Proceso de carburación en piezas MIM: mejora de la resistencia y la dureza

Introducción

Es bien sabido que los materiales de aleación con bajo contenido de carbono son adecuados para la nitruración. Sin embargo, en la tecnología MIM, los materiales de acero de baja aleación, como 2200, 2700, 4140 y 4605, presentan una densidad relativa superior al 95%. Sus superficies tienen una porosidad residual mínima, que es escasa, uniformemente distribuida y relativamente redonda. La microestructura de estos materiales varía con su composición y estado de tratamiento térmico. Después de someterse a un tratamiento térmico de cementación, estos materiales son adecuados para aplicaciones que requieren alta resistencia y dureza. Generalmente, las piezas MIM de baja aleación, después de la carburación, exhiben una dureza superficial mejorada y la alta densidad lograda mediante la tecnología MIM proporciona al producto una buena tenacidad.

Descripción general de la tecnología MIM

El proceso MIM incluye principalmente cuatro etapas: mezcla, moldeado, desaglomerado y sinterización. Inicialmente, se mezclan polvo metálico y un aglutinante para formar una suspensión inyectable. Luego, esta lechada se inyecta en moldes para formar “piezas verdes”, que son similares en forma y tamaño al producto final pero que aún contienen una gran cantidad de aglutinante. Sigue el proceso de desaglomerado, cuyo objetivo es eliminar estos aglutinantes, dejando una estructura porosa compuesta de partículas de polvo metálico. Finalmente, el proceso de sinterización se lleva a cabo a altas temperaturas, donde las partículas de polvo metálico se fusionan para formar una pieza metálica densa. La tecnología MIM puede producir piezas con formas complejas y alta densidad, pero su microestructura porosa puede carecer de propiedades mecánicas ideales sin un tratamiento térmico adecuado.

Proceso de carburación

La carburación es un proceso de tratamiento termoquímico destinado principalmente a aumentar la dureza y la resistencia al desgaste de la superficie del metal. En este proceso, los átomos de carbono se difunden en la microestructura de la superficie del metal, formando una capa superficial rica en carbono y de alta dureza. Para las piezas MIM, este proceso es particularmente crucial debido a su microestructura inicial y densidad únicas en comparación con las piezas metalúrgicas tradicionales.

La carburación generalmente ocurre a ciertas temperaturas utilizando gas, sólido o líquido como fuente de carbono. En la carburación de piezas MIM, el control de la temperatura y el tiempo es fundamental, ya que un tratamiento inadecuado puede provocar una disminución del rendimiento de la pieza. Por ejemplo, una temperatura de cementación demasiado alta o una duración demasiado larga pueden provocar fragilidad del carburo debido a la acumulación excesiva de átomos de carbono en la estructura porosa del metal. El espesor de la capa cementada suele controlarse entre 0.5 y 2.5 mm, lo que requiere un control preciso del proceso.

Debido a la singularidad de las piezas MIM, su proceso de cementación requiere una atención especial. La naturaleza porosa de las piezas MIM significa que su superficie y microestructura absorben el carbono de manera diferente a las piezas metálicas densas tradicionales. Por lo tanto, al cementar piezas MIM, es necesario controlar con precisión el contenido de carbono y la profundidad de penetración para garantizar una alta dureza superficial y al mismo tiempo mantener una buena tenacidad interna.

Características y factores que influyen en la capa carburada.

La principal diferencia entre las piezas MIM y las piezas metalúrgicas tradicionales radica en su microestructura y densidad únicas. La porosidad de las piezas MIM afecta el proceso de cementación, dando lugar a una capa cementada más delgada y posiblemente menos uniforme. Esto afecta significativamente a la dureza de su superficie y a su resistencia al desgaste. El grosor

y dureza de la capa carburizada están estrechamente relacionadas con la composición química de las piezas (especialmente el contenido de Cr y Mn), así como con la temperatura y duración del procesamiento.

Además, el comportamiento de cementación de las piezas MIM también está relacionado con su densidad. Una densidad más baja puede permitir que los átomos de carbono penetren más fácilmente en el interior de las piezas, pero también aumenta el riesgo de fragilidad del carburo. Por lo tanto, durante el proceso de cementación, es crucial controlar meticulosamente los parámetros del proceso para lograr propiedades superficiales óptimas sin comprometer la dureza interna de las piezas.

Conclusión

En la fabricación moderna, la tecnología de moldeo por inyección de metal (MIM) se ha convertido en un método importante para producir piezas con formas geométricas complejas. MIM combina las ventajas de la pulvimetalurgia y el moldeo por inyección de plástico, lo que permite la producción de piezas metálicas precisas y de alta densidad, algo difícil de lograr con los métodos de procesamiento tradicionales. Sin embargo, a pesar de las importantes ventajas de las piezas MIM en términos de forma y precisión dimensional, sus propiedades superficiales, en particular la dureza y la resistencia al desgaste, a menudo deben mejorarse mediante procesos de tratamiento térmico posteriores. La carburación, como método eficaz de tratamiento térmico, mejora significativamente su resistencia al desgaste y a la fatiga al formar una capa rica en carbono en la superficie del metal, lo cual es crucial para mejorar el rendimiento general de las piezas MIM.

Al controlar con precisión el proceso de cementación y los tratamientos térmicos posteriores, las piezas MIM pueden alcanzar estándares de rendimiento comparables o incluso superiores a los de las piezas metálicas procesadas tradicionalmente.

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