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TERCERA PARTE

TRATAMIENTOS TERMOQUIMICOS

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Fundamento de los tratamientos químico-térmicos

Los tratamientos químico-térmico son un proceso de saturación de la superficie del acero con diferentes elementos (COMPUESTOS QUIMICOS RICOS EN C o N) desde el medio exterior a alta temperatura. Este tratamiento tiene por objetivo el de endurecer la capa superficial, elevar su resistencia contra el desgaste, aumentar el límite de fatiga del material.

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Etapas para los tratamientos termo químicos

• LA DISOCIACIÓN.- consiste en la descomposición de las moléculas y la formación de átomos activos del elemento que difunde.

• LA ABSORCIÓN.- Es cuando los átomos del elemento que difunden se ponen en contacto con la superficie de la pieza de acero formando enlaces químicos con los átomos del metal.

• LA DIFUSIÓN.- Es decir la penetración del elemento de saturación hacia la zona interior del metal, al penetrar los átomos que se difunden en la red del disolvente la velocidad de difusión será mas alta, siempre y cuando en la reacción se formen disoluciones sólidas de sustitución

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INFLUENCIA DEL TIEMPO EN EL ESPESOR DE CAPA EN EL TRATAMIENTO TERMICO QUÍMICO

Al transcurrir el tiempo, la velocidad del aumento del espesor de la capa va disminuyendo (Fig.A)

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INFLUENCIA DE LA CONCENTRACION EN EL ESPESOR DE CAPA EN EL TRATAMIENTO TERMICO QUÍMICO

Cuanto más alta sea la concentración del elemento difusible en la superficie de la pieza, tanto mayor será el espesor de la capa.(Fig.B)

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INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN EL TRATAMIENTO QUÍMICO TERMICO

Cuanto más elevada sea la temperatura del proceso, tanto más alta será la velocidad de difusión de los átomos y por consecuencia, aumentará el espesor de la capa de difusión (Fig.C)

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Tipos de tratamientos térmico - químicos

-         Cementacion

-         Nitruración

- Cianuración

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Cementacion Es el proceso de saturación con carbono de la capa superficial de las

piezas de acero. La cementacion se realiza con objeto de obtener alta dureza en la superficie conservando la tenacidad en su núcleo, además de contribuir la resistencia al desgaste y del limite de fatiga.

A la cementacion son sometidas las piezas con bajo contenido de carbono (hasta de 0.25%), las piezas son entregadas a la cementacion después de haber recibido un tratamiento mecánico, la cementacion se realiza a temperaturas superiores a Ac3 (900-950 C), cuanto menos carbono contenga la pieza mayor será la temperatura de calentamiento, como resultado de la cementacion el contenido de carbono en la capa superficial contribuye 0.8-1.0% una concentración mas alta favorece a una fragilizacion de la capa cementada.

Después del enfriamiento lento de la superficie cementada pueden advertirse tres zonas: la hipereutectoide, formada por perlita y cementita secundaria; la eutectoide, formada por perlita, y la hipoeutectoide, compuesta por perlita y ferrita.

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Cementacion en medio sólido

De cementante pueden servir el carbón vegetal activado, semicoque de hulla, y el coque de turba, las piezas se disponen en una caja el fondo de la cual previamnete se recubre con una capa de cementante de 20-30 cm. De espesor después la caja se lleva al horno con una temperatura de 900-950 C, el tiempo que debe llevar la pieza en el horno es depende del grosor de la capa de cementante que se desea obtener, eso se tomo en cuenta sabiendo que dicha capa crece a una velocidad de 0.1 mm por hora.

Después de la cementacion las piezas deben ser sometidas a la normalización para conseguir un grano fino, después al temple y revenido a baja temperatura.

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CEMENTACIÓN LIQUIDA EN BAÑOS DE SALES

En este proceso la gran dureza superficial que adquiere el acero, puede considerarse debida exclusivamente a la acción del carbono. La influencia del pequeño porcentaje de nitrógeno existente en la capa periférica es muy pequeña y puede ser casi despreciada.

