Preinforme 4

1.- Comentar características y objetivos generales de los tratamientos de superficie, tales como Cementación, Nitruración y otros. La mayor parte de las piezas que componen las máquinas y motores, se fabrican de forma que sus propiedades mecánicas sean bastante uniformes en toda la masa. Sin embargo, en ciertos mecanismos es necesario que algunas piezas tengan superficies muy duras, resistentes al desgaste y a la penetración, y el núcleo central muy tenaz, para poder soportar los choques a que están sometidas. Los procedimientos más usados en la actualidad para conseguir estas características son los siguientes: Cementación, cianuración, carbonitruración, nitruración, sulfinización, el temple local, el depósito de soldadura de delgadas capas superficiales de aceros de elevado contenido de carbono y el cromado duro. Las características de estos tratamientos es que de diferentes formas todos logran el objetivo obtener una capa superficial de alta dureza, resistente al desgaste y al impacto, dejando un núcleo tenaz. Cementación: Es un tratamiento termoquímico que consiste en calentar un acero en el campo de estabilidad de la austenita, y colocarlo en contacto con un medio sólido, líquido o gaseoso que suministre el carbono. De esta forma el medio cementante aporta carbono a la superficie del acero bajo en carbono, y difunde carbono hacia el interior del acero. Debido a que el acero en el campo austenítico acepta la mayor cantidad de carbono disuelto, el tratamiento de cementación se realiza a altas temperaturas donde es estable la austenita. Por lo tanto, los tratamientos de cementación y carbonitruración se realizan en el campo austenítico. Después de terminar la operación se templa y reviene la pieza quedando con gran dureza superficial u buena tenacidad en el centro. La Nitruración y la Nitrocarburización, se efectúan en la región ferrítica. (Temperaturas menores que A1). La temperatura de incorporación del nitrógeno, en el tratamiento de nitruración esta relacionada con el diagrama de fases Fe-N, donde se puede observar la mayor solubilidad del nitrógeno, en relación al carbono, en el campo ferrítico.

2.- Describir características, ventajas y desventajas de la cementación sólida, líquida y gaseosa: Antes de Responder a la pregunta, cabe mencionar que cualquiera sea el medio cementante, quien aporta el carbono es el gas “CO” (Monóxido de Carbono) al descomponerse en la superficie del acero. Cementación sólida: Se utilizan diversas materias para suministrar el carbono que ha de absorber el acero durante la cementación. Las más empleadas suelen ser el carbón vegetal, el negro animal, huesos calcinados, cuero, cok, etc., mezclados con carbonatos de bario, calcio y sodio. La cementación sólida consiste en preparar una mezcla en polvo de Carbón con un activante (10 a 30%). Se utilizan diversas materias para suministrar el carbono que ha de absorber el acero durante la cementación. Las más empleadas suelen ser el carbón vegetal, el negro animal, huesos calcinados, cuero, cok, etc., mezclados con carbonatos de bario, calcio y sodio. Por ejemplo, con carbonato bárico (BaCO3), se producen las siguientes reacciones a altas temperaturas:

Ba CO3 ( s ) ⇒ Ba O( s ) + CO2 ( s ) CO2 + Ccarbón ⇒ 2CO 2CO ⇒ Cacero + CO2 La descomposición del CO (última reacción) genera un potencial de carbono que difunde en el acero. Y el BaO producido reacciona con el CO2 obteniéndose nuevamente BaCO3. Este tratamiento de cementación es muy fácil de realizar y de implementar, pero presenta el inconveniente que no es posible controlar el contenido de carbono en la superficie. Se puede alcanzar hasta una concentración de carbono en la periferia del 1,2%. Además, como las mezclas cementantes pierden con el uso su actividad, es necesario renovarlas periódicamente. Los principales inconvenientes de este tipo de cementación son:  Gran duración de la operación ya que es necesario calentar hasta altas temperaturas las grandes cajas de cementación.  El elevado consumo de combustible, necesario para calentar el cementante y las cajas.  El elevado coste de preparación y colocación de las piezas en las cajas.  La dificultad de templar directamente desde las cajas y por lo tanto la imposibilidad de emplear dispositivos automáticos para el temple al trabajar con grandes series.  La irregularidad de temperaturas en el interior de las grandes cajas de cementación. Sin embargo, este método es económico, barato y el menos peligroso

