INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE ALVARADO Campus Medelln

INGENIERA INDUSTRIAL

Materia:Procesos de Fabricacin

Docente:Ana Mara Prez Maldonado

Semestre - Grupo - Sistema:4to Semestre - Grupo A - Semiescolarizado

Producto Acadmico:Tratamientos Termoqumicos del Acero

Presenta:Mendoza Buzn JacquelineLagunes Banda Pedro AntonioHernndez Ricarte Pedro HctorFernndez Ortiz Elas MiguelGonzlez Carrillo Jos de Jess

MEDELLIN DE BRAVO, VER. FEB. - JUN. 2015

Tratamientos Termoqumicos del Acero

DefinicinLos tratamientos termoqumicos son tratamientos trmicos en los que, adems de los cambios en la estructura del acero, tambin se producen cambios en la composicin qumica de la capa superficial, aadiendo diferentes productos qumicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmsferas especiales.

En qu consiste?En enriquecer las capas superficiales de la pieza de acero con elementos: Carbono (cementacin), Nitrgeno (Nitruracin), Carbono y Nitrgeno (Carbonitruracin o Cianuracin), Aluminio (Calorizacin), Cromo (Cromado) y otros para elevar la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosin y a otras propiedades.

Objetivos Aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el ncleo ms blando y tenaz. Disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante. Aumentar la resistencia al desgaste. Aumentar la resistencia a la fatiga. Aumentar la resistencia a la corrosin.

Etapas Disociacin. Consiste en la descomposicin de las molculas y la formacin de tomos activos del elemento que difunde. Absorcin. Es cuando los tomos del elemento que difunden se ponen en contacto con la superficie de la pieza de acero formando enlaces qumicos con los tomos del metal. Difusin. Es decir la penetracin del elemento de saturacin hacia la zona interior del metal, al penetrar los que difunden en la red del disolvente la velocidad de difusin ser ms alta, siempre y cuando en la reaccin se formen disoluciones solidas de sustitucin.

Cementacin (Carburacin)

Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentracin de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmsfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento.La cementacin se utiliza en aceros con bajo contenido de carbono (0.15-0.20% C). El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona perifrica, obtenindose despus, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el ncleo.Consiste en recubrir las partes a cementar de una materia rica en carbono, llamada cementante y someterla durante varias horas a altas temperaturas (900 C).En ocasiones se dan dos temples, uno homogneo a toda la pieza y un segundo temple que endurece la parte exterior. La cementacin encuentra aplicaciones como es el caso de los piones, levas, ejes, etc.

Cementacin en medio slidoPara la cementacin en medio slido, las piezas limpias y libres de xidos se colocan en la mezcla de cementacin, dentro de cajas de chapas de acero soldadas y selladas. Estas cajas se cargan luego al horno de cementacin, y se mantienen ah durante varias horas a una temperatura entre 900 y 950C hasta obtener la profundidad de la capa de difusin deseada.Como mezcla de cementacin se puede utilizar la de 70-80 % de carbn vegetal finamente pulverizado, con 20-30 % de alguno de los siguientes carbonatos: carbonato de bario (BaCO3); carbonato de sodio (Na2CO3) o carbonato de potasio (K2CO3) que actan como catalizador y que contribuyen al desprendimiento del carbono en estado elemental, necesario para la cementacin.

Cementacin liquidaSe aplica, como regla, para las piezas pequeas cuando se requiere una profundidad insignificante de la capa carburada (0.3-0.5 mm) y se efecta en los baos de sales con la siguiente composicin: 75-80% de Carbonato de Sodio (Na2CO3), 10-15% de cloruro de sodio (NaCl), 6-10% de Carburo de silicio (SiC), con calentamiento hasta 820-850C y permanencia hasta 1 hora.

Cementacin gaseosaLa cementacin gaseosa necesita de un equipo especial ms complicado y se aplica a la produccin en masa de piezas cementadas.Esta cementacin tiene ventajas considerables con respecto a la cementacin en medio slido; el proceso es dos o tres veces ms rpido, la tecnologa es menos perjudicial a la salud, y las propiedades del ncleo 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 algn hidrocarburo saturado tales como metano, butano, propano y otros. Al calentar a unos 900-970C se desprende el carbono elemental que cementa el acero. Por ejemplo al calentar metano. CH4 --> C + 2H2 Nitruracin(N)

Al igual que la cementacin, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrgeno en la composicin de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 500 y 700 C, dentro de una corriente de gas amonaco, ms nitrgeno.Existen dos procedimientos para la nitruracin: la nitruracin en horno y la nitruracin inica. Para la nitruracin en horno se coloca la pieza dentro del horno, dentro del cual se hace circular amonaco y posteriormente se calienta a temperaturas de aproximadamente 500C, lo que provoca que el amonaco se descomponga en nitrgeno e hidrgeno; el hidrgeno, se separa del nitrgeno por diferencia de densidad, y el nitrgeno, al entrar en contacto con la superficie de la pieza, forma un recubrimiento de nitruro de hierro.En el caso de la nitruracin inica, las molculas de amonaco se rompen mediante la aplicacin de un campo elctrico. Esto se logra sometiendo al amonaco a una diferencia de potencial de entre 300 y 1000 V. Los iones de nitrgeno se dirigen hacia el ctodo (que consiste en la pieza a tratar) y reaccionan para formar el nitruro de hierro, Fe2N. Si bien este tratamiento da gran dureza superficial a la pieza, la velocidad de penetracin es muy lenta, aproximadamente 1 mm en 100 horas de tratamiento, pero no necesita de temple posterior. Las partes de la pieza que no se deseen nitrurar se deben cubrir con un bao de estao-plomo al 50%.

