Cementacion

DIFUSIÓN EN EL ESTADO SÓLIDO – CEMENTACIÓN

I: INTRODUCCIÓN:

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.

II: OBJETIVOS:

2.1: OBJETIVO PRINCIPAL:

• Verificar experimentalmente la teoría de cementación sólida mediante el uso de cementantes como el carbón vegetal y carbonato de calcio.

2.2: OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Demostrar experimentalmente el endurecimiento superficial en un acero SAE 1020.

• Medir el espesor de la capa cementada.

• Medir la tenacidad en el ensayo de impacto Charpy.

• Identificar microestructuras formadas usando la metalografía.

III: FUNDAMENTO TEÓRICO:

3.1: CEMENTACIÓN

La cementación consiste en introducir por difusión carbono en el acero.

Al objeto de que el carbono pueda penetrar en la superficie del acero hay que aumentar la velocidad de difusión del carbono, que a temperatura ambiente es muy pequeña, para lo cual se calienta el acero hasta una temperatura elevada.

Siempre que no se desee solamente formar una capa de carburo de hierro (Fe3C) frágil y muy delgada, se necesita además calentar el acero por lo menos cantidades de carbono en estado sólido, es decir en la zona de austenita, dado que sólo la red centrada en las caras es capaz de absorber carbono en gran cantidad.

La cementación propiamente dicha del acero se realiza por difusión de carbono a elevada temperatura y por períodos de tiempo prolongados, siguiéndole un tratamiento de temple. El proceso de introducción de carbono se denomina se denomina carburación o mejor cementación. Las piezas a cementar se construyen, por lo regular, con acero muy bajo en carbono, con el fin de que durante el temple a realizar después de la cementación, el núcleo no experimente un considerable aumento de resistencia y siga conservando bastante ductilidad. Las temperaturas aplicadas actualmente oscilan alrededor de Ac3 o ligeramente por encima de esta, pero siempre son superiores a Ac1. A temperaturas entre Ac1 y Ac3 el carbono es absorbido por la parte de austenita no saturada en los aceros pobres en carbono. La aportación suplementaria de carbono lleva, por disminución de la temperatura Ac3, a nueva formación de solución sólida.

La cementación puede realizarse por agentes sólidos, líquidos y gaseosos, que desprenden carbono. Pero la cementación se desarrolla siempre, no por un carbono en estado molecular, sino solo por los átomos de carbono debido a que este último es el único capaz de difundirse dentro de la red del hierro.

Cementación Sólida

La cementación sólida o cementación en caja es un proceso en el que el monóxido de carbono derivado de un compuesto sólido se descompone en la superficie del metal en carbono o dióxido de carbono, el carbono formado es absorbido hacia el metal por difusión.

Las reacciones que se llevan a cabo en la cementación son:

Donde (C)Fe, representa el carbono disuelto en la austenita.

3.2: DIFUSION

La tendencia natural de átomos y moléculas a moverse desde zonas de alta concentración hacia zonas de baja concentración se llama difusión. Cuando se retira la barrera entre dos sustancias, figura 9, las moléculas se redistribuyen (o difunden) por todo el recipiente. Al final, la mezcla alcanza un estado de equilibrio, en el que las moléculas de ambas sustancias están mezcladas uniformemente. Aunque el número total de moléculas en el recipiente es el mismo que antes de quitar la barrera, la concentración de cada sustancia es menor. La velocidad de difusión depende de la masa de las moléculas: las moléculas con más masa se difunden más lentamente.

3.3: LEYES DE FICK

La ley de Fick es una ley cuantitativa en forma de ecuación diferencial

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