Cementación líquida: La cementación líquida o cementación en baño de sales, se realiza en sales fundidas a base de cianuros de sodio (NaCN), las que al oxigenarse producen las siguientes reacciones:

2 NaCN + O2 ⇒ 2 NaCNO 4 NaCNO ⇒ Na 2CO3 + 2 NaCN + CO + 2 N acero 2CO ⇒ Cacero + CO2 El uso de sales activantes de tipo BaCl2, hace más efectivo el tratamiento y produce las siguientes reacciones:

BaCl 2 + 2 NaCN ⇒ 2 NaCl + BaCN 2 Ba( CN ) 2 ⇒ Cacero + BaCN 2 En este tipo de cementación se produce la incorporación de carbono principalmente y nitrógeno, y por tal motivo debe ser considerado como un tratamiento carbonitrurante. A mayores temperaturas se incorpora más carbono y a menores temperaturas, siempre en el campo austenítico, aumenta la proporción de nitrógeno incorporado al acero superficialmente. Los baños de sales que generalmente se utilizan en este procedimiento se preparan a base de cianuro sódico, con porcentajes variantes de cloruro y carbonato sódicos a los que se añade uno o más cloruros o fluoruros de bario, potasio, calcio y estroncio, que actúan como agentes catalíticos, aumentando la penetración del carbono y con ello la profundidad de la capa dura. Las sales que se utilizan para la cementación de los aceros y sus composiciones se pueden ver en la siguiente tabla:

Cianuro sódico Cloruro bárico Otras sales alcalinas Cloruro potásico Cloruro sódico Carbonato sódico Cianato sódico

Capa cementada de 0,2 a 1,5 mm % 17 a 23 14 a 40

Capa cementada de 1 a 3 mm % 7,5 a 12 45 a 55

0 a 3,5 20 a 30 < 30 <1

2 a 10 5,5 a 20 0 a 15 < 30 < 0,3

Como con el uso, en el baño de sales suele disminuye el porcentaje de cianuro y se alteran también los porcentajes de otros elementos, en necesario añadir periódicamente ciertas sales para mantener una composición conveniente. Otro problema que se puede visualizar es la toxicidad y peligrosidad de los líquidos utilizados en la cementación. Por último podemos decir que los cementante líquidos penetran menos que los cementantes sólidos.

La cementación en fase líquida presenta las siguientes ventajas:

 La reacción se produce con gran rapidez.

 El precipitado puede separarse con facilidad sin contaminación.  Se puede reciclar la solución gastada final y proceder a devolverla a su estado reducido 

anterior con algún otro proceso sencillo. Presenta una gran economía de espacio y de costos de operación.

Como precaución, debe mantenerse siempre alejado el ingreso de oxígeno al reactor de cementación, para evitar reacciones competitivas que reduzcan la efectividad del agente precipitante.

Cementación Gaseosa: La cementación gaseosa considera la obtención de CO controladamente, para la obtención del requerido contenido de carbono superficial. En este proceso, manteniendo las piezas de 1 a 8 horas en una atmósfera carburante, a temperaturas de 850º a 950º C, se obtienen capas cementadas de 0,2 a 1,5 mm de profundidad (similar a la penetración en la cementación sólida). Aunque las instalaciones son bastante complicadas y costosas, la cementación de las piezas es muy sencilla y rápida. Se obtienen resultados muy regulares y se pueden cementar grandes cantidades de piezas en muy poco tiempo. El empleo de este procedimiento, que esta sustituyendo en muchos casos a la cementación sólida, y a la cementación líquida, es de gran interés para las empresas que deban cementar gran cantidad de piezas y, en cambio, no es muy recomendable para talleres pequeños que trabajan sólo con pequeñas series. Si bien dijimos que la instalación para este caso es bastante cara, los cementantes son más baratos que en los otros casos (líquido y sólido) Hay dos tipos de Gases que se utilizan: a) Gas Activo. Hidrocarburos (metano) b) Gases Portadores. Aquellos que llevan algo de Carbono (CO2, CO...), nunca van solos (H2, O2, H2O), se obtienen por combustión incompleta de combustibles sólidos y se deben pasar por catalizadores. - La cementación gaseosa se realiza introduciendo primero el gas portador al horno, luego se eliminan las impurezas del horno, se cierra y se introduce gas activo. Después de que se ha formado una mezcla, se introduce la pieza. A modo de resumen recordaremos algunas ventajas é inconvenientes de los distintos cementantes. - Industrialmente son mejores los gaseosos, y más baratos también. Se usan en grandes piezas. - Para piezas de gran precisión se usan cementantes líquidos. Pero son tóxicos y peligrosos. - Para piezas grandes de taller se usan cementantes sólidos.

