INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO DE ENDURECIMIENTO ESCUEA SUPERIOR TERMOQUÍMICO DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA SUPERFICIAL DE CEMENTADO” UNIDAD TICOMÁN INGENIERÍA EN AERONÁUTICA AERONÁUTICA
INGENIERÍA DE MATERIALES
PRÁCTICA: “TRATAMIENTO TERMOQUÍMICO DE ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL DE CEMENTADO”
EQUIPO: GRUPO:
1
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TERMOQUÍMICO DE ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL DE CEMENTADO” 2.0 CONTENIDO SUBTITULOS
PÁGINA
1.0
CONSIDERACIONES TEORICAS
3-8
2.0
OBJETIVO
8
3.0
EQUIPO UTILIZADO
8
4.0
CONDICIONES DEL ENSAYO
!.0
"ATERIALES
#.0
DI"ENSIONES DE LA PROBETA
$.0
DESARROLLO DE LA PRACTICA
10
8.0
RESULTADOS
11
.0
OBSERVACIONES
11-12
10.0
CONCLUSIONES
12
11.0
BIBLIOGRA%&A
12
2
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TERMOQUÍMICO DE ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL DE CEMENTADO” 3.0
CONSIDERACIONES TEORICAS PROPIEDADES: 1. Capa exterior • •
Dura y resistente al desgaste Resistencia a la fatiga mejorada
2. Zona del núcleo • •
Tenaz y maleale !ropiedades de uso mejoradas "tenacidad y# donde es rele$ante# resistencia%
CARACTERÍSTICAS DE LA CEMENTACIÓN: • • • • • • •
&ndurece la superficie 'o afecta al coraz(n de la pieza )umenta el carono de la superficie Tratamientos T*rmicos y Termo+u,micos -e coloca la superficie en contacto con pol$os de cementar " !roductos cementantes% &l enfriamiento es lento y se ace necesario un tratamiento t*rmico posterior /os engranajes suelen ser piezas +ue se cementan
TIPOS DE CEMENTACION: • • •
C&0&'T)C' -/D) 3 &' C)4)C&0&'T)C' /567D) "C)'7R)C'% C&0&'T)C' 8)-&3-)
1.
CEMENTACIÓN SÓLIDA O EN CAJAS
&s el tratamiento de endurecimiento superficial m9s comúnmente utilizado. -e realiza colocando las piezas en cajas especiales cerradas denominadas cajas de cementaci(n. &n las mismas y rodeando las piezas a tratar se coloca con$enientemente granulado# un material capaz de ceder C)R:3'3; este cemento dee estar constituido por una sustancia susceptile de ser descompuesta a la temperatura de cementaci(n "<=>? @=>AC%# dejando el C)R:3'3 en liertad y permitiendo +ue con el 3B8&'3 del aire# +ue siempre +ueda en la caja se realicen las reacciones explicadas anteriormente.
3
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TERMOQUÍMICO DE ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL DE CEMENTADO” &ntre los di$ersos cementos s(lidos empleados merecen mencionarse los siguientes Car(n de madera# ferrocianuro de potasio# cuero tostado# aserr,n de ueso# aserr,n de madera# di$ersas mezclas de caronatos# cloruros alcalinos mezclados con car(n de madera# etc. 7na mezcla de gran efecti$idad la constituye <= de car(n $egetal y 1= de C3E:a +ue# actuando como acelerador de la reacci(n permite una penetraci(n muco m9s r9pida. /a reacci(n +ue se efectúa dentro de la caja es la siguiente 2C+CO3Ba → 2CO+Ba O
UN BUEN CEMENTADO SÓLIDO DEBE: •
•
•
•
• •
• •
Tener una composici(n constante para pro$eer una capa cementada omog*nea. !roporcionar el porcentaje de C)R:3'3 del eutectoide ">#
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2.
CEMENTACIÓN LÍQUIDA (CIANURACIÓN)
0ediante este sistema la cementaci(n se realiza en aFo de sales fundidas# las cuales se allan a una temperatura de @>>?@=> A C. &l aFo se prepara con una sal ase "Cl'a; C3E'a2 y C' 'a# C' G% adem9s de una sal +ue actúe como catalizador "Cl:a; C3 E:a% y como acti$adora de la reacci(n. /a cementaci(n l,+uida o cianuraci(n se utiliza para cementaciones r9pidas y poco profundas# aproximadamente >#E mm de espesor. /as temperaturas de cementaci(n dadas anteriormente se utilizan relati$amente ajas con el ojeto de e$itar las p*rdidas de sales por e$aporaci(n. &n la cianuraci(n se utilizan sales pro$enientes del acido cian,drico "C'H% $eneno en*rgico +ue exige el tomar precauciones especiales de seguridad industrial como C'G# C' 'a# Ie "C '%JG K# Ie"C'% JG E /as +ue en general se descomponen de acuerdo a las siguientes ecuaciones 2 CN K + O2→2CNOK CN O K + 3O2→2 C!3K 2+ 2 CO2+ 2 N3 REACCIONES DE ESTE PROCESO
"ENTAJAS DE ESTE PROCESO: •
Calentamiento m9s $eloz y menor tiempo general de la operaci(n con lo +ue se 5
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• • •
•
• •
3.
