ING. MAQUINARIAS Y VEHÍCULOS AUTOMOTRICESTRATAMIENTO DE LOS METALES

TRABAJO EN CLASESNombres: ________________________________///_____________________________________875

Puntaje: 100 / _______ Nota:____________

REALICE EL TRABAJO DE FORMA MANUSCRITA , EN HOJAS TAMAÑO CARTA U OFICIO. SU ENTREGA ES PARA EL DÍA VIERNES EN HORARIO DE CLASES.

TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS

1. ¿Qué diferencia hay entre un tratamiento térmico y un tratamiento termoquímico?

R:Se conoce como tratamiento térmico el proceso al que se someten los metales u otros sólidos con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la tenacidad. El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas.

Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales. Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos están aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión.

2. ¿Para qué se utilizan, fundamentalmente, los tratamientos termoquímicos en piezas mecánicas?

R:Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos está aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a la fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión.

3. Nombre los tratamientos termoquímicos que conoce.

R: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.

La cementación puede hacerse por dos vías:1. Cementación en medio sólido.2. Cementación gaseosa.Cementación en medio sólido.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 y 950°C hasta obtener la profundidad de la capa de difusión deseada.Como mezcla de cementación se puede utilizar la de 70-80 % de carbón vegetal finamente pulverizado, con 20-30 % de alguno de los siguientes carbonatos: carbonato de barío (BaCO3); carbonato de sodio (Na2CO3) ó carbonato de potasio (K2CO3) que actúan como catalizador y que contribuyen al desprendimiento del carbono en estado elemental, necesario para la cementación.Para el sellaje de la tapa de la caja de cementación puede utilizarse una masilla hecha con arena de fundición mezclada con silicato de sodio (vidrio soluble).Cementación gaseosa: La cementación gaseosa necesita de un equipo especial mas 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; el proceso es dos o tres veces mas 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 900-970oC se desprende el carbono elemental que cementa el acero. Por ejemplo al calentar metano.

CH4 --> C + 2H2Nitruración(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 500 y 700 °C, dentro de una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno.Existen dos procedimientos para la nitruración: la nitruración en horno y la nitruración iónica. Para la nitruración en horno se coloca la pieza dentro del horno, dentro del cual se hace circular amoníaco y posteriormente se calienta a temperaturas de aproximadamente 500°C, lo que provoca que el amoníaco se descomponga en nitrógeno e hidrógeno; el hidrógeno, se separa del nitrógeno por diferencia de densidad, y el nitrógeno, al entrar en contacto con la superficie de la pieza, forma un recubrimiento de nitruro de hierro.En el caso de la nitruración iónica, las moléculas de amoníaco se rompen mediante la aplicación de un campo eléctrico. Esto se logra sometiendo al amoníaco a una diferencia de potencial de entre 300 y 1000 V. Los iones de nitrógeno se dirigen hacia el cátodo (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 penetración 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 baño de estaño-plomo al 50%.Cianuración (C+N): es un tratamiento termoquímico que se da a los aceros. Cuando se quiere obtener una superficie dura y resistente al desgaste, esto se

logra empleando un baño de cianuro fundido, la cianuración se puede considerar como un tratamiento intermedio entre la cementación y la nitruración ya que el endurecimiento se consigue por la acción combinada del carbono y el nitrógeno a una temperatura determinada.La cianuración se efectúa a una temperatura justamente por encima de la crítica del corazón de la pieza, se introduce la pieza en una solución que generalmente consta de cianuro de sodio con cloruro de sodio y carbonato de sodio, el enfriamiento se da directamente por inmersión al salir del baño de cianuro con esto se obtiene una profundidad de superficie templada uniforme de unos 0.25 mm en un tiempo de una hora.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 (NH3) y monóxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C y es necesario realizar un temple y un revenido posterior.Sulfinización (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorporó al metal por calentamiento a baja temperatura (565 °C) en un baño de sales.

4. Nombre el mecanismo a través del cual se incorpora el soluto en un tratamiento termoquímico. ¿De qué parámetros depende éste mecanismo?

R:. Endurecimiento por solutosUn método común para aumentar la dureza y el límite elástico de un material, así como su velocidad de endurecimiento, es la aleación por soluciones sólidas. La efectividad del soluto depende de la diferencia de tamaño con respecto al solvente, y del porcentaje agregado. Si el átomo de soluto es más grande que el del solvente, se inducen campos de compresión, mientras que si es más pequeño, son de tracción. La presencia de cualquiera de los dos obstruye el movimiento de las dislocaciones.

5. ¿En qué consiste el tratamiento termoquímico de cementación?¿Qué tipos de cementación conoce?

R: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.La cementación puede hacerse por dos vías:1. Cementación en medio sólido.2. Cementación gaseosa.

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 y 950°C hasta obtener la profundidad de la capa de difusión deseada.

Como mezcla de cementación se puede utilizar la de 70-80 % de carbón vegetal finamente pulverizado, con 20-30 % de alguno de los siguientes carbonatos: carbonato de barío (BaCO3); carbonato de sodio (Na2CO3) ó carbonato de potasio (K2CO3) que actúan como catalizador y que contribuyen al desprendimiento del carbono en estado elemental, necesario para la cementación.Para el sellaje de la tapa de la caja de cementación puede utilizarse una masilla hecha con arena de fundición mezclada con silicato de sodio (vidrio soluble).

Cementación gaseosa: La cementación gaseosa necesita de un equipo especial mas 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; el proceso es dos o tres veces mas 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 900-970oC se desprende el carbono elemental que cementa el acero.