3.- Características de la capa dura: composición, espesor y otras propiedades. Se da el nombre de capa cementada a la zona que después de la cementación queda con un contenido de carbono superior a la del acero y recibe el nombre de capa dura la zona superficial que después del último tratamiento queda con una dureza superior a 58-60 HRc, y que suele corresponder a la zona cuyo porcentaje de carbono es superior a 0,5-0,8% de C. Aunque de unos casos a otros hay bastante diferencia, se puede considerar que en la mayoría de las piezas cementadas el espesor de la capa dura varía de la cuarta parte a la mitad (0,25 a 0,5) de la profundidad de la capa cementada. A veces en lugar de hacer referencia al la profundidad de la capa cementada se señalan según preferencias la capa con carbono superior a 0,3 o 0,5 % de carbono. Esto se hace porque en ocasiones ese espesor es casi aproximadamente el de la capa dura. Conviene tener en cuenta estas cosas para estudiar los espesores de la capa dura, cementada, etc. Los espesores de las capas cementadas que normalmente se emplean en las piezas de máquinas y motores, se pueden clasificar en tres grupos: 1. Capas delgadas con menos de 0,5 mm de espesor de cementación. Estas se utilizan para pequeñas piezas de acero al carbono, endurecidas generalmente con sales de cianuro y templadas directamente desde la temperatura de cementación. Se utilizan estas piezas sin rectificado posterior. 2. Capas medias de 0,5 a 1,5 mm. Estos espesores son los más corrientes para la mayoría de las piezas. Se pueden emplear cementantes sólidos, líquidos o gaseosos, con aceros al carbono, débilmente aleados o de alta aleación. 3. Capas de gran espesor, más de 1,5 mm. Son obtenidas, generalmente, por cementación con materias sólidas y con cementantes gaseosos (como las chapas de blindaje de 3 a 4 mm) y algunas veces con cementantes líquidos (aunque raramente). Cualquiera sea el proceso, conviene que el contenido de carbono de la capa cementada no supere el 1%, y debe procurarse que la parte periférica de la pieza después de rectificada, no supere el 0,8 o 0,9% de carbono. Con lo que se obtiene durezas de 62 a 65 HRc. Siempre conviene obtener durezas por sobre 60 HRc. Cuando en la zona periférica hay un contenido de carbono mayor a 0,9 suelen aparecer redes de cementita o carburos que pueden hacer frágil a la capa cementada y con tendencia a descascarillarse. En estos casos conviene dar a las piezas un recocido de difusión a 800-900º C en una atmósfera o baño apropiado para disminuir el contenido de carbono. Las características de la capa cementada, son casi siempre independientes de las del núcleo. Generalmente interesa que la dureza superficial sea superior a 60 HRc como se mencionó antes, sin embargo, para algunas piezas que sufren poco rozamiento, son suficientes durezas entre 52 y 60 HRc. Se consideran durezas muy buenas las mayores a 63 HRc; buenas las comprendidas entre 62 y 63 HRc y aceptables entre 60 y 62 HRc. En piezas pequeñas estas durezas se consiguen de igual forma para aceros al carbono que para aceros aleados, siendo estos últimos más convenientes pues al templarse en aceite disminuyen las deformaciones y se logra gran uniformidad en los resultados.

