Tratamientos TermoqumicosRecopil: Miguel ngel Lpez Navarrete

TRATAMIENTOS TERMOQUMICOS Aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el ncleo ms blando y tenaz. Aumentar la resistencia al desgaste. Aumentar la resistencia a la fatiga. Aumentar la resistencia a la corrosin

TRATAMIENTOS TERMOQUMICOS

TRATAMIENTOS TERMOQUMICOS

Cementacin

Se emplean aceros aleados y sin aleacin, de bajo contenido en carbono, generalmente de 0,08 a 0,25% de C y excepcionalmente aceros de hasta de 0,4% de C. Temperatura de operacin: 900 (o C) aprox.

Etapas: 1. Absorcin del CARBONO por el acero. 2. Mejoramiento caractersticas mediante Temple + Revenido

La cantidad y distribucin del Carbono absorbido por las piezas depende: 1 De la composicin del acero 2 De la naturaleza de la substancia cementante 3 De la To y de la duracin de la cementacin

CementacinConsiste en carburar una capa superficial del acero, rodendola de un producto carburante y calentndola a temperatura adecuada. Una vez terminada la operacin, se templa y reviene la pieza, quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el ncleo.Los aceros empleados son de bajo con tenido de carbono, no superior a 0,30 %, utilizndose tambin aceros aleados con Ni, Cr y Mo, especialmente adecuados para la cementacin.La operacin se realiza entre 850 y 950 C, es decir, con el acero en estado austentico y el hierro en forma de hierro gamma, que es cuando tiene capacidad de disolucin de carbono. Una vez absorbido por la capa perifrica del acero, tiene lugar un proceso de difusin del carbono hacia el interior de la pieza.En general las proporciones de carbono que se consideran ms adecuadas oscilan entre 0,50 a 0,90 %, con las que se consiguen despues del temple durezas de 60 a 65 HRC.El espesor de la capa cementada depende de la temperatura y del tiempo que dura la operacin (0,5 a 1,5 mm). Aplicaciones: Piones, coronas, ejes, levas, guas, chavetas, columnas, etc.

Los cementantes pueden ser: slidos, lquidos y gaseosos.

CementacinCEMENTANTES SOLIDOSPuede emplearse para la cementacin carbn vegetal, coque, etc. Sin embargo, con carbn slo, no se consiguen porcentajes de carbono en la capa cementada superiores al 0,60 %. Por eso se acostumbra mezclarlo con carbonatos alcalinos o alcalinotrreos.El carbonato brico, mejora la velocidad de penetracin del calor a travs del cementante y uniformiza su temperatura.Las piezas que se han de cementar se colocan en cajas especiales de fundicin, de chapa o de acero inoxidable, rodeadas del material cementante.CEMENTANTES LIQUIDOSLos baos de sales fundidas se utilizan mucho para cementacin de piezas pequeas, pues resulta este procedimiento ms rpido y sencillo que la cementacin con materias slidas.Las sales para cementar estn formadas generalmente por cianuro sdico y otras sales, en proporcin variable segn la profundidad de la penetracin que se desea obtener.El espesor de la capa cementada, adems de la composicin del bao, de la temperatura y, sobre todo, de la duracin del tratamiento. Los hornos deben estar cubiertos de campanas para la evacuacin de los gases, que son muy venenosos.

CementacinCEMENTANTES GASEOSOSLa cementacin con gases se efecta colocando las piezas en una atmosfera carburante a las temperaturas de cementacin, de 850 a 900 C.La atmsfera carburante est formada por una mezcla de un gas activo (CH4-metano, propano y butano) y un gas portador.El gas portador es una mezcla de xidos de carbono, hidrgeno y nitrgeno, con pequeos porcentajes de vapor de agua, anhdrido carbnico, etc.Las funciones del gas portador son:1.Desplazar el aire o gases que existen dentro del horno.2.Reducir el depsito de holln que inevitablemente se forma en la cementacin gaseosa.3.Economizar metano.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS CEMENTANTESLos cementantes slidos son fciles de utilizar, pero resultan caros de aplicar por el consumo de combustible y costo de la preparacin de las piezas en las cajas.Los cementantes lquidos son de accin ms rpida y de ms sencilla aplicacin que los slidos. Se aplican mucho para piezas pequeas de fabricacin en serie. Tienen el inconveniente de que las sales utilizadas son venenosas.Los cementantes gaseosos son los mejores y ms econmicos para cementar muchas piezas rpidamente, pudiendo cementarse grandes espesores. Su inconveniente principal, casi el nico, es el costo de las instalaciones.