Cianuracin (C+N)

Es un tratamiento termoqumico que se da a los aceros cuando se quiere obtener una superficie dura y resistente al desgaste, esto se logra empleando un bao de cianuro fundido, la Cianuracin se puede considerar como un tratamiento intermedio entre la cementacin y la nitruracin ya que el endurecimiento se consigue por la accin combinada del carbono y el nitrgeno a una temperatura determinada.La Cianuracin se efecta a una temperatura justamente por encima de la crtica del corazn de la pieza, se introduce la pieza en una solucin que generalmente consta de cianuro de sodio con cloruro de sodio y carbonato de sodio, el enfriamiento se da directamente por inmersin al salir del bao de cianuro con esto se obtiene una profundidad de superficie templada uniforme de unos 0.25 mm en un tiempo de una hora.

Carbonitruracin (C+N)

Al igual que la Cianuracin, introduce carbono y nitrgeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amonaco (NH3) y monxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 C y es necesario realizar un temple y un revenido posterior.La Carbonitruracin puede considerarse como un caso particular de la cementacin donde la adicin de nitrgeno: Acelera la difusin de carbono, disminuye la velocidad crtica de temple y as reducir las deformaciones de temple.La Carbonitruracin en bao de sal es un tratamiento que se encuadra entre la nitruracin y la cementacin. Por esta razn la temperatura de Carbonitruracin se sita entre las temperaturas de estos procesos.

Calorizacin

Tcnica tambin denominada aluminazacin, es una cementacin del acero al carbono a base de aluminio. Tiene por finalidad aumentar la resistencia a la corrosin del acero a elevadas temperaturas.Suele aplicar a los depsitos de combustibles de los generadores de gas, a las fundas de los termopares, a las cucharas de colada de los metales fundidos, a las vlvulas y a otras piezas que trabajan a altas temperaturas.

Sulfinizacin (S+N+C)Con este tratamiento se consigue incorporar a un metal o aleacin metlica, como el acero, una capa superficial de nitrgeno, carbono y sobre todo azufre, mediante un bao de sales que ceden dichos elementos (C, N, y S) a una temperatura cercana a 565C. Esto genera sulfuro de hierro (S2Fe) como inclusin no metlica (impureza) y se aloja en los bordes de grano, lo que fragiliza al metal y aporta dureza. En slo 3 horas de tratamiento, es capaz de generarse una capa de unos 0,3mm de espesor en su superficie.Las sales en las que se baa el acero para este proceso son de dos tipos: Una de bajo punto de fusin, considerada una sal tpica de cianuracin que est constituida por cianuro de sodio (NaCN) y cloruro de potasio (Kcal), carbonato de sodio (Na2CO3). Otra sal portadora de azufre compuesta por cianuro de sodio (NaCN), cloruro de potasio (KCl) y sulfito de sodio (Na2SO3).Este tratamiento aumenta considerablemente la resistencia al desgaste de los metales al disminuir su coeficiente de rozamiento (), lo cual viene principalmente causado por dos factores: El aumento de la dureza y la amplitud de la capa sulfinizada que soporta el rozamiento, que acta como un metal antifriccin. Este proceso alarga la vida til de las herramientas hasta 5 veces ms que si no hubieran sido sulfinizadas.CromizacinSe puede realizar en medios slido, lquido o gaseoso que contengan cloruro de cormo (CrCl2). Corrientemente, el proceso se efecta a la temperatura de 900-1000 C y con permanencia a estas temperaturas unas 10-12 horas.El cromado por difusin eleva la resistencia a la corrosin resistencia a la formacin de orn, aumenta la dureza y resistencia al desgaste de las piezas de acero y fundicin.SilicacinEl proceso de saturacin de la capa superior de la pieza con silicio, se puede efectuar en medios slido, lquido y gaseoso que contengan cloruro de silicio (SiCl4). La Silicacin en medio gaseoso a 1050 C durante 2 horas, da una profundidad de la capa saturada hasta 1 mm.La Silicacin eleva la resistencia a la corrosin en distintos medios: agua de mar, cidos ntricos, sulfrico clorhdrico. En este caso aumenta tambin consideradamente la resistencia y a la resistencia al desgaste de las piezas de acero y fundicin.ConclusinEstos tratamientos son los que, adems de los cambios en la estructura del acero, tambin se producen cambios en la composicin qumica de la capa superficial son muy importantes y a nivel industrial son muy utilizados ya que en lugar de utilizar un tratamiento trmico dndole una estructura al acero a toda la pieza solo lo hacen en la superficie de ella misma; ahorrando costos, consumo de energa, horas de trabajo y reprocesos.

Algunas de las ventajas ms importantes que consideramos es el aumento la dureza superficial de las piezas dejando el ncleo ms blando y tenaz, tambin el disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, entre otros. Los tratamientos termoqumicos son poco conocidos por su nombre pero muy utilizados en productos con los cuales se interactan no solo en la industria sino en el hogar y en cualquier mbito.As por ejemplo podremos obtener un engranaje que sea ms duro en la zona de los dientes y ms tenaz en la zona interna.