Los baños de sales que se utilizan en este procedimiento se preparan generalmente a base de cianuro sódico, con porcentajes variables de cloruro y carbonato sódicos a los que se añade uno o más cloruros o fluoruros de bario, potasio, calcio o estroncio, que actúan como agentes catalíticos, aumentando notablemente la penetración del carbono, y con ello la profundidad de la capa dura que puede variar de 0,2 a 0,3 mm.

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Cementacion con gases

Actualmente este procedimiento es él mas utilizado en las plantas de producción en serie, este tratamiento permite reducir la duración del proceso, puesto a que ya no es necesario calentar las cajas que contienen a las piezas, este tratamiento se lo realiza en hornos continuos de cuba con o sin mufla, se utiliza el metano principalmente como carburante la cantidad necesaria de carbono de la pieza para este procedimiento es de 0.8%.

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Defectos de la cementacion Estos pueden ser:

La corrosión de la superficie de las piezas.- Se observa cuando el cementante penará en los sulfatos de bario o sodio. El defecto se detecta en forma de finísimos cortes, rechupes superficiales, rugosidades, etc. Es necesario controlar rigorosamente la composición del cementante y emplear los agentes ligantes de calidad que aseguren la retención de sales activadoras en la superficie de los fragmentos de carbón.

La profundidad desigual de la capa.- Se advierte durante el calentamiento irregular de las piezas debido a la diferencia de temperaturas en diferentes zonas del horno, la diferencia de profundidad de la capa en distintas piezas puede alcanzar has al 50% porque el cementante tiene baja conductividad térmica, por eso es necesario emplear cajas de pequeñas dimensiones

El escaso contenido de la capa cementada.- Se debe a la baja temperatura del proceso, la insuficiente duración de la permanencia en esta, la débil actividad carburadora del cementante y el insuficiente excesivo suministro del cementante gaseoso.

La descarburizacion.- Se puede observar tanto el proceso de cementacion como durante el enfriamiento de las cajas si estas tienen grietas o agujeros que aparecen a causa de quemaduras

Elevada concentración de carbono en la capa cementada.- Tiene lugar cuando es demasiado alto el contenido de carbonatos en el cementante sólido, cuando aumenta mas de lo normal la temperatura de cementacion y la duración de la permanencia en esta

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CIANURACIÓN Y NITROCEMENTACIÓN• CIANNURACIÓN

Cuando se desea obtener un temple superficial en forma rapida se emplea un baño de cianuro fundido; el baño consta generalmente de cianuro de sodio con cloruro de sodio y carbonato de sodio para retardar la descomposición del cianuro.

La cianuración se efectúa a una temperatura por encima de la critica del corazón de la pieza y el acero debe enfriarse directamente por inmersión al salir del baño de cianuro; se obtiene una profundidad superficial uniforme de 0.28mm en una hora.

Los baños de cianuro se usan generalmente en los procesos de temple de acero para impedir la descarburación de la superficie

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CIANURACIÓN Y NITROCEMENTACIÓN

• NITROCEMENTACIÓN

– La carbonitruración es un tratamiento con el que se consigue endurecer una capa superficial de los aceros por la absorción simultanea de carbono y nitrógeno

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CIANURACIÓN Y NITROCEMENTACIÓN

• NITROCEMENTACIÓN

Se utiliza un gas portador formado generalmente por el 21% de CO, 40% de H2, 35% de N2, 1% de CH4, y pequeñas cantidades de CO2, O2, Vapor de agua y un gas activo que es en este caso el Amoniaco, la aportación de carbón depende del metano.

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CIANURACIÓN Y NITROCEMENTACIÓN

• NITROCEMENTACIÓN

– El proceso se realiza a temperaturas cercanas a los 900°C, es decir con el acero en estado Austenitico, obteniéndose capas duras de espesores hasta 0.6mm en cuatro a cinco horas.