Embed Size (px)
Citation preview
INSTITUTO POLITECNICO NACIONALUNIDAD INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA
CAMPUS GUANAJUATO
INGENIERIA EN AERONAUTICA
Cementación o carburización del acero: Cementación sólida, líquida y gaseosa.
Aceros de cementación
Los materiales más aptos para la cementación son los aceros con relativo bajo contenido de carbono (normalmente menor a 0.25%) que muestran una capa superficial dura y resistente al desgaste después de la cementación y que conserven la tenacidad en el núcleo. El cromo acelera la velocidad de penetración del carbono. Los aceros al cromo níquel tienen buenas cualidades mecánicas y responden muy bien a este proceso. Una concentración de níquel por encima del 5% retarda el proceso de cementación. Debido a tensiones internas de compresión, esta capa posee también una resistencia a la fatiga más alta mientras el material del núcleo se distingue por sus buenos valores de tenacidad. Según sean los requisitos de dureza y resistencia mecánica existen varios tipos de aceros adecuados para recibir el tratamiento de cementación y posterior tratamiento térmico.
Tipos de aceros para cementación
Aceros para cementación al carbono: Cementación 900º-950º, primer temple 880º-910º en agua o aceite, segundo temple 7 40º-770º en agua. Revenido 200º máx.
Aplicaciones: Piezas poco cargadas y de espesor reducido, de poca responsabilidad y escasa tenacidad en el núcleo.
Aceros para cementación al Cr-Ni de 125kgf/mm2: Tiene en su composición un 1% de Cr y un 4,15% de Ni. Cementación 850º-900º, primer temple 900º-830º en aceite, segundo temple 740º-780º en aceite. Revenido 200º máx.
Aplicaciones: Piezas de gran resistencia en el núcleo y buena tenacidad. Elementos de máquinas y motores. Engranajes, levas etc.
Andrea Alid Palacio Ruiz 3AV1 6 – Diciembre - 2010
INSTITUTO POLITECNICO NACIONALUNIDAD INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA
CAMPUS GUANAJUATO
INGENIERIA EN AERONAUTICA
Aceros para cementación al Cr-Mo de 95 kgf/mm2: Tiene en su composición un 1,15% de Cr y un 0,20% de Mo. Cementación 890º-940º; primer temple 870º-900º en aceite, segundo temple 790º-820º en aceite. Revenido 200º máx.
Aplicaciones: Piezas para automóviles y maquinaria de gran dureza superficial y núcleo resistente. Piezas que sufran gran desgaste y transmitan esfuerzos elevados. Engranajes, levas, etc.
Aceros para cementación al Cr-Ni-Mo de 135 kgf/mm2: Tiene en su composición un 0,65% de Cr, 4% de Ni y 0,25% de Mo. Cementación 880º-930º; primer temple 830º-860º aire o aceite; segundo temple 740º-770º aceite. Revenido 200º máx.
Aplicaciones: Piezas de grandes dimensiones de alta resistencia y dureza superficial. Máquinas y motores
de máxima responsabilidad., ruedas dentadas, etc.
Cementación o Carburización
El Templado del acero proporciona dureza a la pieza, pero también fragilidad. Por el contrario, si no se templa el material no tendrá la dureza suficiente y se desgastará. Para conservar las mejores cualidades de los dos casos se utiliza la cementación.
El endurecimiento de superficies es vital para la industria automotriz, mecánica, química, etc. Para poder obtener una superficie dura y mantener un núcleo tenaz se tienen varios procedimientos entre los cuales se encuentran el temple superficial, los depósitos de metales duros, y los procesos de difusión de elementos tales como carbono, nitrógeno, cromo y boro. La industria en general y entre otras la industria nacional usa el método de difusión de elementos y los procesos más importantes son la carburización o difusión de carbono, nitruración o difusión de nitrógeno y en
Andrea Alid Palacio Ruiz 3AV1 6 – Diciembre - 2010
INSTITUTO POLITECNICO NACIONALUNIDAD INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA
CAMPUS GUANAJUATO
INGENIERIA EN AERONAUTICA
algunos casos la carbonitruración y la nitrocarburización que es la combinación de los dos procesos.
Objetivo
La cementación tiene por objeto endurecer la superficie de una pieza sin modificación del núcleo, dando lugar así a una pieza formada por dos materiales, la del núcleo de acero con bajo índic e de carbono, tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de la superficie, de acero con mayor concentración de carbono, más dura, resistente al desgaste y a las deformaciones, siendo todo ello una única pieza compacta.
Definición
Se denomina cementación o carburización al tratamiento termoquímico en el que se aporta carbono a la superficie de una pieza de acero mediante difusión, modificando su composición, impregnado la superficie y sometiéndola a continuación a un tratamiento térmico, consiste en el endurecimiento de la superficie externa del acero al bajo carbono, quedando el núcleo blando y dúctil. Como el carbono es el que genera la dureza en los aceros en el método de cementado se tiene la posibilidad de aumentar la cantidad de carbono en los aceros de bajo contenido de carbono antes de ser endurecido. El carbono se agrega al calentar al acero a su temperatura crítica
mientras se encuentra en contacto con un material carbonoso. Gracias a la cementación la pieza tendrá dos capas: superficie cementada y núcleo sin cementar. Después de la cementación la pieza se somete a temple y revenido a bajas temperaturas. El núcleo, debido al bajo contenido de carbono, no admite temple, queda tenaz y puede trabajar bajo cargas dinámicas, y la zona periférica adquiere temple a una profundidad de cerca de 1 mm haciéndose resistente al desgaste por rozamiento.