Para comprobar la dureza de la capa cementada, además de las máquinas de dureza Rockwell y Vickers, es muy útil el uso de la lima, que al ser utilizada con precaución y cuidado rinde muy buenos resultados pues las capas de dureza inferior a 60 HRc son rayadas con la lima, las que tienen mayor dureza no. A veces en los aceros de alta aleación cromo níquel o cromo-níquel-molibdeno se obtienen durezas inferiores a las requeridas, esto generalmente es producto de la austenita retenida resultante después del tratamiento, por el uso de temperaturas de temple demasiado elevadas ( cabe recordar que el elevado porcentaje de níquel en un acero de alto carbono y el empleo de altas temperaturas de temple, bajan las temperaturas Ms y Mf correspondientes al comienzo y al fin de las transformaciones de austenita en martensita). 4.- Aceros para cementación, composiciones características, influencia de los elementos aleantes. Los aceros de cementación, de acuerdo con los elementos de aleación que contienen, se pueden clasificar en tres grupos: 1º Aceros al carbono 2º Aceros de media aleación 3º Aceros de alta aleación Por la resistencia y tenacidad que se puede llegar a alcanzar en el núcleo central de las piezas cementadas, se pueden clasificar en otros tres grupos: 1º Aceros de gran tenacidad y baja resistencia (60-80 Kg/mm^2) 2º Aceros de tenacidad y resistencia media (80-110 Kg/mm^2) 3º Aceros de alta resistencia (110-160 Kg/mm^2) Por el método de realizar el temple se pueden clasificar en: 1º Aceros de temple al agua 2º Aceros de temple al agua o al aceite 3º Aceros de temple al aceite Finalmente por el tamaño de grano o aptitud de crecimiento del grano durante el calentamiento que se realiza en la cementación, se pueden clasificar en: 1º Aceros de grano grueso (T.G.: nº 1-4) 2º Aceros de grano medio (T.G.: nº 5 y 6) 3º Aceros de grano fino (T.G.: nº 7 y 8) Aceros al carbono: En este grupo están incluidos los aceros que sólo contienen en cantidades apreciables carbono, silicio y manganeso, que son los tres elementos fundamentales en los aceros ordinarios. Se caracterizan fundamentalmente porque para conseguir normalmente con esos aceros, después de la cementación y temple posterior, durezas superiores a 60 HRc, es necesario enfriarlos rápidamente en agua, ya que la velocidad crítica de temple del acero de %C = 0.9 aprox. que constituye la capa cementada es muy elevada. El %C que contienen suele variar de 0.1 a 0.25% y algunas veces llega excepcionalmente a 0.4 %C

Composición química característica %C %Si 0.1– 0.25 < 0.35 Se utilizan en piezas

%Mn 0.5 – 0.7

%C<0.12 pequeñas 0.12<%C<0.17 piezas de tamaño medio 0.20 %C Piezas grandes De forma excepcional algunos aceros alcanzan los 0.4 %C, con esta cantidad las piezas quedan, en general, con poca tenacidad en el núcleo central.

Empleando estos aceros al carbono, en el corazón de las piezas cementadas no se suelen obtener resistencias superiores a 80 Kg/mm^2. En la periferia después del temple rápido en agua, cuando se trata de piezas de tamaño reducido, se consiguen, prácticamente, las mismas durezas que con los aceros aleados. Estos aceros tienen el inconveniente de que cuando se trata de piezas de formas complicadas, las deformaciones pueden ser importantes. También debe destacarse que durante la cementación, en general, a los aceros al carbono les crece el grano más que a los aceros aleados y, por tanto, quedan más frágiles y para obtener con ellos buenos resultados (tenacidad aceptable) es necesario cuidar bien los tratamientos de regeneración, que con frecuencia suele ser necesario dar después de la cementación. Aceros débilmente aleados: A este grupo pertenecen los aceros de baja aleación en los que la suma de los porcentajes de elementos aleados, cromo, níquel, molibdeno y manganeso es inferior a 3%.