6. ¿A qué temperatura se debe llevar la pieza a cementar?¿Por qué?A 900°C porque asi recubre las partes y sean ricas en carbono

7. ¿Qué método de cementación considera el más apropiado para gran cantidad de piezas?¿Por qué?

8. Para la cementación en medio gaseoso ¿cuáles son los carburantes que más se utilizan?

R: Hidrocarburo saturado tales como metano, butano, propano y otros. Al calentar a unos 900-970oC se desprende el carbono elemental que cementa el acero.

9. El tratamiento termoquímico de cementación ¿es un tratamiento final? Explique.

10.¿Hay alteración dimensional de la pieza una vez cementada?¿Por qué?R:En un acero 1018 cementado, al incrementar el tiempo, (2 a 6 horas), aumenta el espesor de la capa, cementada, así mismo esta está formada por una matriz perlítica, donde en los límites de grano se encuentra la cementita libre, que aumenta su volumen de acuerdo al contenido de carbono. Así mismo el núcleo está formado por granos de perlita en una matriz ferrítica, obteniendo con esto, un núcleo blando.

11.¿En qué consiste el tratamiento termoquímico de nitruración del acero?¿ A qué temperatura se realiza?

R: La nitruración es un tratamiento termoquímico de endurecimiento superficial por el cual se incorpora Nitrógeno a la superficie del acero, compuesto principalmente por fase ferrítica, mediante el calentamiento en una atmósfera de amoníaco. El resultado es un incremento de la dureza superficial de las piezas. También aumenta la resistencia a la corrosión y a la fatiga. entre 500º y 570 ºC

12.¿Para qué tipos de aceros se utiliza fundamentalmente el nitrurado?Un buen acero para nitrurar es el que contiene:

R: 0.30-0.38 % de carbono 1.35-1.65 % de cromo 0.4-0.6 % de molibdeno 0.75-1.1 % de aluminio

13.¿De qué depende la profundidad y la dureza superficial de la capa nitrurada?¿Cuáles son las propiedades que le entrega este proceso a las piezas.

R:Depende del tipo de nitrurado

Para la nitruración en horno se coloca la pieza dentro del horno, dentro del cual se hace circular amoníaco y posteriormente se calienta a temperaturas de aproximadamente 500°C, lo que provoca que el amoníaco se descomponga en nitrógeno e hidrógeno; el hidrógeno, se separa del nitrógeno por diferencia de densidad, y el nitrógeno, al entrar en contacto con la superficie de la pieza, forma un recubrimiento de nitruro de hierro.En el caso de la nitruración iónica, las moléculas de amoníaco se rompen mediante la aplicación de un campo eléctrico. Esto se logra sometiendo al amoníaco a una diferencia de potencial de entre 300 y 1000 V. Los iones de nitrógeno se dirigen hacia el cátodo (que consiste en la pieza a tratar) y reaccionan para formar el nitruro de hierro, Fe2N.

14.La nitruración es diez veces más lenta que la cementación. ¿a qué se debe?

R:Cuando la NITRURACION se realiza a temperatura conveniente (500°c), los micros constituyentes de la capa exterior son muy difíciles de observar. La penetración del nitrógeno es lenta y con 60 horas de nitruración solo se puede conseguir una capa dura de 0.6 mm de profundidad, siendo aconsejable para una mayor penetración –que oscila desde los 0.7 mm hasta 1 mm de profundidad- el proceso de 72 a 90 horas.

La causa directa del aumento de dureza y resistencia a la fatiga de la capa nitrurada es que los Nitruros que se forman en el proceso originan una fuerte deformación de la red cristalina del acero en su zona periférica.

15.¿Para elevar qué propiedades se utiliza la nitruración?

16.¿Qué entiende por cianuración? ¿Cómo se lleva a cabo el proceso?

R:es un tratamiento termoquímico que se da a los aceros. Cuando se quiere obtener una superficie dura y resistente al desgaste, esto se logra empleando un baño de cianuro fundido, la cianuración se puede considerar como un tratamiento

intermedio entre la cementación y la nitruración ya que el endurecimiento se consigue por la acción combinada del carbono y el nitrógeno a una temperatura determinada. La cianuración se efectúa a una temperatura justamente por encima de la crítica del corazón de la pieza, se introduce la pieza en una solución que generalmente consta de cianuro de sodio con cloruro de sodio y carbonato de sodio, el enfriamiento se da directamente por inmersión al salir del baño de cianuro con esto se obtiene una profundidad de superficie templada uniforme de unos 0.25 mm en un tiempo de una hora.

17.¿Qué tipos de cianuración conoce?¿Cómo se lleva a cabo el proceso?¿Cuáles son las propiedades que le entrega este proceso a las piezas.

18.¿Qué se entiende por sulfinización? ¿Cuáles son las propiedades que le entrega este proceso a las piezas.

R:Es un tratamiento termoquímico en el cual se introduce superficialmente azufre al acero.El objetivo no es mejorar las propiedades mecánicas sino mejorar su comportamiento frente al mecanizado. Se realiza en piezas terminadas.El tratamiento consiste en elevar la temperatura de la pieza a 570°C en un baño de sales que ceden C, Ni, S.Se utiliza en aceros de bajo carbono donde la viruta no se corta sino que se deforma y es arrastrada acumulándose frente al ataque.La incorporación superficial de azufre genera sulfuro de hierro (S2Fe) como inclusión no metálica (impureza) y se aloja en los bordes de grano lo que fragiliza al metal, lo cual hace que disminuya el punto de fusión.