ACEROS DE CEMENTACIÓN

INTRODUCCIÓN

A
Menudo, en determinadas aplicaciones, se precisan componentes de maquinaria que
Sean capaces de dar respuesta a necesidades de: Una gran dureza y resistencia
Superficial, Al mismo tiempo que precisan poseer un núcleo tenaz. Dicha
Necesidad se puede resolver sometiendo a los componentes que así lo requieran a
Tratamientos superficiales de endurecimiento termo-químico, como es el caso de
Engranajes, pernos, ejes.

Analizando el modo de operación en servicio de mecanismos de
Ruedas dentadas o engranajes, observamos que se encuentran sometidos a:
Esfuerzos de deformación. Desgaste debido a abrasión al deslizar un diente
Sobre otro

CEMENTACIÓN.
DEFINICIÓN Y CARACTERIZACIÓN

Se conoce como cementación o carburación un
Tratamiento termoquímico cuya finalidad es enriquecer en C la periferia de
Piezas de maquinaria en las que se requiere una elevada dureza superficial y
Una buena resistencia al desgaste. Consiste, fundamentalmente, en calentar el
acero hasta que se encuentre en estado austenítico en un ambiente carburante.
La periferia de la pieza, así tratada, tiende a enriquecerse en carbono que
Difundirá hacia el interior.

EL
RESULTADO ES

Una capa superficial de espesor variable de austenita
Saturada en carbono, y un núcleo austenítico (a Tª de austenización) con la
Composición del acero primitivo.

Estos aceros incorporan un contenido bajo en carbono,
Inferior a 0,20 %, ya que en caso contrario el núcleo de las piezas cementadas
No sería tenaz. La temperatura de cementación: Es tal que el acero se encuentra
En estado austenítico, entre 800 y 1050 ºC siendo lo más conveniente entre 825
Y 925 ºC. A veces se emplean temperaturas de 1000 ºC con lo que el proceso
Ganaría en rapidez y se obtendrían capas cementadas de 1,5 mm de espesor, pero
Acortaría la vida de los materiales refractarios del horno.

El contenido en C de la capa cementada: no debe ser superior
A 0,9 %, Un contenido superior daría lugar a capas con cementita libre lo que
Las fragilizaría. Un contenido inferior al 0,9 % de C daría lugar a capas
Blandas.

Habitualmente los procesos de cementación se realizan en dos
Fases:

PRIMERA
FASE

Mediante reacciones, entre las que destaca por su importancia la
Siguiente: 2CO Ú C +
CO2 , el carbono es incorporado a la superficie de la pieza hasta alcanzar la
Solubilidad máxima en la austenita (0,9% a 790 ºC y 1,4% a 955 ºC),

SEGUNDA
FASE

En la que el carbono difunde hacia el interior hasta un determinado
Espesor.

TÉCNICAS DE
CEMENTACIÓN

La cementación puede realizarse utilizando agentes carburantes:
Sólidos, líquidos, gaseosos, Se conoce como cementación sólida o cementación en
Cajas, al método llevado a cabo situando las piezas en el interior de cajas y
Cubríéndolas en carbón vegetal, coque o cualquier otro cementante sólido. Las
Cajas son introducidas en hornos y calentadas a temperaturas entre 850 y 1000
ºC, durante un tiempo marcado por: El tipo de acero y Contenido de Carbono
Deseado en capa superficial, Espesor de la capa pretendida.

Cementación sólida o
Cementación en cajas

Ventajas:

1.Puede utilizarse cualquier horno, capaz de alcanzar la t a adecuada. 2. El
Cementante sólido, al servir de soporte a la pieza a cementar, evita doblados
De la misma. 3. Es especialmente indicado para piezas de forma compleja
Permitiendo el logro de capas de notable espesor. 4. El lento enfriamiento
Produce piezas fácilmente mecanizables antes del endurecimiento final

Inconvenientes:

Es un proceso que requiere manipulaciones extras y largos tiempos y como
Consecuencia es un proceso caro. 2. No es adecuado para grandes producciones, debido
A que en cada caja alberga una pieza. 3. No es fácil el control de la
Concentración de carbono y la profundidad de la capa cementada, no es posible
Seguir el proceso sin interrumpirlo.

Cementación liquida

Se lleva cabo a cabo por inmersión de las piezas en un baño de sales, que al
Descomponerse liberan carbono que es absorbido por la superficie de las piezas
A cementar difundíéndose hacia su interior. Cementación líquida Consiste baños
A temperaturas que oscilan entre 850 y 950 ºC, en este margen las sales se
Encuentran fundidas (como cianuros), lo que facilita los procesos de
Descomposición (de las sales) y absorción de carbono en la superficie de las
Piezas de acero tratadas con este procedimiento. Son baños cuya duración oscila
Entre 15 minutos y hasta 3 horas.

