones residuales de tracción en las capas superficiales; las excepciones incluyen el acero austenítico al manganeso y el hierro fundido.
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