Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Encuentra los documentos específicos para los exámenes de tu universidad
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
informe sobre tratamientos termoquímicos aplicada a la metalurgia
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
1 / 17
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
Conocer los diversos tipos de tratamientos térmicos y importancia de las estructuras cristalinas dentro de ellos Identificar la temperatura de calentamiento, la velocidad de enfriamiento y la presión, que incluyen en la obtención de las características de la probeta. Analizar las reacciones químicas de las probetas según el tratamiento térmico. III). FUNDAMENTO TÉORICO Resumiremos la definición de los tipos tratamientos termoquímicos: 3.1) Cementación (C). Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo. 3.2) Nitruración (N). Al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 ºC y 525 °C aproximadamente, dentro de una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno. 3.3) Cianuración (C+N). Endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican entre 750 ºC y 950 °C aproximadamente. 3.4) Carbonitruración (C+N). Al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano, amoníaco (NH 3 ) y monóxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C aproximadamente, y es necesario realizar un temple y un revenido posterior. 3.5) Sulfinización (S+N+C). Aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorpora al metal por calentamiento, a la temperatura de 565 °C aproximadamente, en un baño de sales. 3.1 CEMENTACIÓN La cementación es un tratamiento termoquímico que consiste en carburar una capa superficial de una pieza de acero, rodeándola de un producto carburante y calentándola a una temperatura adecuada mediante difusión, modificando su
composición, impregnando la superficie y sometiéndola a continuación a un tratamiento térmico, un temple y un revenido, quedando la pieza con buena tenacidad en el núcleo y con mucha dureza superficial. (Rathjen, D., & Fritsche, G.
1989. (Vol. 16, pp. 43-51) 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. Consiste en recubrir las partes a cementar de una materia rica en carbono, llamada cementante, y someterla durante varias horas a altas temperatura de 900 °C. En estas condiciones es cuando tiene mayor capacidad de disolución el carbono, que irá penetrando en la superficie que recubre a razón de 0,1 a 0, milímetros por hora de tratamiento. Una vez absorbido por la capa periférica del acero, comienza el proceso de difusión del carbono hacia el interior de la pieza (el espesor de la capa cementada depende de la temperatura y del tiempo que dure la operación). La pieza así obtenida se le da el tratamiento térmico correspondiente, de temple y revenido, y cada una de las dos zonas de la pieza, adquirirá las cualidades que corresponden a su porcentaje de carbono. En ocasiones se dan dos temples, uno homogéneo a toda la pieza y un segundo temple que endurece la parte exterior. (Treat. Met. (Vol. 16 , pp. 43-51) 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: a). Sólidos. b). Líquidos c). Gaseosos a). 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 (BaCO 3 ), carbonato de sodio (Na 2 CO 3 ) o carbonato de potasio (K 2 CO 3 ) que actúan como catalizador y que contribuyen al desprendimiento del carbono en estado elemental, necesario
c). 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. Krauss, G. (1992) Por ejemplo, al calentar metano. CH 4 --> C + 2H 2
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. El gas tiene una composición típica de: CO 20 %, H 2 40 % y N 2 40 %, pudiendo modificarse la composición de éste para controlar el potencial de carbono. Img. (4) Horno al vacío para cementación de baja presión a). Aceros de cementación Son apropiados para cementación los aceros de baja contenido de carbono, 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. (Sydney H. Avner ,1990 P. 14) 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: a.1). 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