Acero aleación Cr-Mo

Ni-Mo Cr-Ni-Mo

Composición química característica %C %Cr %Ni 0.14 1 0.17 1 0.21 1 0.1-0.2 1.6-2 0.1-0.25 0.35-1 0.35-1.5

%Mo 0.2 0.2 0.2 0.2-0.3 0.15-040

De todos estos aceros los de más elevada aleación se suelen templar en aceite y los de menos aleación en agua. Para un mismo acero también suele ocurrir que cuando se trata de piezas pequeñas se pueden templar en aceite y las grandes, en cambio, se deben templar en agua. A veces, también, es muy interesante enfriar durante unos segundos en agua y pasar luego al aceite. Estas variables en los métodos de enfriamiento se derivan de la templabilidad de estos aceros que, en muchos casos, se encuentran justo en el límite y no llega a ser suficiente para que pueda realizar el temple en aceite, ya que enfriando en esa forma la dureza superficial que se alcanza no llega a 60 HRc. Con estos aceros, combinando los elementos de aleación con un adecuado porcentaje de carbono, variable generalmente de 0.08 a 0.25%, se llega alcanzar en el núcleo resistencias variables desde 70 a 130 Kg/mm^2. Aceros de alta aleación: En algunos casos, para la fabricación de piezas de gran responsabilidad, en que se quieren evitar las deformaciones y se quieren obtener además elevadas resistencias en el núcleo central, se emplean aceros con elementos

de aleación en porcentajes superiores a 3%. El contenido en carbono casi siempre suele ser inferior a 0.2% de C, pues al ser la templabilidad de esto aceros muy elevada no son necesarios porcentajes más altos de carbono para alcanzar resistencias en el núcleo de 90 a 150 Kg/mm^2.

Acero aleación Aceros al níquel Cr-Ni Cr-Ni-Mo

Composición química característica %C %Cr %Ni 0.1-0.2 3 0.1-0.2 5 0.1-0.2 0.75 3 0.1-0.2 1 4 0.1-0.2 1 4

%Mo

0.2-0.6

En estos aceros, conviene en general conservar el contenido en carbono relativamente bajo para que no se endurezca demasiado el corazón y llegue a disminuir sensiblemente la tenacidad. Para evitar la presencia de austenita retenida, en la zona periférica, después del temple, a veces se da a las piezas tratamientos especiales a temperaturas inferiores a cero grados. Para seleccionar el acero para cementación es muy difícil dar unas reglas generales, ya que es un problema extraordinariamente complejo, por ser muchos los factores que intervienen en el mismo, a título de orientación a continuación señalamos unas normas que pueden servir de base para su elección. Piezas a fabricar

Clase de acero

Tratamiento recomendable

Piezas pequeñas de formas regulares, en las que no es probable que se presenten problemas de deformación, ni es de gran interés ni la resistencia ni tenacidad del núcleo

Aceros al Carbono

Piezas de tamaño mediano y pequeño en las que deben cuidarse las deformaciones, y en las que interesa buena tenacidad y resistencias en el núcleo variables de 70 a 90 Kg/mm^2

Aceros de media aleación

Temple al aceite o agua

Piezas de cualquier tamaño en las que no se permiten deformaciones sensibles en el temple y en las que interesa buena tenacidad y alta resistencia en el núcleo variable generalmente de 90 a 150 Kg/mm^2

Aceros de alta aleación

Temple al aceite

Temple al agua

Influencia de los elementos aleados en los aceros de cementación Entre todos los factores o características que pueden quedar modificados por la influencia de los elementos de aleación, la templabilidad y los puntos críticos son los que sufren variaciones más importantes. La templabilidad de la parte periférica y del núcleo central de las piezas cementadas queda muy modificada por la presencia de elementos aleados, circunstancia que modifica notablemente las características que con cada acero se pueden obtener. En las figuras siguientes se pueden ver las curvas Jominy de diversos aceros de cementación y las curvas Jominy que corresponden a las composiciones del acero de las capas cementadas.

Marca F 153 F 154 F 155 F 156

C 0.10.15 0.10.15 0.120.15 0.120.18

Si 0.10.35 0.10.35 0.10.35 0.10.35

Composición en Mn P S 0.3<0.0 < 0.6 4 0.04 0.3<0.0 < 0.6 4 0.04 0.3<0.0 < 0.6 4 0.04 0.3<0.0 < 0.6 4 0.04

% Ni 3.84.5 2.53.0 3.84.5

Cr 0.91.1 0.50.8 1.01.3 0.91.1

Mo -

0.150.25 0.150.35

Observando esas curvas, se aprecian fácilmente diferencias importantes entre ellos y se comprende por qué unos aceros deben ser templados en agua y otros en cambio pueden ser templados con un simple enfriamiento en aceite. Los elementos de aleación también tienen una influencia bastante importante sobre las temperaturas críticas del material, tanto en lo que corresponde a la parte cementada, como a la parte sin cementar, y también, como es natural, influyen en las temperaturas de tratamiento que deben emplearse en cada caso. El níquel y el manganeso hacen descender los puntos críticos y el cromo y el molibdeno los elevan.

