CONSIDERACIONES TEORICAS. La cementación sólida de aceros

CONSIDERACIONES TEORICAS

[pic 1]La cementación sólida de aceros comprende transformaciones de fase y, por lo tanto, el cambio de las propiedades del acero, que se consiguen mediante el calentamiento hasta una determinada temperatura durante cierto tiempo y un posterior enfriamiento. Existen varios tipos de tratamientos térmicos, como el recocido, normalizado, temple y revenido, que en forma distinta cambian la estructura y las propiedades de la aleación. Cada uno de ellos se recomienda en dependencia de las exigencias planteadas a los semiproductos (piezas fundidas, forjadas, laminadas) y a los productos terminados (engranes, flechas, dados, herramientas y aceros de alta resistencia). El tratamiento térmico de cementación sólida es una operación muy importante en el ciclo tecnológico de preparación de muchas piezas sometidas a esfuerzos, desgaste, fricción y tenacidad. Solamente con ayuda del tratamiento térmico se pueden obtener altas propiedades mecánicas del acero que garantizan un trabajo normal de los elementos modernos de las máquinas y herramientas.

Las superficies externas endurecidas que contienen carbón y nitrógeno se producen en baños líquidos de sal (cianuración) o mediante atmósferas gaseosas (carbonitruración). Las temperaturas utilizadas suelen ser inferiores a las empleadas en carburación, estando entre 760°C y 870°C. La exposición es por un tiempo más corto, y se producen partes externas más delgadas hasta de 0.25 mm para cianuración y hasta de 0.76 mm para carbonitruración. En la cianuración, la proporción de nitrógeno y carbono en la superficie dura externa producida por un baño de cianuro depende de la composición y de la temperatura del baño, siendo esta última la más importante. El contenido de nitrógeno es más alto en los baños que funcionan en el extremo inferior del intervalo de temperatura que en aquellos que operan en el extremo superior del intervalo. Generalmente, el contenido de carbono de la superficie endurecida es menor que el producido por carburación, variando desde 0.5% hasta 0.8%. La superficie endurecida también contiene hasta 0.5% de nitrógeno; por ende, las superficies endurecidas resistentes al corte por lima pueden obtenerse por templado, a pesar del relativamente bajo contenido de carbono. Se dispone de diversas mezclas de cianuros para el baño. Aunque se emplean los baños de más altas concentraciones de cianuro de sodio, la mezcla que más se utiliza está formada por 30% de cianuro de sodio, 40% de carbonato de sodio y 30% de cloruro de sodio. Esta mezcla tiene un punto de fusión de 615°C y se conserva estable, en condiciones de operación continua. Los agentes activos de endurecimiento de los baños de cianuración, carbono y nitrógeno no se producen directamente del cianuro de sodio (NaCN). El cianuro fundido se descompone ante la presencia de aire en la superficie del baño, para producir cianuro de sodio (NaNCO), el cual a su vez se descompone como sigue:

2NaCN + 0 2 = 2NaNCO

4 NaNCO = Na2C03 + 2NaCN +CO + 2N

El contenido de carbono de la superficie endurecida desarrollado en el baño de cianuro aumenta al incrementarse la concentración de cianuro del baño, proporcionando de este modo considerable flexibilidad. Un baño que opera a 843°C y contiene aproximadamente 3% de cianuro puede utilizarse para restablecer el carbono en los aceros descarburados, mientras que un baño con 30% de cianuro a la misma temperatura desarrollará una capa dura de 0.12 mm en la superficie de un acero al 0.65% de carbono en 45 minutos. Este proceso es particularmente útil para partes que requieren una porción externa muy dura y delgada, como tomillos, engranes, tuercas y pernos.

La carbonitruración es un proceso de endurecimiento superficial en el cual un acero se calienta en una atmósfera gaseosa de tal composición que el carbono y el nitrógeno se absorben simultáneamente. Las atmósferas utilizadas en carbonitruración generalmente incluyen una mezcla de gas portador, gas enriquecedor y amoniaco. El gas portador suele ser una mezcla de nitrógeno, hidrógeno y monóxido de carbono producido en un generador endotérmico, como en el de carbonización por gas. El gas portador se proporciona al horno bajo presión positiva a fin de prevenir infiltración de aire y actúa como una sustancia inerte para los gases activos (hidrocarburos y amoniaco), haciendo de este modo que el proceso sea más fácil de controlar. El gas enriquecedor es generalmente propano o gas natural y constituye la principal fuente para el carbono añadido. El (NH3) se disocia para proporcionar el nitrógeno a la superficie del acero. Las temperaturas utilizadas pueden ser de 843°C durante un tiempo aproximado de 20 minutos, seguido de un templado en aceite.

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