contacto con la pieza y formando nitruros de hierro (compuesto duro y frágil) en su superficie. La penetración de este tratamiento es muy lenta, del orden de un milímetro de espesor por cada 100 horas de duración, aunque después de esto, la pieza no precisará de temple. Este tratamiento se realiza normalmente en hornos eléctricos a temperaturas aproximadas de 500 ºC, por cuya cámara circula el gas de amoníaco. Tanto la temperatura como la concentración del gas en amoníaco, deben mantenerse constante durante todo el proceso. Además, en caso de existir alguna parte de la pieza que no se desee nitrurar, se introducen dichas partes en una solución de estaño y plomo al 50 %, que evitará que la atmósfera de nitrógeno les afecte. La preparación previa al proceso consistirá en la limpieza de la pieza mediante, por ejemplo, ultrasonidos en un baño de alcohol. También se purgará la atmósfera del horno durante su calentamiento, haciendo circular un caudal de nitrógeno con un volumen igual a 100 veces el volumen del horno. Así, se asegura la eliminación de la humedad absorbida en el tubo de cerámica, y si se introduce la muestra en el horno durante la fase de calentamiento, pero fuera de la zona caliente, se aprovechará dicho caudal para eliminar también la posible humedad existente en ella. Para la mejor manipulación de la muestra, se introducirá previamente en una caja de aluminio. Cuando el horno alcance la temperatura de tratamiento, se mueve la pieza a la zona caliente evitando la contaminación de la atmósfera del horno, y se procede a la aplicación del tratamiento. Una vez se haya aplicado el tratamiento completo, el enfriamiento se hará siempre bajo una atmósfera controlada para evitar la contaminación superficial u oxidación de la pieza. La nitruración se aplica principalmente a piezas que son sometidas regularmente a grandes fuerzas de rozamiento y de carga, tales como pistas de rodamientos, camisas de cilindros, etc. Estas aplicaciones requieren que las piezas tengan un núcleo con cierta plasticidad, que absorba golpes y vibraciones, y una superficie de gran dureza que resista la fricción y el desgaste. Las piezas que se hayan pasado por un proceso de nitruración se pueden usar en trabajos con temperaturas de hasta 500 °C (temperatura de nitruración), temperatura a la cual el nitrógeno comienza a escaparse de la pieza, eliminando los efectos de la nitruración y disminuyendo la dureza de la pieza. Podemos diferenciar cuatro tipos de nitruración: 3.2.1) Nitruración gaseosa. 3.2.2) Nitruración líquida. 3.2.3) Nitruración sólida. 3.2.4) Nitruración iónica. 3.2.1) 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. 3.2.2) 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. (Budiniski, K. G. 1988.P. 12) 3.2.3) 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. 3.2.4) 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. Estableciéndose un circuito eléctrico en el que la pieza a nitrurar es el ánodo, por efecto del calor, el nitrógeno molecular se descompone e ioniza. Con ello se produce la difusión del nitrógeno por la superficie y la consiguiente formación de nitruros. Otros gases presentes y que actúan como soporte son el gas carburante, argón, etc. Img. (6) de hornos al vacío para nitruración de baja presión horno para nitruración iónica b) Aceros para nitruración No todos los aceros son aptos para nitrurar, ya que en ocasiones el procedimiento puede resultar contraproducente, tales como los aceros al carbono, en los que el nitrógeno penetra demasiado rápido en la estructura y la capa nitrurada tiende a desprenderse. Resulta conveniente que en la composición de la aleación haya una cierta cantidad de aluminio 1 %. También es aplicable a los aceros inoxidables, aceros al cromo níquel y ciertas