Acero tipo Al carbono Cr-Ni Cr-Mo

%C

%Cr

%Mo

0.6 1

0.2

%Ni

0.12 0.1 0.12

3.0

Tº Ac1 [ºC] 732

Tº Ac3 [ºC] 870

715 775

790 875

Teniendo en cuenta que la cementación debe hacerse a temperaturas superiores en 30º a 60º al punto Ac3, pues así se encuentra en estado austenítico, que disuelve con gran facilidad el carbono, las temperaturas de cementación serán: Acero al carbono………………………………………. 900º-950º Acero cromo-níquel………………………………….. 850º-900º Acero cromo-molibdeno………………………….. 900º-950º La velocidad de penetración y la distribución del carbono en el interior del acero no se modifican muy sensiblemente por la presencia de elementos de aleación en el acero, Sin embargo, se observa que el níquel y el silicio tienden a retardar esa penetración, y en cambio los elementos formadores de carburos, como el cromo, molibdeno y manganeso, la aceleran. 5.- Descripción de los principales tratamientos térmicos que se dan a las piezas cementadas. Según la clase de acero y el destino de las piezas que se van a cementar se pueden utilizar muchas clases de tratamientos. En cada caso, la elección de uno u otro tratamiento, dependerá de su tamaño de grano, o sea de la tendencia del acero a adquirir una estructura grosera durante la cementación y de las características que se quieran conseguir en el corazón y en la periferia de las piezas.

1.- Cementación, temple directo desde la Tº de cementación y revenido final: Este tratamiento se da generalmente cuando se cementa en baño de sales o en atmósfera carburante, y raramente cuando se cementa en cajas.

Se recomienda para las piezas de poca responsabilidad y para cementaciones ligeras de 0.2 a 0.6 mm de espesor, en las que la tenacidad del núcleo no tiene mucha importancia. Conviene utilizar aceros de baja aleación p al carbono, de grano fino, no siendo recomendable emplear aceros de alta aleación, porque como el temple se hace desde muy altas temperaturas, hay peligro de que quede la capa cementada con mucha austenita residual sin transformar. Con aceros de grano grueso, el corazón quedará frágil, porque después de la cementación los granos habrán crecido exageradamente, y templando directamente desde la temperatura de cementación no se regenera el grano. Con este tratamiento las deformaciones son muy grandes y se obtiene gran dureza en el corazón y en la periferia, pero hay el peligro de que ambas zonas queden frágiles. 2.- Cementación, enfriamiento lento, temple a Tº intermedia entre Ac1 y Ac3 y revenido final: Este tratamiento se puede emplear con éxito cuando se usan aceros de alta aleación, que son generalmente de grano fino y no necesitan regenerar el corazón. Así se obtiene la máxima tenacidad del corazón, cuya resistencia será un poco inferior a la máxima que se obtiene templando a mas alta temperatura. Si se utiliza este tratamiento para aceros de grano grueso, la periferia quedará con buenas características, pero el corazón quedará bastante frágil por no haber sido regenerado. Con este tratamiento hay poco peligro de deformaciones. 3.- Cementación, enfriamiento lento, temple a temperatura ligeramente superior a Ac3 y revenido final: con este tratamiento se obtiene la máxima resistencia en el núcleo. La tenacidad del corazón será buena, pues aunque haya crecido el grano durante la cementación, se afinará por haber sido calentado el acero para el temple a temperatura ligeramente superior a Ac3. En este tratamiento hay peligro de que la periferia quede con el grano grueso y sea frágil, porque ha sido templada desde muy alta temperatura. La dureza de la capa cementada puede ser un poco baja por quedar algo de austenita residual sin transformar. Este es el tratamiento que debe emplearse con los aceros de media aleación y grano fino, siempre que se quiera conseguir la máxima resistencia en el corazón, como ocurre en algunas piezas empleadas en la industria aeronáutica, de automóviles, etc. 4.- Cementación, enfriamiento lento, primer temple a temperatura ligeramente superior a Ac3, segundo temple a temperatura ligeramente superior a Ac1 y revenido final: conviene emplear ese tratamiento con los aceros al carbono y de media aleación y, en general, con todos los de grano grueso, en los que durante la cementación crece mucho el grano. Hasta hace poco tiempo era el tratamiento más utilizado para piezas de responsabilidad, pero hoy, al poderse fabricar aceros de grano fino, se emplea en menos ocasiones. Empleándolo, la periferia quedará dura y tenaz, y el corazón, que con el segundo temple a recibido un temple imperfecto, quedará con una resistencia ligeramente inferior a la máxima y muy buena tenacidad. Este tratamiento se suele utilizar todavía en algunos talleres, para aceros de alta aleación en piezas de gran responsabilidad, cuando se teme que la cementación haya hecho crecer el grano del acero y se quiere utilizar un tratamiento que asegure en el corazón la máxima tenacidad. 5.- Austempering y Martempering: Cuando se quiere reducir al mínimo las deformaciones de las piezas cementadas, el temple se hace, enfriando en sales fundidas en lugar de en agua o en aceite.

