INDICE GENERAL
Introduccin.2 Tema...21. Objetivos..22. Teora...23. Materiales y
Equipos.34. Procedimiento..35.Analisis de resultados..56.
Conclusiones y Recomendaciones..67. Bibliografa78. Anexos..8
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INTRODUCCIN2
Lacementacines untratamiento termoqumicoque se aplica en piezas
deacero. El proceso aportacarbonoa la superficie mediantedifusin,
que se impregna modificando su composicin.El cementado endurece la
superficie de una pieza, en el ncleo de acero (con bajo ndice de
carbono) tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de la
superficie (de acero con mayor concentracin de carbono) 0,2% de
carbono.E proceso consiste en recubrir un acero, con una materia
rica en carbono, llamada cementante, posteriormente someter la
pieza durante varias horas, comnmente a 900 C, el carbono a esta
temperatura recubre de 0.1 a 0.2mm por hora de tratamiento.El
cementado se aplica en todas aquellas piezas que deben poseer gran
resistencia al choque, tenacidad y desgaste como los engranajes,
piones, levas, ejes etc. Son apropiados para la cementacin aceros
de bajo carbono, los aceros al cromo nquel tienen buenas cualidades
mecnicas y responden muy bien a este proceso
TEMA: ENSAYO DE LA CHISPA1.-Objetivos:
Aplicar el fundamento terico del proceso de difusin en el acero
1018. Experimentar el proceso de endurecimiento superficial en
aceros Analizar la influencia de la difusin en el proceso de
cementado2.-Teoria La difusin es el transporte de masa (migracin de
tomos), depende y depende del tiempo, temperatura y gradientes de
concentracin. Este fenmeno ocurre en slidos, lquidos y gases. La
difusin tambin es el movimiento de los tomos en un material. Los
tomos se mueven de manera ordenada, tendiendo a eliminar las
diferencias de concentracin y producir una composicin homognea en
el material. La difusin interviene en el tratamiento trmico de los
metales.
Difusin por vacantes o sustitucionalLos tomos pueden moverse en
las redes cristalinas desde una posicin a otra si hay presente
suficiente energa de activacin, proporcionada sta por la vibracin
trmica de los tomos, y si hay vacantes u otros defectos cristalinos
en la estructura para que ellos los ocupen. Segn aumenta la
temperatura en dl metal se producirn ms vacancias y habr ms energa
trmica disponible, por tanto, el grado de difusin es mayor a
temperaturas ms altas.
Difusin intersticialLa difusin intersticial de los tomos en
redes cristalinas tiene lugar cuando los tomos se trasladan de un
intersticio a otro contiguo al primero sin desplazar
permanentemente a ninguno de los tomos de la matriz de la red
cristalina. Para que el mecanismo intersticial sea efectivo, el
tamao de los tomos que se difunde debe ser relativamente pequeo
comparado con el de los tomos de la matriz. Los tomos pequeos como
los de hidrgeno, carbono, oxgeno y nitrgeno, pueden difundirse
intersticialmente en algunas redes cristalinas metlicas.
Difusin de Carbono en el AceroLlamado carbonizacin o cementacin,
consiste en el movimiento de tomos de carbono hacia la zona central
del acero.Este proceso que enriquece con carbono la capa
superficial de acero de bajo contenido de carbono 0.1 a 0.35 % C.
Mediante el cementado se obtiene una gran dureza superficial y alta
resistencia al desgaste conservando la tenacidad del ncleo. Esto
sucede cuando la capa superficial del acero se enriquece con
carbono hasta una concentracin de 0.8 a 1.0 % C.
Di fusibilidad.El coeficiente de difusin o di fusibilidad, D
(cm2/s), est dado por la siguiente ecuacin de Arrhenius
Donde:D0: Factor de frecuencia de los tomos que se difunden
(cte); expresada en cm2/s.Q: Energa de activacin de la reaccin
expresada en Cal/mol.R: Constante universal de los gases ideales;
1,987 Cal/mol K.T: Temperatura absoluta; expresada en K.D: El
coeficiente de difusin expresa la rapidez con que se realiza la
difusin de un material en otro.
Difusin En Estado Estacionario (Primera Ley De Fick).En la
difusin en estado estable o estacionario, el gradiente de
concentracin es constante en la unidad de tiempo.
Donde:J: Flujo neto de tomos que se difunden en la direccin x, a
travs de un plano en la unidad de tiempo; expresado en
tomos/cm2/s.D: Coeficiente de difusin o difusividad; expresado en
cm2/s.: Gradiente de concentracin; expresado en tomos/cm3.cm.