Características de la cementación
Endurece la superficie No le afecta al corazón de la pieza Aumenta el carbono de la superficie Su temperatura de calentamiento es alrededor de los 900 ºC
Andrea Alid Palacio Ruiz 3AV1 6 – Diciembre - 2010
INSTITUTO POLITECNICO NACIONALUNIDAD INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA
CAMPUS GUANAJUATO
INGENIERIA EN AERONAUTICA
Se rocía la superficie con polvos de cementar ( Productos cementantes) El enfriamiento es lento y se hace necesario un tratamiento térmico
posterior.
Métodos más comunes de la cementación
Cementación en baño líquido o de sales
Para alcanzar profundidades de cementación, en tiempos económicamente viables, los baños de cementación contienen, además de los elementos proveedores de carbono, los llamados activadores, que son productos que aceleran la reacción de cementación. Esos activadores aumentan no solo la velocidad de cementación, sino también la oferta de carbono y la velocidad de transporte del carbono del medio líquido a la superficie de las piezas.
En este proceso el acero a cementar se sumerge en un baño de cianuro de sodio líquido. También 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, según la profundidad que se requiera. A esta temperatura el acero absorberá el carbono y el nitrógeno del cianuro. Después se debe
enfriar con rapidez al acero en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran capas con espesores de 0.75 mm.
Cementación en medio sólido o por empaquetado
Este procedimiento consiste en meter al material de acero con bajo contenido carbónico en una caja cerrada con material carbonáceo y calentarlo hasta 1650 o 1700 °F (900 a 927 °C) durante 4 a 6 horas. En este tiempo el carbón que se encuentra en la caja penetra a la superficie de la pieza a endurecer. Entre más tiempo se deje a la pieza en la caja con carbón de mayor profundidad será la capa dura. Una vez caliente la pieza a endurecer a la temperatura adecuada se enfría rápidamente en agua o salmuera. Para evitar deformaciones y disminuir la tensión superficial se recomienda dejar enfriar la pieza en la caja para posteriormente sacarla y volverla a calentar entre 1400 y 1500 °F (rojo cereza) y proceder al enfriamiento por inmersión. La capa endurecida más utilizada tiene un espesor de 0.38 mm, sin embargo se pueden tener espesores de hasta 4 mm.
Andrea Alid Palacio Ruiz 3AV1 6 – Diciembre - 2010
INSTITUTO POLITECNICO NACIONALUNIDAD INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA
CAMPUS GUANAJUATO
INGENIERIA EN AERONAUTICA
Como mezcla de cementación se puede utilizar la de 70-80 % de carbón vegetal finamente pulverizado, con 20-30 % de alguno de los siguientes carbonatos: carbonato de bario (BaCO3); carbonato de sodio (Na2CO3) ó carbonato de potasio (K2CO3) que actúan como catalizador y que contribuyen al desprendimiento del carbono en estado elemental, necesario para la cementación.
Cementación gaseosa.
En este procedimiento se utilizan gases carburizantes para la cementación. La pieza de acero con bajo contenido carbónico se coloca en un tambor al que se introduce gas para carburizar como derivados de los hidrocarburos o gas natural. El procedimiento consiste en mantener al horno, el gas y la pieza entre 1650 y 1750 °F (900 y 927 °C). Después 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 enfría 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.
La cementación gaseosa necesita de un equipo especial más complicado y se aplica a la producción en masa de piezas cementadas. Esta cementación tiene ventajas considerables con respecto a la cementación en medio sólido; el proceso es dos o tres veces más rápido, la tecnología es menos perjudicial a la salud, y las propiedades del núcleo sin cementar resultan mejores debido al menor crecimiento del grano.
Aplicaciones
La cementación encuentra aplicación en todas aquellas piezas que tengan que poseer gran resistencia al choque y tenacidad junto con una gran resistencia al desgaste, como es el caso de los piñones, levas, ejes, etc. La mayoría de los componentes de máquinas, equipos, motores, herramientas, vehículos, estructuras, etc. que están bajo cargas estáticas, cargas de impacto, y que
Andrea Alid Palacio Ruiz 3AV1 6 – Diciembre - 2010
INSTITUTO POLITECNICO NACIONALUNIDAD INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA
CAMPUS GUANAJUATO
INGENIERIA EN AERONAUTICA
presentan contacto deslizante o rodante, utilizan como material constituyente el acero.
Etapas del proceso de cementación
Secuencias T-t en la cementación
Cementación directa Cementación simple
Cementación doble Cementación después deConversión isotérmica
Horno para cementación
El proceso de endurecimiento por cementación se utiliza para aceros con poco carbono. La pieza se maleabiliza en gas endotérmico y de alto contenido de carbono. El gas endotérmico se produce en el reactor de gas correspondiente a partir de metano, etano o propano y está compuesto en gran medida por monóxido de carbono, hidrógeno y nitrógeno. El acero calentado a temperaturas de 900°C hasta 1000° absorbe el carbono del gas en el horno para cementación. Así se puede aumentar la concentración de carbono en la superficie (aprox. 1 mm profundidad) hasta el límite de solubilidad en la austenita. También se pueden usar hornos rotativos para el endurecimiento del acero. En estas máquinas
Andrea Alid Palacio Ruiz 3AV1 6 – Diciembre - 2010
INSTITUTO POLITECNICO NACIONALUNIDAD INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA
CAMPUS GUANAJUATO
INGENIERIA EN AERONAUTICA
también es posible de integrar el enfriamiento rápido, el lavamiento de las piezas así como el revenido.
Generador para la prod. Horno de paso continuo conDe gas endotérmico transporte de ruedas cerámicas
Horno para cementación de acero Horno de cadenas continuoCon tambor rotativo continuo para carburación de acero
Andrea Alid Palacio Ruiz 3AV1 6 – Diciembre - 2010