lavado de las piezas posterior al tratamiento para prevenir la herrumbre, la revisión de la composición del baño ha de ser de forma periódica y la alta peligrosidad de las sales de cianuro, dado que éstas son venenosas. (John. Steward Mac Arthur. 1887) Podemos realizar la cianuración de dos maneras diferentes, como son: 3.3.1) 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. 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. Para obtener buenos resultados con este proceso se debe tener cuidado en la característica de la flama, la distancia a la superficie, su velocidad de movimiento y el tiempo de enfriamiento por inmersión. Es necesario un revenido para liberar el material de los esfuerzos, siendo suficiente por lo general una temperatura de 200 °C aproximadamente. Sus principales aplicaciones son: para el temple de dientes de engranes, levas, extremos de rieles, llantas metálicas de rueda, etc. Img. Del proceso de cianuración por medio de la flama 3.3.2) 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. La amplitud de la zona calentada puede regularse con toda exactitud que las curvas o filetes puedan quedar perfectamente sin posibilidad de fallar por fatiga y sin sacrificar la resistencia al desgaste. (John. Steward Mac Arthur. 1887)
Img. del proceso de cianuración por medio de inducción 3.4) CARBONITRURACIÓN La carbonitruración es un procedimiento que consiste en endurecer superficialmente el acero, en este tratamiento termoquímico se promueve el enriquecimiento superficial simultáneo con carbono y nitrógeno, con el objetivo de obtener superficies extremadamente duras y un núcleo tenaz, sumado a otras propiedades mecánicas como resistencia a la fatiga, resistencia al desgaste y resistencia a la torsión. Una ventaja significativa es que presenta muy poca deformación debido a que el nitrógeno absorbido en el proceso disminuye la velocidad crítica de temple del acero. En este proceso se consiguen capas hasta de 1,5 mm, en nuestro caso lo hacemos en hornos de atmósfera controlada. (Juan D. Cruz-Bustamantef,2020, P. 19) Img. de hornos de atmosfera controlada para el proceso de la carbonitruración 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. La oferta de nitrógeno, que se difundirá en el acero, dependerá de la composición del baño y también de su temperatura. Por lo
Img. de hornos con cinta transportadora para sulfinización Máquinas para el lavado, desengrase y tratamiento de superficies de todo tipo de piezas (fosfatado, pasivado, decapado, secado, etc.). IV.CONCLUSIONES Este trabajo se hizo una descripción de los principales tratamientos termoquímicos. Aunque la idea de los tratamientos termoquímicos se originó a principios del siglo XX, sigue siendo un tema de investigación científica con gran auge. A nivel comercial, existe una mejora continua de los sistemas existentes, la expansión a tratamientos novedosos y la búsqueda de aplicaciones únicas. Por ejemplo, la combinación de tratamientos termoquímicos conocidos como híbridos convencionales, ha tomado mucha relevancia científica. En la práctica, una selección de la técnica óptima depende del tamaño del componente, la geometría, la química del material, la aplicación y la economía del proceso. En los últimos años, el aspecto ambiental ha ganado gran importancia, ya que la implementación de un tratamiento termoquímico amigable con el medio ambiente es fundamental. Las estructuras obtenidas en el tratamiento térmico de cementado para este tipo de acero, para el caso donde se utilizó carbón vegetal se observó que en la zona superficial se presentó una zona descarburada y martensita, en la zona cementada presentó en su totalidad una estructura de martensita, en la zona de transición se encontró perlita, bainita y martensita. Finalmente, en el núcleo presento martensita más ferrita. V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
Singha l, S. C. (1977). A ha rd diffusion boride coa ting for ferrous ma teria ls. Thin Solid Films, 45 Da vis, J.R., (2001), Surfa ce Engineering for Corrosion and Wea r Resista nce ASM Interna tional, US Díaz del Castillo, F. (2007). Endurecimiento superficial del acero. In Lecturas de ingeniería (Vol. 1, p. 48). Ciudad de México, México: FES Cuautitlán. Zenker, R., John, W., Rathjen, D., & Fritsche, G. (1989). Electron Beam Hardening, Part 2, Influence on Microstructure and Properties. In Heat Treat. Met. (Vol. 16, pp. 43-51). (BÖHLER Perú, Tratamientos térmicos) https://www.bohlerperu.com/es/tratamientos-termicos/ (AYZAR, Tratamientos térmicos) https://www.ayzar.com/empresa.html (Principia Perú, Tratamientos térmicos) https://principiaperu.com/portfolio-item/tratamiento-termico/ (FERREPRO, Tratamientos termoquímicos – 2019) http://ferrepro.mx/tipos-de-tratamientos-termoquimicos/