6.- Aspectos teóricos de la cementación. Solución de la ecuación de difusión, aplicada a la cementación. Una vez establecido el potencial de carbono en la superficie del acero, que es el mismo que tiene el medio cementante, el carbono difunde hacia el interior de la pieza. Matemáticamente las curvas de penetración de carbono se presentan por la ecuación:

C(x, x Cs Co Erf

t) Composición de C en posición de x y tiempo t distancia desde la superficie composición de carbono en la superficie composición inicial del acero función error. Coeficiente de difusión del carbono en γ

erf( µ)

Valores de la función error 1,5 µ erf(µ) 0 0 1 0,2 0,223 0,4 0,428 0,5 0,6 0,604 0 0,8 0,742 0 0,5 1 1,5 2 1 0,843 1,2 0,91 µ 1,4 0,966 1,6 0,995 oo 1.00 Al graficar la composición en cada punto, C(x,t), en función de los valores de erf se puede ver la siguiente situación, para el caso de un acero cuya Co=0.2%C y tratado en un medio que le aporta una Cs= 0.8%C.

C(x,t)

C(x,t) 0,8 0,6662 0,5432 1 0,4376 0,3548 0,5 0,2942 0 0,254 0 0,2204 0,203 0,2

erf() 0 0,223 0,428 0,604 0,742 0,843 0,91 0,2 0,966 0,995 1

C(x,t) v/s erf

0,4

0,6 erf

0,8

1

1,2

Para el valor máximo de la función de error, 1, se obtiene la composición inicial Co del acero, así también, para un valor de erf()=0.5 obtenemos una composición media entre los entre la inicial y la superficial, es decir: C(x, t) = (Co+Cs)/2 = Cs-(Cs-Co)*0.5

De manera general la penetración de carbono, x, obedece la siguiente relación: β:cte. Se observa que la penetración de carbono es proporcional a , de modo que esta depende del tiempo del tratamiento y de la difusión del carbono en Austenita. A su vez

depende de:

Cálculo teórico de la profundidad de la capa dura para las siguientes condiciones de Temperatura: 900º, 950º y 1000º; tiempos: 2-4-8-12-16-2024 horas, con concentraciones Cs= 1.25, Co=0.15 y Cx=0.45.

T [ºC] 900 950 1000

[cm2/seg] 1,5E-09 3,9E-09 9,6E-09

2 0,0032 0,0053 0,0083

Profundidad capa dura [cm] Tiempo [horas] 4 8 12 16 20 0,0046 0,0065 0,0080 0,0092 0,0103 0,0075 0,0106 0,0131 0,0151 0,0169 0,0118 0,0166 0,0204 0,0235 0,0263

24 0,0113 0,0185 0,0288

Bibliografía:  Apraiz, “Tratamientos Térmicos de los Aceros”  Grossmann and Bain, “Principles of Heat treatment”  Manuel cabrera, “Fundamento de los tratamientos térmicos”