Descarburación superficial: causas y control

La descarburación es, esencialmente, el proceso inverso a la carburación. Se produce cuando el acero se calienta a temperaturas superiores a los 700 °C en presencia de gases que contienen oxígeno, hidrógeno o dióxido de carbono. En estas condiciones, los átomos de carbono de la matriz metálica migran hacia la superficie, donde reaccionan para formar gases volátiles (como el monóxido de carbono), dejando tras de sí una capa empobrecida en carbono.

Este fenómeno es particularmente relevante en aceros con alto contenido en carbono, como los utilizados en herramientas, muelles o rodamientos. La severidad del proceso depende de tres factores principales:

• Temperatura: A mayor temperatura, mayor es la velocidad de difusión del carbono.
• Tiempo de exposición: Cuanto más tiempo pase la pieza a alta temperatura, mayor será la profundidad de la zona afectada.
• Composición de la atmósfera: Las atmósferas oxidantes aceleran la pérdida de carbono, mientras que las atmósferas controladas (inertes o reductoras) la inhiben.

La pérdida de carbono en la superficie implica una transformación microestructural: la desaparición de la cementita y un aumento proporcional de ferrita. Esto conlleva una reducción drástica de la dureza superficial y de la resistencia al desgaste, lo que puede comprometer la vida útil de piezas sometidas a esfuerzos cíclicos o de contacto.

Principales consecuencias técnicas

1. Reducción de la resistencia a la fatiga: La capa descarburada es más blanda y menos resistente, lo que facilita la aparición de grietas superficiales bajo cargas alternas.
2. Fallo en tratamientos térmicos: Si la pieza debe someterse a un temple posterior, la zona descarburada no alcanzará la dureza martensítica deseada, provocando un comportamiento irregular en servicio.
3. Problemas dimensionales y de ajuste: En uniones roscadas o piezas de precisión, la descarburación puede aumentar la fricción o reducir la capacidad de carga, provocando fallos prematuros.

Para evaluar la calidad de un material o el éxito de un tratamiento térmico, es necesario cuantificar la profundidad de la capa afectada. La norma internacional de referencia es la ISO 3887 (Steels — Determination of the depth of decarburization).

Métodos de medición según la norma ISO 3887

La norma especifica tres métodos principales para determinar la profundidad de descarburación, cuya elección depende de la microestructura y el contenido de carbono del acero:

1. Método micrográfico: Se realiza una observación microscópica de una sección transversal de la pieza. Es el método más común cuando el cambio en el contenido de carbono se traduce en un cambio visible en la microestructura (por ejemplo, la aparición de ferrita).
2. Método de microdureza: Consiste en realizar una serie de indentaciones (normalmente Vickers o Knoop) desde la superficie hacia el núcleo. La profundidad de descarburación se define como la distancia hasta el punto donde la dureza alcanza un valor constante, representativo del núcleo.
3. Método de análisis químico: Se determina el perfil de concentración de carbono mediante el análisis de capas sucesivas de material. Es un método más complejo y preciso, utilizado en casos donde los otros métodos no ofrecen resultados concluyentes.

Es importante destacar que, según datos técnicos, la descarburación puede variar significativamente alrededor de la periferia de una pieza, por lo que se recomienda realizar múltiples mediciones para obtener un valor representativo, tal como se detalla en las directrices de la norma ISO^[1].

En el ámbito del mecanizado industrial, empresas especializadas como Izadi Mecanizados gestionan estos riesgos mediante un control estricto de los procesos. Para evitar la descarburación no deseada, se aplican las siguientes medidas:

• Uso de atmósferas controladas: Empleo de hornos con atmósferas protectoras (nitrógeno, argón o gases endotérmicos) que impiden la oxidación superficial.
• Sobremecanizado (sobremedida): En piezas forjadas o laminadas en caliente, se deja un margen de material adicional que es eliminado posteriormente mediante procesos de mecanizado para retirar la capa descarburada original.
• Restauración de carbono: En procesos específicos, se puede realizar un tratamiento de recarburación para devolver el contenido de carbono perdido a la superficie.
• Control de temperatura y tiempo: Minimizar el tiempo de permanencia a altas temperaturas durante los ciclos de forja o tratamiento térmico.

Para asegurar el cumplimiento de los estándares de calidad, los laboratorios de metrología deben seguir las directrices de la UNE^[2], asegurando que los ensayos de dureza y micrografía sean trazables y cumplan con los requisitos técnicos exigidos por el sector automotriz o aeroespacial.

• ISO 3887:2023 - Steels: Determination of the depth of decarburization^[3]
• UNE-EN ISO 3887 - Determinación de la profundidad de descarburación^[2]
• ASTM E1077 - Standard Test Methods for Estimating the Depth of Decarburization of Steel Specimens^[4]