CementacinCARBURIZACIN POR CEMENTANTE SLIDO Este procedimiento consiste en encerrar al material de acero con bajo contenido de carbono en una caja cerrada con material carburante y calentarlo hasta 900 a 927 C durante 4 a 6 horas. En este tiempo el carbn que se encuentra en la caja penetra a la superficie de la pieza a endurecer por un proceso de difusin. Entre ms tiempo se deje a la pieza en la caja con carbn de mayor profundidad ser la capa dura. Una vez caliente la pieza a endurecer a la temperatura adecuada se enfra rpidamente en agua o salmuera. La capa endurecida ms utilizada tiene un espesor de 0.38 mm, sin embargo se pueden tener espesores de hasta 4 mm. CARBURIZACIN EN BAO LQUIDO El acero a cementar se sumerge en un bao de cianuro de sodio lquido. Tambin se puede utilizar cianuro de potasio pero sus vapores son muy peligrosos. Se mantiene la temperatura a 1500 F (845 C) durante 15 minutos a 1 hora, segn la profundidad que se requiera. A esta temperatura el acero absorber el carbono y el nitrgeno del cianuro. Despus se debe enfriar con rapidez al acero en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran capas con espesores de 0.75 mm. CARBURIZACIN CON GAS En este procedimiento se utilizan gases carburizantes para la cementacin. La pieza de acero con bajo contenido carbnico se coloca en un tambor al que se introduce gas para carburizar como derivados de los hidrocarburos o gas natural.

CementacinCARBURIZACIN CON GAS El procedimiento consiste en mantener al horno, el gas y la pieza entre 1650 y 1750 F (900 y 927 C). despus de un tiempo predeterminado se corta el gas carburizante y se deja enfriar el horno. Luego se saca la pieza y se recalienta a 1400 F (760 C) y se enfra con rapidez en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran piezas cuya capa dura tiene un espesor hasta de 6 mm, pero por lo regular no exceden de 0.7 mm.

CementacinSe aumenta el contenido en carbono de la superficie de las piezas de acero, rodendolas con un medio carburante, y manteniendo todo el conjunto, durante un cierto tiempo, a elevada temperatura. Luego se templan las piezas y quedan con gran dureza superficial

Cementacin

Cementacin

Cementacin con materiales slidos El carbn slo no se emplea, porque con l no se suele conseguir concentracin de carbono en la periferia del acero superior a 0.65%; mezclndolo con carbonatos alcalinos o alcalino-trreos, se alcanza hasta 1.20% de carbono.

Proceso de cementacin por carbn vegetal Carbn coque El carbn a elevada temperatura, en contacto con el oxgeno del aire, genera xido de carbono (CO): 2C + O2 2CO El xido de carbono formado se descompone a elevada temperatura en carbono naciente y dixido de carbono: 2CO C + CO2

Fases de la cementacin 1. Produccin de carbono naciente en las proximidades de la superficie de acero. 2. Absorcin del carbono en la zona perifrica del acero; 3. Difusin del carbono hacia la zona central.

Efecto de la temperatura y del tiempo de permanencia sobre la profundidad de cementacin con carburante slido (carbn + 40 % de BaCO3).

Penetracin y distribucin del carbono

Cementacin slidaCementacin a 925(oC) con 60% de carbn de madera y 40% de Carbonato brico, durante 10 horas, de un acero de 0,12 %C.

Factores a considerar:

Cementacin

Aceros de Cementacin

Mtodos de enfriamiento recomendables para la fabricacin de piezas cementadas

CIANURACIN CIANURACION (LIQUIDA)Es un tratamiento que tiene por objeto endurecer una capa superficial del acero, por la accin combinada del carbono y del nitrgeno.El tratamiento se realiza calentando las piezas a temperaturas cercanas a los 900 C, obtenindose capas duras (65 HRC) de hasta 0,6 mm en 4 a 5 horas.La operacin se realiza de una manera muy parecida a la cementacin gaseosa. Se utiliza un gas portador formado por 21 % de CO, 40 % de H2, 35 % de N2, 1 % de CH4 y pequeas cantidades de CO2, O2, vapor de agua y un gas activo, que en este caso es el amonaco.CARBONITRURACION (CIANURACION GASEOSA)Es un tratamiento que tiene por objeto endurecer una capa superficial del acero, por la accin combinada del carbono y del nitrgeno.El tratamiento se realiza calentando las piezas de 750 a 950 C en un bao de sales de cianuro sdico (NaCN) (20 a 30 %), carbonato sdico (30 a 40 %) y cloruro sdico (20 a 30 %). La temperatura de fusin del bao es de unos 600 C.El espesor de la capa cianurada depende de la duracin del tratamiento, consiguindose capas duras de 0,30 mm de profundidad en unos 50 minutos.

CARBONITRURACIN Tratamiento intermedio entre la cementacin y la nitruracin, con el que se consigue aumentar la dureza de los aceros tratados mediante la insercin superficial simultnea de carbono y nitrgeno. Se realiza introduciendo la pieza a una atmsfera de composicin bsica de amonaco (NH3, con el que se aporta el nitrgeno) e hidrocarburos (agentes carburantes, con los que se aporta carbono). Temperaturas: 750-800 C (inferior a la de cementacin y superior a la de nitruracin).

