por JIMENA CITLALI MENDOZA HERN�NDEZ 3 anos atrás
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Consiste en elevar la temperatura de la pieza a 575°C aproximadamente en un baño de sales que ceden carbono, nitrógeno y azufre (estos dos últimos en menor cantidad), en aleaciones férreas y de cobre.
Se utiliza en aceros de bajo carbono donde la viruta no se corta sino que se deforma y es arrastrada acumulándose frente al ataque. La incorporación superficial del azufre genera sulfuro de hierro (S2Fe) como inclusión no metálica (impurezas), y se aloja en los bordes de grano lo que fragiliza al metal, lo cual hace que disminuya el punto de fusión.
Después de la sulfinización las dimensiones de las piezas aumentan ligeramente, aumentando su resistencia al desgaste, favoreciendo la lubricación y evitando el agarrotamiento.
Máquinas para el lavado, desengrase y tratamiento de superficies de todo tipo de piezas (fosfatado, pasivado, decapado, secado, etc.).
Dicho tratamiento se realiza en las mismas condiciones que la cementación ya sea en baño de sales de una composición determinada o en atmósfera gaseosa con adición de nitrógeno por medio de la disociación de amoniaco. Por esta razón la temperatura de la carbonitruración se sitúa entre las temperaturas de estos dos procesos.
Por esta razón la temperatura de la carbonitruración se sitúa entre las temperaturas de estos dos procesos. La oferta de nitrógeno, que se difundirá en el acero, dependerá de la composición del baño y también de su temperatura. Por lo contrario, el aumento de nitrógeno se reduce a medida que aumenta la temperatura.
Diremos que el tratamiento de carbonitruración está subdividido en: • Carbonitruración por encima de A1 (750ºC a 850ºC). • Carbonitruración por debajo de A1 (700ºC a 750ºC).
Cuando se quiere obtener una superficie dura y resistente al desgaste, se realiza a una temperatura por encima de la crítica del corazón de la pieza entre 750 ºC y 950 ºC aproximadamente, se introduce la pieza en una solución que generalmente consta de cianuro de sodio con cloruro de sodio y carbonato de sodio, el enfriamiento se hará directamente por inmersión al salir del baño de cianuro con esto se obtiene una profundidad de superficie templada uniforme de unos 0,25 mm en un tiempo de una hora.
Los baños de cianuro se usan generalmente en los procesos de temple de acero para impedir la descarburación de la superficie. Sus principales ventajas son: la buena eliminación de oxidación, la profundidad de la superficie es duradera, el contenido de carbono se reparte homogéneamente y de gran rapidez de penetración.
Podemos realizar la cianuración de dos maneras diferentes, como son:
La profundidad de temple con este proceso varia de 1,5 a 6,5 mm este método se emplea en superficies de piezas grandes por su deformación que es mínima. Para aceros al carbono el contenido de este debe ser entre 0,35 % a 0,70 %, aunque también puede templarse a la llama aceros contenido de carbono más alto si se tiene cuidado de impedir el agrietamiento de la superficie.
A la flama el calentamiento del acero se realiza de forma local, de modo que con el enfriamiento se produzca un temple localizado en la región afectada.
Por inducción el calentamiento se realiza por corriente eléctrica, el calentamiento por resistencia es útil para templar secciones localizadas de algunas piezas forjadas y de fundición, pero en general su principal aplicación es para calentar partes de sección transversal uniforme
El proceso se usa para templar superficies de piezas cilíndricas, los muñones de apoyo de los cigüeñales aplicando una corriente de alta frecuencia a la sección de apoyo durante unos cuantos segundos y cuando se ha calentado el acero a la profundidad deseada, se rocía agua sobre la superficie calentada a través de orificios hechos, los bloques del inductor que rodea al apoyo
Durante la nitruración, la pieza sometida ve aumentada su dureza superficial mediante el aporte de nitrógeno a la misma en una atmósfera nitrurante, principalmente compuesta de vapores de amoníaco descompuesto en nitrógeno e hidrógeno.
• Nitruración iónica.
Nitruración iónica o por plasma. Es un tipo de nitruración gaseosa dirigida a aumentar la velocidad de difusión del nitrógeno y reducir el tiempo de tratamiento. Se realiza dentro de un reactor donde se ha hecho vacío antes de introducir los gases de nitruración. E
• Nitruración sólida.
Nitruración sólida. En la nitruración sólida las piezas se colocan cubiertas por una pasta se sustancia nitrurante que se eleva a una temperatura entre 520 ºC y 570 ºC durante 12 horas.
• Nitruración líquida.
Nitruración en baño de sales. La nitruración en baño de sales se realiza a la misma temperatura que la nitruración gaseosa, entre 500 ºC y 575 ºC. Para ello se introduce la pieza en un baño de sales fundidas compuesto por cianuros (CN-) y cianatos (CON-) en estado fundido. Durante este tratamiento, el material absorbe C y N del baño. Dadas las bajas temperaturas a las que se opera, la carburación es muy pequeña, dando paso a la nitruración. Así, se forma una capa cuya composición química es de un 25 % de carburos y de un 75 % de nitruros de hierro.
Aceros para nitruración
Acero para nitruración al Cr-Mo-V de alta resistencia. La composición extra de este acero es la siguiente: 0,32 % C, 3,25% Cr, 0,40% Mo y 0,22%V. Una vez tratado alcanza una resistencia mecánica de 120 kg/mm2. La capa nitrurada se adhiere muy bien al núcleo sin temor a descascarillamiento. Se utiliza para construir piezas de gran resistencia y elevada dureza superficial para resistir el desgaste.