Ventajas:

Existe una rápida transferencia de calor. 2. Pueden cementarse a la vez
Piezas de distinto tamaño y forma. 3. Pueden cementarse sólo algunas zonas de
Las piezas por inmersión parcial en el baño. 4. Se puede controlar razonablemente
Bien la profundidad de la capa cementada.

Inconvenientes:

1. Difícil limpieza superficial de las piezas tratadas. 2. Peligrosa
Manipulación de las sales de cementar altamente dañinas

Cementación Gaseosa

Consiste en el tratamiento de piezas en atmósferas carburantes, es un proceso
De aplicación creciente a expensas de los dos anteriormente citados Este
Sistema de cementación utiliza hidrocarburos gaseosos (metano) o líquidos
Fácilmente vaporizables que suministran carbono en cantidad suficiente para ser
Incorporado a la superficie de las piezas a tratar. La cementación gaseosa se
Emplea para producciones de gran volumen proporciónándonos piezas complejas de
Elevadas resistencias a la fatiga y al desgaste con buena tenacidad y
Ductilidad

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

En anteriores temas hemos tratado métodos y procedimientos capaces de
Desarrollar el máximo potencial de los aceros. Para los aceros cementados
Procederemos de igual manera, aplicando sucesivos tratamientos de temple y
Revenido lograremos mejorar sus carácterísticas. El tratamiento térmico nos
Permitirá desarrollar estructuras martensíticas en la periferia de gran dureza
Y resistencia al desgaste.

Los distintos tratamientos a que se someten las piezas
Cementadas:

1. CEMENTACIÓN.
TEMPLE DIRECTO Y REVENIDO FINAL

Se emplea en aceros de grano fino y al
Carbono o poco aleados ya que al realizarse el temple desde temperaturas muy
Elevadas existe peligro de austenita retenida en la periferia, rebajando la
Dureza y resistencia buscada. El tratamiento térmico nos permitirá desarrollar
Estructuras martensíticas en la periferia de gran dureza y resistencia al
Desgaste. 1

2. CEMENTACIÓN,
ENFRIAMIENTO LENTO, TEMPLE A TEMPERATURA SUPERIOR A LA CRÍTICA DE LA PERIFERIA
Y REVENIDO FINAL

Este tratamiento está indicado en el caso de aceros de
Alta aleación, generalmente de grano fino, que no necesitan regenerar el grano
Del núcleo. Se obtendrán así núcleos tenaces con resistencia intermedia por ser
La temperatura de temple baja. El grano de la periferia se regenerará y las deformaciones
No serán un problema preocupante, ya que al regenerarse reduce el riesgo de
Deformaciones.

3. CEMENTACIÓN,
ENFRIAMIENTO LENTO, TEMPLE A TEMPERATURA SUPERIOR A LA CRÍTICA DEL NÚCLEO Y
REVENIDO

Es idóneo para aceros de media aleación y grano fino, con el que
Se conseguirán núcleos de gran resistencia y tenacidad ya que su grano será
Regenerado. Por contra la periferia corre el riesgo de quedar con grano grueso
Y ser algo frágil al haber sido templada desde temperatura elevada. Se emplea
Mucho en piezas de automoción y aeronáÚtica

4. CEMENTACIÓN,
ENFRIAMIENTO LENTO, TEMPLE A TEMPERATURA SUPERIOR A LA CRÍTICA DEL NÚCLEO,
TEMPLE A TEMPERATURA SUPERIOR A LA CRÍTICA DE LA PERIFERIA Y REVENIDO FINAL
Al
Regenerar el grano de la periferia y el núcleo, se emplea en aceros de grano
Grueso, al carbono y de media aleación. • La periferia será dura y tenaz. • El
Núcleo será tenaz con una resistencia ligeramente inferior a la máxima y tenaz.
El resultado final es una capa cementada de gran dureza, 800 a 900 Vickers,
Junto a un grano muy fino en periferia y núcleo.

TÉCNICAS MODERNAS DE
CEMENTACIÓN

Cementación en vacío

Consiste en calentar en vacío las piezas a cementar a temperaturas entre
950 y 1050 ºC. Cuando las piezas han alcanzado la temperatura citada se introduce
En el horno la atmósfera rica en carburos y cementante. Una vez carburadas las
Piezas se las somete a un período de difusión en vacío, y, a continuación, se
Enfrían en atmósfera inerte de N2 . Se hace el vacío de nuevo y se calienta a
Bajas temperaturas dentro del rango austenítico para afinar el grano y se
Templa a continuación en aceite Proceso rápido y limpio pero requiere equipos
Costosos.

Cementación por
Plasma

Esta técnica consiste en establecer un arco eléctrico entre la
Pieza a cementar (ánodo) y las paredes del horno (cátodo), estableciendo entre
Ellos una tensión elevada y operando en atmósfera de metano. Cementación por
PLASMA El resultado es la formación de un plasma carburante (gas iónico) que
Rodea la pieza cementándola. Tiempos de cementación más cortos, un mayor
Control de la dureza y espesor de la capa cementada así como un aspecto
Superficial agradable y limpio