Se emplea un signo negativo debido a que la difusin tiene lugar
de una concentracin mayor a una menor, es decir, existe un
gradiente de difusin negativo. Difusin En Estado Transitorio
(Segunda Ley De Fick). En la difusin en estado no uniforme, el
perfil de concentracin de las sustancias que se difunden cambia con
el tiempo.Esto significa que el flujo y la gradiente de
concentracin tambin cambian con el tiempo. La segunda ley de Fick
se refiere a la difusin en estado transitorio y se expresa
como:
D es independiente de la concentracin, esto nos conduce a una
simplificacin de la ecuacin anterior:
Donde:C: Concentracin de la especie que se difunde, a una
distancia x de la superficie.t: Tiempo; expresado en segundos.En
los casos de difusin en estado slido, donde la concentracin Cs de
la especie que se difunde (soluto) en la superficie de un material
(solvente) permanece constante, la solucin de sta ecuacin
diferencial puede expresarse como:
Donde: Cs: Concentracin en la superficie, producida en forma
instantnea por la atmsfera. C0: Concentracin al inicio del proceso,
en un tiempo t= 0. Cx: Concentracin a una profundidad x de la
superficie, en un tiempo t.t: Tiempo; expresado en segundos. , Es
una variable que se expresa como fer (y); representa la funcin de
error de Gauss.
Para predecir la profundidad de penetracin o el espesor de capa
tratada (X), en funcin del tiempo de permanencia a la temperatura
de operacin; se usa la relacin:
Factores Que Influyen En La Difusin.Temperatura.La temperatura
es el factor de gran influencia en el coeficiente de di
fusibilidad, funcin directa de la temperatura.
Tiempo. La profundidad de capa de difusin del carbono es funcin
directa del tiempo:
Elementos aleantesLa difusin se ve afectada por la existencia de
pequeas cantidades de materiales (elementos aleantes e impurezas)
adicionales que se encuentran en el acero Formacin del Carbono
Elemental:El carbn vegetal (C), a elevada temperatura y en contacto
con el oxgeno del aire que siempre hay en el interior de la caja de
cementacin, reacciona para formar oxido de carbono, El monxido de
carbono en contacto con la pieza, a elevada temperatura, se
transforma en carbono elemental (naciente o atmico)
Absorcin del Carbn Elemental:El carbn elemental es el que
produce la cementacin. Al estar en contacto con el hierro a elevada
temperatura, este carbono se absorbe desde la superficie de la
pieza, por existir un gradiente de concentracin entre el acero y la
atmsfera carburante.
Difusin del carbono dentro del acero:Finalmente el carbono se
difunde en el acero, que se encuentra interticiado segn las leyes
que gobiernan la difusin atmica. 3.-EQUIPOS Y MATERIALES Muestra de
cobre puro. Muestra de acero. Sierra para corte. Lijas de desbaste
fino. Durmetro para medir la dureza Rockwell.
4.-PROCEDIMIENTO Seleccione la probeta. Prepare
metalogrficamente la probeta, para que sus dos caras se encuentren
paralelas. Coloque la pieza en el durmetro. Ubique la carga
necesaria de acuerdo a la escala. Realice una precarga, encerar y
aplicar la carga. Mida las durezas en las diferentes escalas de
acuerdo a los materiales.
5.-ANALISIS DE RESULTADO
RockwellPuntoIdentadorCarga Pf [ Kgf]Precarga Pf [ Kgf]Dureza
OriginalDureza cementada
HRB1Bola 1/161001095.3108.2
HRB2Bola 1/161001094.6106.6
HRB3Bola 1/161001093.6104.4
RockwellPuntoIdentadorCarga Pf [ Kgf]Precarga Pf [ Kgf]Dureza
OriginalDureza cementada
HRC1Diamante1501017.227.1
HRC2Diamante1501017.229.8
HRC3Diamante1501017.236.2
6.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El tratamiento termoqumico de
cementacin o carburacin enriquece la capa exterior del acero, el
cual mejora la resistencia al desgate y en la zona interna del
acero conserva su tenacidad. Todo esto sucede mediante de difusin
intersticial del carbn vegetal en las redes cristalinas. En nuestra
pieza cementada la capa fue demasiado delgada, sin embrago
microscpicamente se puede observar que entre ms nos acercamos a la
orilla de la pieza el tamao de grano es cada vez mayor, y
claramente el contenido de carbono aument slo en la capa externa El
tiempo es un factor muy importante, a mayor tiempo la difusin en el
acero aumenta, aumentando ms intersticios de carbono. La
temperatura es el factor de la influencia de la di fusibilidad.
Tambin existe otro facto como son los elementos aleantes o
impurezas.7. ANEXOS
