Carburacion Y Nitruraccion

Carburización

Es un proceso de endurecimiento superficial en el que la especie endurecedora es el carbono. Se emplea para endurecer principalmente superficies de piezas de acero de bajo carbono y aceros aleados de bajo carbono, generalmente de 0.08 a 0.25 %C. El proceso de carburización puede resumirse en los siguientes pasos:

a) Calentar la pieza hasta la temperatura de austenización (815-1090 ºC).

b) Someter la pieza a un medio carburante (sólido, líquido o gaseoso) por un determinado tiempo (de algunas horas a días, dependiendo del medio carburante).

c) Temple la pieza: La superficie carburada, de mayor templabilidad, forma martensita. El núcleo de la pieza, cuya composición química no es alterada, posee menor templabilidad y no forma martensita.

d) Revenido de la microestructura martensítica superficial.

De esta forma, se obtiene en la pieza un gradiente superficial en la concentración de carbono.

Como consecuencia, se genera un gradiente de dureza, que es mayor en la superficie y decrece hacia el interior. Así se genera una superficie dura (50-65 HRC) y resistente al desgaste, conservando la tenacidad del interior de la pieza.

Gradiente en la concentración de carbono que resulta de la carburización gaseosa de un acero SAE 8620 para 4, 8 y 16 horas a 927 ºC.

Diferentes microestructuras de la carburización sólida de un acero 0.15% C, luego de un enfriamiento lento desde 940ºC por a) 1 hora, b) 2 horas y c) 4 horas.

Carburización gaseosa

En este proceso, manteniendo las piezas de 1 a 8 horas en una atmósfera carburante, a temperaturas de 850ºC a 950ºC, se obtienen capas cementadas de 0.2 a 1.5 mm de profundidad. Únicamente en casos especiales, como la fabricación de blindajes, se emplean procesos más largos y se obtienen capas cementadas de mayor espesor. Aunque las instalaciones son bastante complicadas y costosas, la cementación de las piezas es muy sencilla y rápida. Se obtienen resultados muy regulares y se pueden cementar grandes cantidades de piezas en muy poco tiempo.

En la actualidad, la cementación gaseosa es el método de endurecimiento superficial más empleado en grandes talleres, fábricas de automóviles, motocicletas, etc., donde se preparan cantidades importantes de piezas cementadas y no es muy recomendable para talleres pequeños que trabajan sólo con pequeñas series. Este procedimiento está sustituyendo en muchos casos a la cementación sólida (en cajas), y a la cementación líquida (en baño de sales).

Las piezas de aceros de bajo carbono expuestas a atmósferas carburantes (por ej., metano o propano) se carburizarán a temperaturas a partir de 850 ºC. En la forma más primitiva de este proceso, la fuente de carbono en la atmósfera carburante era tan rica que se alcanzaba el límite de solubilidad de carbono en austenita para esa temperatura (ver diagrama Fe-Fe3C en el Anexo 2). Como consecuencia, se podría formar Fe3C en la superficie del acero a alta temperatura, por estar la austenita saturada de carbono. Esta no es una condición muy favorable para un temple posterior.

Además, si sólo se emplea metano o propano como atmósfera carburante, se genera gran cantidad de hollín sobre toda superficie dentro del horno, incluyendo la pieza. Si bien este modo de carburización todavía se emplea en algunos lugares de recursos limitados, el principal objetivo en la práctica moderna de la carburización gaseosa es poder controlar el contenido de carbono en la atmósfera del horno de forma tal que:

• La concentración de carbono final en la superficie de las piezas se encuentra por debajo del límite de solubilidad de la austenita.

• Se minimiza la deposición de hollín en el interior del horno.

Ésta es la razón por la cual se emplean atmósferas carburantes controladas. Se producen mezclando un gas portador con un gas rico (gas carburante). Éste último suele ser gas natural (metano), propano o butano.

Un tipo de gas portador es el endotérmico, que se produce en un generador independiente mezclando en cierta proporción, un gas hidrocarburo (gas natural, propano o butano) con aire. Posteriormente se efectúa su descomposición a alta temperatura (1000 ºC) y en presencia de un catalizador en un horno. De esta forma, el gas portador es una mezcla de CO, H2, N2 y en menor proporción CO2, CH4 y vapor de agua. Tiene la función de diluyente, disminuye la generación de hollín y acelera la reacción de carburización en la superficie de la pieza.

Generador de gas endotérmico

Carburización sólida

En la carburización sólida, o carburización en cajas, la pieza a tratar es calentada en un contenedor cerrado (caja) y en contacto con un compuesto de carburización sólido, según se esquematiza en la Figura 7. Éste es el método más antiguo de los procesos de carburización, y fue el más empleado durante muchos años. Sin embargo, su uso ha disminuido significativamente en los últimos años debido a las limitaciones inherentes del proceso y a la mejora de las otras técnicas de carburización, principalmente, la carburización gaseosa. A pesar de las limitaciones de este proceso, la carburización sólida aún ofrece algunas ventajas atractivas, lo cual hace que siga siendo empleada en algunos talleres que no requieran producción a gran escala. Las principales ventajas de la carburización sólida son:

• Se pueden emplear una gran variedad de hornos, dado que el proceso genera su propia atmósfera contenida en la caja de carburización.

• Ideal para piezas que deban ser mecanizadas luego de la carburización y antes del tratamiento térmico final, debido a que se pueden lograr bajas velocidades de enfriamiento desde la temperatura de carburización.

• Baja distorsión de las piezas durante la carburización, debido a que se emplea el compuesto carburizante para soportar las partes.

• Comparado con la carburización gaseosa, esta técnica permite mayores opciones en cuanto a técnicas de carburización selectiva.

Las principales desventajas de la carburización sólida son:

• No es adecuado para producir capas poco profundas, donde se requiera estrictas tolerancias en cuanto a la profundidad de capa. Esto se debe principalmente a la variación de temperatura en el interior de la caja. Por la misma razón, no todas las piezas dentro de la caja tendrán la misma profundidad de capa.

• Comparado con la carburización gaseosa, la carburización sólida no proporciona la flexibilidad ni la exactitud en cuanto al control de las variables del proceso y por ende, los resultados finales.

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