Tiene las ventajas que los riesgos de sobrecalentamiento se reducen y que el nitrgeno aumenta considerablemente la templabilidad del acero, lo que hace posible el temple en aceite desde la temperatura de carbonitruracin.

Las piezas tratadas son aceros similares a los que se emplean en la cementacin, de bajo contenido en carbono (0,1 - 0,2%) y de gran espesor. No se necesitan elementos formadores de nitruros (aluminio, aluminio, cromo, vanadio...), pues el endurecimiento se consigue en este caso mediante la incorporacin de carbono y nitrgeno en solucin slida. As se obtienen piezas con superficies de una elevada dureza y resistencia al desgaste, pero que a su vez conservan un ncleo tenaz

NITRURACIN 2 NH3 3H2 + N2 To : 500 A 600 (o C)

Duracin: 10 veces mayor que la de la cementacin, necesitando unas 20-50 horas para alcanzar una profundidad de 0.2-0.4 (mm)

Aceros para nitrurar

0.30-0.38 % de carbono 1.35-1.65 % de cromo 0.4-0.6 % de molibdeno 0.75-1.1 % de aluminio

La dureza de la capa superficial se obtiene sin temple; por lo tanto sirve para el trabajo a temperaturas relativamente altas (400-500C). Hornos para nitruracin

NITRURACIN Es un tratamiento que tiene por objeto aportar nitrgeno a la capa superficial de los aceros, con lo que se consigue endurecerla extraordinariamente.La operacin se realiza calentando las piezas a unos 550-600 C en una corriente de amonaco durante uno a cuatro das.Las capas exteriores que se consigue son ms delgadas (0,2 a 0,7 mm). Se forman capas de NITRUROS DE ALUMINIO, CROMO, MOLIBDENO, etc. que son mucho ms delgadas que las que proporciona la CEMENTACIN pero con una dureza superior (1000 Vickers-78 HRC). Siempre este procedimiento se efecta con materiales ya templados.Aplicaciones:Aceros que vayan a sufrir mucho roce y necesitan una excelente resistencia al desgaste. Matrices de extrusin de aluminio. Moldes, correderas, postizos, etc. que vayan a trabajar en inyeccin de plstico. En definitiva cualquier pieza que necesite resistencia al desgaste. Ventajas: Dada la baja temperatura a la que se realiza este tratamiento se producen deformaciones inapreciables. Se consiguen altas durezas, pudiendo alcanzar los 1100 HV dependiendo del material utilizado. Se puede realizar un endurecimiento parcial de la zona que desee. El acabado despus de tratamiento es excelente ya que se realiza en atmsfera con vaco previo.

SULFINIZACINSe incorpora superficialmente nitrgeno, carbono y sobre todo azufre, mediante un bao de sales que ceden dichos elementos (C, N, y S) a una temperatura cercana a 565C. Esto genera Sulfuro de hierro (FeS) como inclusin no metlica y se aloja en los bordes de grano, lo que aporta dureza. En slo 3 horas de tratamiento es capaz de generarse una capa de unos 0,3mm de espesor en su superficie. Las sales en las que se baa el acero para este proceso son de dos tipos: Una de bajo punto de fusin, considerada una sal tpica de cianuracin, que est constituida por cianuro de sodio (NaCN) y cloruro de potasio (KCl), carbonato de sodio (Na2CO3). Otra sal portadora de azufre compuesta por cianuro de sodio (NaCN), cloruro de potasio (KCl) y sulfito de sodio (Na2SO3).

Su objetivo es aumentar su resistencia al desgaste de las piezas tratadas. Calentndolas en un bao de sales de composicin especial a 565 C, de una a tres horas.Se consigue con l incorporar a la capa superficial de los metales y los aceros, carbono, nitrgeno y sobre todo azufre, mediante su inmersin en un bao especial y a una temperatura determinada.

SULFINIZACINEn la composicin del bao entran tres tipos de sales. Unas activas, formadas principalmente por sulfito sdico; otras protectoras, de carcter reductor, para impedir la oxidacin de las sales activas; y, por fin, otras sales de soporte, alcalinas o alcalinotrreas, para rebajar hasta 450 C la temperatura de fusin de la mezcla. Este tratamiento aumenta considerablemente la resistencia al desgaste de los metales al disminuir su coeficiente de rozamiento (), lo cual viene principalmente causado por dos factores: El aumento de la dureza La amplitud de la capa sulfinizada, que soporta el rozamiento, que acta como un metal antifriccin. Este proceso alarga la vida til de las herramientas hasta 5 veces ms.

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