El tratamiento de nitruración mejora el rendimiento superficial de los moldes de fundición de acero H13 para trabajo en caliente. El espesor de la capa de nitruro, la dureza superficial y la fragilidad determinan conjuntamente el beneficio práctico para los moldes de fundición LPDC, por gravedad y por contrapresión CPC.
Una capa de nitruración efectiva de entre 0,08 y 0,12 mm proporciona un rendimiento global óptimo en entornos de fundición de aluminio. Una capa de menos de 0,05 mm ofrece una mejora limitada contra la erosión; por encima de 0,15 mm, aumenta el riesgo de fragilidad en los insertos de los canales de alimentación de los moldes de fundición LPDC.
La dureza superficial tras una nitruración adecuada debe alcanzar valores de HV 850-1050. Una dureza inferior a HV 800 indica un efecto de nitruración insuficiente; la superficie del acero para trabajo en caliente H13 sigue sufriendo un rápido desgaste por la aleación de aluminio en la producción de moldes de fundición por gravedad de llantas de aluminio.
La nitruración debe realizarse tras completar el tratamiento térmico de temple y revenido. Realizar la nitruración antes del revenido reduce la vida útil total del molde en un 40 %; la tensión residual provoca grietas prematuras en los insertos de pared delgada de los moldes de fundición por contrapresión (CPC).
La simulación CAE de Procast no puede calcular directamente la tasa de desgaste de la capa de nitruración. El aumento de la vida útil se basa en datos estadísticos prácticos; una nitruración adecuada prolonga la vida útil de los insertos de canal de colada entre un 38 % y un 44 % en condiciones de trabajo idénticas en moldes de piezas estructurales de vehículos eléctricos.
La nitruración excesiva crea una capa compuesta frágil. Esta capa frágil se desprende fácilmente bajo ciclos térmicos; los fragmentos desprendidos caen en la cavidad y generan defectos de inclusiones incrustadas o porosidad secundaria en las piezas fundidas de aleación de aluminio.
Se requiere un blindaje local para los orificios roscados y las superficies de acoplamiento. La nitruración no deseada en las superficies de ensamblaje aumenta la holgura de acoplamiento y el riesgo de atascamiento en los conjuntos de moldes de fundición LPDC con múltiples insertos combinados.
La inspección de la calidad de la nitruración requiere una muestra metalográfica de sección transversal. El ensayo de dureza superficial por sí solo no permite distinguir la capa efectiva delgada de la capa frágil sobrenitrurada en los componentes críticos sujetos a desgaste de los moldes de fundición por gravedad.
Tras 1200-1600 ciclos de fundición, la capa de nitruración se desgasta gradualmente en las zonas de mayor desgaste. La zona de la entrada de colada muestra un desgaste evidente antes que la superficie de la cavidad en la producción en serie de fundiciones de aleación de aluminio con moldes de fundición por contrapresión (CPC).
Se puede llevar a cabo una renitruración tras la reparación de la superficie; sin embargo, cada renitruración amplifica la tensión residual interna. Más de dos ciclos de renitruración aumentan en un 31 % la probabilidad de agrietamiento térmico de los insertos de acero para trabajo en caliente H13.
La nitruración no puede corregir los defectos del material base. Si el sustrato de H13 contiene inclusiones internas, la nitruración solo mejora la superficie; las grietas térmicas originadas en el sustrato seguirán propagándose en los moldes de fundición LPDC para llantas de aluminio sometidos a cargas térmicas cíclicas.
Las especificaciones de adquisición deben definir el rango de espesor de la nitruración, el ámbito de dureza superficial y la prohibición de una capa compuesta excesivamente frágil. Un requisito ambiguo da lugar a una calidad de nitruración inconsistente en los juegos de moldes para piezas estructurales de vehículos eléctricos adquiridos en el extranjero.
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Preguntas frecuentes
P: ¿Cuál es el espesor objetivo de la capa de nitruración para los componentes de moldes de fundición de aluminio H13?
R: Entre 0,08 y 0,12 mm se consigue un rendimiento equilibrado entre resistencia a la erosión y fragilidad.
P: ¿Cuál es el objetivo de dureza superficial HV tras un tratamiento de nitruración de H13 que cumpla los requisitos?
R: HV 850-1050; un valor inferior implica una mejora insuficiente en la resistencia a la erosión.
P: ¿Cuándo debe realizarse el tratamiento de nitruración en relación con el tratamiento térmico?
R: Debe completarse tras el temple y el revenido; la nitruración previa al revenido acorta la vida útil en un 40 %.
P: ¿Qué riesgo conlleva la nitruración excesiva de los insertos de acero para moldes H13?
R: El desprendimiento de la capa frágil puede provocar inclusiones o defectos de porosidad en las piezas fundidas.
P: ¿Cuántos ciclos de renitruración se recomiendan para un inserto de H13?
R: Evite más de dos ciclos de renitruración; el riesgo de fisuración aumenta en un 31 %.
P: ¿Puede la nitruración subsanar los defectos internos del material base del acero para trabajo en caliente H13?
R: No, la nitruración solo modifica la capa superficial; los defectos del sustrato siguen propagándose.
P: ¿Cómo se puede evaluar de forma fiable la calidad de la capa de nitruración, en lugar de limitarse únicamente al ensayo de dureza?
R: La inspección metalográfica de la sección transversal permite evaluar el estado real y efectivo de la capa de nitruro.
