Recubrimiento TD de aceros para matrices con carburo de vanadio
El proceso de difusión Toyota, normalmente abreviado como TD, hace crecer una capa de carburo sobre un acero para matrices a partir del carbono que ya está en el acero. El vanadio, el niobio o el cromo se transportan en un baño de sal fundida de bórax, el carbono difunde fuera del sustrato y un carburo como VC, NbC o Cr7C3 se forma en la superficie. Debido a que la capa se une al sustrato mediante una reacción en lugar de por adhesión, los recubrimientos TD se utilizan donde una matriz debe resistir el agarrotamiento, la adherencia y el desgaste al mismo tiempo. La temperatura del baño se elige para que coincida con la temperatura de temple del acero para matrices, lo que hace que el proceso encaje en una ruta de temple en lugar de seguirla.
Cómo se forma el recubrimiento
El baño es una sal de bórax que transporta compuestos, generalmente ferroaleaciones, de elementos formadores de carburo como el vanadio, el niobio y el cromo. La capa de carburo se forma mediante una reacción química entre esos elementos disueltos en el bórax fundido y el carbono del sustrato, y se engrosa a medida que el carbono difunde desde el interior de la matriz hacia la capa superficial exterior. El resultado que describe la fuente es una buena cobertura superficial y un recubrimiento de carburo fuertemente adherido en la cara de la matriz.
El ciclo en una matriz de H13
Las matrices a tratar se desengrasan, se sumergen en el baño de sal de carburo durante un tiempo determinado, se templan para el endurecimiento del núcleo, se reven y se lavan en agua caliente para eliminar cualquier sal residual. La temperatura del baño se selecciona para que se ajuste a la temperatura de temple del acero para matrices. Para el H13, el baño funciona entre 1000 y 1050 °C (1830 y 1920 °F), que es la temperatura de austenización de ese grado, por lo que la matriz se templa con el mismo calor que hace crecer el recubrimiento. El espesor del recubrimiento se controla mediante la temperatura del baño y el tiempo de inmersión. Una inmersión de 4 a 8 h es lo que cita la fuente para el H13 para alcanzar la capa de 5 a 10 µm utilizada en la fundición a presión. Luego, las matrices se sacan del baño y se enfrían en aceite y sal o al aire para el endurecimiento del núcleo, seguido del revenido.
Grados recubiertos y dureza del recubrimiento
Los aceros para herramientas recubiertos que nombra la fuente son H12 y H13. Se informa que ambos muestran alta dureza y excelente resistencia al desgaste, al agarrotamiento, a la corrosión y a la oxidación, y también se afirma resistencia al agrietamiento, al descascarillado y a la fisuración por calor para la superficie recubierta. La dureza del recubrimiento depende de qué carburo crezca en la superficie. El carburo de vanadio es el más duro de los tres con 3500 HV, el carburo de niobio se sitúa en 2800 HV y el carburo de cromo es el más blando con 1700 HV. A modo de comparación, una matriz de H13 templada convencionalmente funciona en la región de 45 a 50 HRC, por lo que la capa en la cara de la matriz es varias veces más dura que el cuerpo de la matriz que la soporta.
Qué asumen estos números
El espesor, la temperatura del baño y el tiempo de inmersión provienen de una fuente publicada, y un ciclo real lo establece el proveedor de sal y la forma de la matriz. Las cavidades profundas, los agujeros ciegos y los núcleos largos y delgados son más difíciles de cubrir de manera uniforme que una cara de matriz plana, y la capa es lo suficientemente delgada como para que un rectificado posterior en la cara de la matriz la elimine. Debido a que la matriz se templa y se reviene después del recubrimiento, la distorsión y la dureza final del núcleo deben planificarse junto con el recubrimiento, no después de él. Confirme el ciclo y el margen para la capa antes de que el TD se incluya en una hoja de ruta.
Fuente: ASM Handbook, Volume 5, Surface Engineering, ASM International, 1994.