Acero para nitruración al Cr-Mo-V de resistencia media. La composición extra de este acero es 0,25% C, 3,25%Cr, 0,40% Mo y 0,25% V. Tiene características y aplicaciones parecidos al anterior, solamente que su resistencia mecánica es de 100kg/mm2.
Acero para nitruración al Cr-Al-Mo de alta dureza. La composición extra de este acero es 0,40% C, 1,50% Cr, 0,20% Mo y 1% Al. La capa nitrurada de este acero puede descascarillarse y es de gran fragilidad. Se utiliza para piezas que soporten una resistencia media y la mayor dureza superficial posible. Este tratamiento también es aplicable a algunos aceros inoxidables, aceros al cromo-níquel y ciertas fundiciones al aluminio o al cromo.
• Nitruración gaseosa.
Nitruración gaseosa. La nitruración gaseosa se realiza en hornos de atmósfera controlada en los que la pieza se lleva a temperaturas entre 500 ºC y 575 ºC en presencia de amoníaco disociado. Este proceso se basa en la afinidad que tiene los elementos de aleación del acero por el nitrógeno procedente de la disociación del amoníaco.
El objetivo de la cementación es que en 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, que endurece la superficie de la pieza sin modificación del núcleo, dando lugar así a una pieza formada por dos materiales, la del núcleo de acero con bajo índice 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.
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.
Podemos diferenciar tres tipos de materiales cementantes:
• Gaseosos.
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 y líquido, 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.
El proceso se realiza en hornos especiales, en cuyo interior se inyecta como gas cementante algún hidrocarburo saturado tales como metano, butano, propano y otros. Al calentar a unos 900 ºC y 1000 ºC aproximadamente, se desprende el carbono elemental que cementa el acero. Por ejemplo al calentar metano.
Los equipos utilizados para la cementación gaseosa son más eficientes y complejos que los anteriores, los ciclos son más controlados, el calentamiento más uniforme, es más limpio y requiere de menos espacio. La pieza se calienta en contacto con CO y/o un hidrocarburo, por ejemplo alguna mezcla de gases que contenga butano, propano o metano, que fácilmente se descompone a la temperatura de cementación.
• Líquidos.
Para la cementación en medio líquido, las piezas se introducen en un baño de sales fundidas a 950 °C aproximadamente, constituidas por una sal base generalmente cloruro o carbonato de sodio, con adición de una sal aportadora de carbono, cianuro de sodio o de potasio y de una sal activante, cloruro de bario, mezclados en porcentajes adecuados, según los resultados que se deseen obtener.
La presencia de nitrógeno en los cianuros provoca también la formación de productos de reacción (nitruros) de elevada dureza pero limitados a una finísima capa exterior.
Diferenciamos el baño o la cuba 1 y 5, la pieza 2, el cementante 3 y bases de sales 4.
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. Algunos ejemplos de aceros aptos para la cementación son:
Aceros para cementación al carbono. La cementación ser realiza entre 900 ºC y 950 ºC, el primer temple se realiza entre 875 ºC y 925 ºC en agua o aceite, el segundo temple se realiza entre 925 ºC y 775 ºC en agua, y el revenido a una temperatura máxima de 200 ºC. Se utiliza para piezas poco cargadas y de espesor reducido, de poca responsabilidad y escasa tenacidad en el núcleo.
Aceros para cementación al cromo-níquel (Cr-Ni) de 125kgf/mm2 . Tiene una composición de cromo de 1 % y de níquel un 4,15 %. La cementación se realiza entre 850 ºC y 900 ºC, el primer temple entre 825 ºC y 900 ºC en aceite, el segundo temple se realiza entre 725 ºC y 800 ºC, y el revenido a una temperatura máxima de 200 ºC. Se utiliza para piezas de gran resistencia en el núcleo y buena tenacidad. Elementos de máquinas y motores, engranajes, levas, etc.
Aceros para cementación al cromo-molibdeno (Cr-Mo) de 95 kgf/mm2 . Tiene una composición de cromo de 1,15 % y de molibdeno un 0,20 %. La cementación se realiza entre 875 ºC y 950 ºC, el primer temple se realiza entre 875 ºC y 900 ºC en aceite, el segundo temple se realiza entre 775 ºC y 825 ºC en aceite, y el revenido a una temperatura máxima de 200 ºC. Se utiliza para piezas de automóviles y maquinaria de gran dureza superficial y núcleo resistente. Piezas que sufran gran desgaste y transmitan esfuerzos elevados, engranajes, levas, etc.
• Sólidos.
Para la cementación en medio sólido, las piezas limpias y libres de óxidos se colocan en la mezcla de cementación, dentro de cajas de chapas de acero soldadas y selladas.
Estas cajas se cargan luego al horno de cementación, y se mantienen ahí durante varias horas a una temperatura entre 900 ºC y 950 ºC aproximadamente, hasta obtener la profundidad de la capa de difusión deseada. Como mezcla de cementación se puede utilizar la de 70 % a 80 % de carbón vegetal finalmente pulverizado, con un 20 % a 30 % de alguno de los siguientes carbonatos: carbonato de bario (BaCO3), carbonato de sodio (Na2CO3) o carbonato de potasio (K2CO3) que actúan como catalizador y que contribuyen al desprendimiento del carbono en estado elemental, necesario para la cementación
Los equipos utilizados para la cementación sólida son cajas donde se cementa con mezcla cementante que rodea a la pieza en un recipiente cerrado, el cual se calienta a la temperatura adecuada durante el tiempo requerido y luego se enfría con lentitud.
