La cementación es un tratamiento térmico que consiste en suministrar carbono a la superficie del acero para endurecerla sin modificar el núcleo blando, lo que produce una pieza con superficie dura y núcleo resistente. Esto se logra recubriendo las piezas con una sustancia rica en carbono y calentándolas a altas temperaturas, lo que hace que el carbono se difunda sólo en la superficie.

1. Equipo 10

2. Este tratamiento consiste en suministrar
carbono a la superficie del acero para
que se difunda al interior de la pieza. Su
principal ventaja se presenta al utilizar
aceros de bajo carbono que al tener un
núcleo blando y superficie dura puede
convertirse en una herramienta tenaz,
esto obedece al alto contenido de
carbono, pero se logra mediante el
temple.
La cementación puede ser líquida, sólida
o gaseosa.

3. La cementación tiene por objeto
endurecer la superficie de una pieza
sin modificar su núcleo, originando
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) 0,2% de carbono.
Consiste en recubrir las partes a
cementar de una materia rica en
carbono, llamada cementante, y
someter la pieza durante varias horas
a altas temperaturas (típicamente, 900
°C).

4. Aceros de Cementación.
So apropiados para
cementación los aceros de
bajo contenido de carbono.
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.

5. El agente carburante en este proceso puede ser
un hidrocarburo gaseoso como el gas natural o
propano, o hidrocarburos líquidos como los
terpenos, benceno, alcoholes, glicones o
cetonasCuando se hace por hidrocarburos líquidos se
hace dejando caer en gotas sobre una placa
caliente donde se evapora y se vuelve monóxido
y dióxido de carbono, metano y vapor de agua.
Cuando se hace con hidrocarburos gaseosos,
estos se introducen con unas atmósferas
portadoras que transportan en forma uniforme
los agentes carburantes para mantenerlos con el
contenido de carbono constante.

6. El agente carburante es el monóxido de carbono generado
por la reacción entre el carbón granulado que rellena la caja
con el aire atrapado por el relleno. En este proceso se
presentan los activadores y catalizadores como carbonato de
bario (20%) o sodio que ayudan a acelerar la reacción. La
caja se debe introducir a una temperatura que está entre
810°C y 950°C; entre más alta sea la temperatura, más alta
será la cementación y mayor el contenido de carbono, pero
debido a las elevadas temperaturas se produce un grano
grande que repercute en el deterioro de las propiedades de
la pieza.

7. Las piezas se introducen en un baño de sales fundidas a 930°C
constituidas por una sal base generalmente cloruro o
carbonato de sodio, con adición de una sal aportadora de
carbono, cianuro de sodio o de potasio y de una sal activante,
cloruro de bario, mezclados en porcentajes adecuados, según
los resultados que se deseen obtener. La presencia de
nitrógeno en los cianuros provoca también la formación de
productos de reacción (nitruros) de elevada dureza pero
limitados a una finísima capa exterior.

8. La nitruración es un tratamiento térmico que se le da al acero.
El proceso modifica su composición
añadiendo nitrógeno mientras es calentado.
El resultado es un incremento de la dureza superficial de las
piezas. También aumenta la resistencia a la corrosión y a la
fatiga.
La nitruración puede ser en horno o iónica.

9. En el primer caso la pieza se introduce en un horno en el
que se llena la atmósfera con amoníaco y luego se
calienta a temperaturas de aproximadamente 500°C.
Esto hace 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.

10. 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 carbón, en los que el
nitrógeno penetra demasiado rápido en
la estructura y la capa nitrurada tiende
a desprenderse.
Para este proceso resulta conveniente
que en la composición de
la aleación haya una cierta cantidad
de aluminio (1% aproximadamente).

11. 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,
árboles de levas, engranajes sin fin, etc. Estas aplicaciones
requieren que la 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.
Aplicaciones de la nitruración.
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.

12. Los aceros sometidos a nitruración son aceros especiales
llamados aceros de nitruración con un contenido de carbono
de 0.4% y que contienen elementos como cromo y aluminio
que favorecen la penetración de nitrógeno, junto al molibdeno
que elimina la fragilidad de la capa nitrurada.
El tratamiento se realiza a 520°C, colocando las piezas en
cajas cerradas herméticamente donde llegan dos tubos, uno
para introducir los gases conteniendo nitrógeno y otro para la
salida de estos, es necesario que las piezas a nitrurar estén
acabadas de mecanización, bonificadas, pulidas,
desengrasadas y secas.

13. Emplea la misma temperatura que la nitruración
gaseosa, este proceso se hace en sales de
cianuro fundido.
Los baños se pueden trabajar con amoniaco
gaseoso a presión para asegurar el nitrógeno
naciente.