logra mayor $elocidad de penetraci(n y asorci(n. 0enor aumento en el tamaFo del cristal. 0ayor omogeneidad de la capa cementada. 0enor cantidad de mano de ora utilizada# instalaciones m9s reducidas y mayor limpieza de la operaci(n. 0ayor posiilidad de realizar cementaciones localizadas sumergiendo en el aFo solamente la parte a tratar. 0ayores $alores de dureza en $irtud de la presencia de ' en el acero. /a des$entaja principal radica en la extrema peligrosidad y toxicidad de los gases producidos en el procesoL CEMENTACIÓN #ASEOSA
&ste tratamiento# muy moderno y aplicado en el campo de la producci(n en serie# consiste en pasar en omos construidos al efecto# una corriente gaseosa rica en C)R:3'3# sore el acero calentadoentre@>>A y @2> A C. Como gases cementantes se usan gas de alumrado# etano# metano# C3# C3 2# mezclados con idrocaruros $ol9tiles# enceno# *ter de petr(leo# etc. !or medio de este sistema se puede cementar piezas de gran tamaFo en forma econ(mica y operando continuamente asta conseguir grandes espesores. "Hasta 2>mm%.&l proceso es realizado en 2 etapas &n la 1M# el acero a tratar es sometido a la acci(n de un cementanterico en C)R:3'3# +ue deposita en la capa superficial mayor cantidad de este elemento asta llegar a la aleaci(n eutectoide ">#
REACCIONES DE ESTE PROCESO
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"ENTAJAS DE ESTE PROCESO • • • •
:uenas posiilidades de control del proceso. Condiciones de traajo# y de las piezas tratadas m9s igi*nicas. 0ayor rapidez del proceso. :ajo costo del mismo
DE$ECTOS DE LA CEMENTACIÓN La %&''&* ,- a /0-'%- ,- a 0-a.-e oser$a cuando el cementante penar9 en los sulfatos de ario o sodio. &l defecto se detecta en forma de fin,simos cortes# recupes superficiales# rugosidades# etc. &s necesario controlar rigorosamente la composici(n del cementante y emplear los agentes ligantes de calidad +ue aseguren la retenci(n de sales acti$adoras en la superficie de los fragmentos de car(n. La 0'&/,,a, ,-4/a ,- a %a0a. -e ad$ierte durante el calentamiento irregular de las piezas deido a la diferencia de temperaturas en diferentes zonas del orno# la diferencia de profundidad de la capa en distintas piezas puede alcanzar asta el => por+ue el cementante tiene aja conducti$idad t*rmica# por eso es necesario emplear cajas de pe+ueFas dimensiones
E -%a& %&5-,& ,- a %a0a %-6-5a,a. -e dee a la aja temperatura del 7
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TERMOQUÍMICO DE ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL DE CEMENTADO” proceso# la insuficiente duraci(n de la permanencia en esta# la d*il acti$idad caruradora del cementante y el insuficiente excesi$o suministro del cementante gaseoso. La ,-%a'7/'a%*. -e puede oser$ar tanto el proceso de cementaci(n como durante el enfriamiento de las cajas siestas tienen grietas o agujeros +ue aparecen a causa de +uemaduras E-8a,a %&%-5'a%* ,- %a'7&& - a %a0a %-6-5a,a. Tiene lugar cuando es demasiado alto el contenido de caronatos en el cementante s(lido# cuando aumenta m9s de lo normal la temperatura de cementaci(n y la duraci(n de la permanencia en esta.
4.0
OBJETIO &l alumno someter9 un acero de ajo carono a endurecer mediante un proceso de cementado por caj(n# para +ue este presente una dureza mayor en las orillas y un núcleo dúctil# empleando una temperatura constante.
!.0
EQUIPO UTILI"ADO Horno de resistencia para tratamientos t*rmicos marca Carolite Iurnaces# Cortadora de disco arasi$o ")rasimet 2%# marca :ueler; 0esa de desaste "Handimet 2% marca :ueler; !ulidora de disco giratorio " &comet E%# marca :ueler; -ecadora de muestras "Torramet%# marca :ueler; 0icroscopio metalogr9fico# marca 3limpus. !inzas de acero largas para manipulaci(n de muestras# proteccion termica "mandil# guantes y careta% Refractario o caj(n de acero alto carono
#.0
CONDICIONES DEL ENSAYO 8
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TERMOQUÍMICO DE ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL DE CEMENTADO” /a pruea deer9 lle$arse a cao a la temperatura m9s adecuada para +ue la cementaci(n se lle$e a cao en forma.
$.0
MATERIALES • •
•
•
!ieza de acero 1>2> con tratamiento de re$enido Neso refractario &l principal componente de las pastas de yeso comerciales es el sulfato de calcio emiidratado# CaSO4.½H 2 O pero este, f rente al fuego# y despu*s de un periodo isot*rmico# comienza a agrietarse. &l yeso refractario contiene una cantidad +ue $ar,a entre 1> a J> en peso de micro silice. &ste agregado modifica las propiedades t*rmicas# f,sicas y mec9nicas reduciendo la formaci(n de grietas Caronato de ario tami*n conocido como Oiterita# es un compuesto +u,mico toxico. -e presenta como un pol$o lanco. Tiene poca soluilidad en agua. o &s solule en casi todos los 9cidos# excepto en el 9cido sulfúrico. o
o o o o
%.0
-us caras son 9speras al tacto. !resenta estr,as orizontales. -e altera f9cilmente. 'o presenta riesgos deri$ados de su reacti$idad. Tiene reacciones exot*rmicas al entrar en contacto con agentes oxidantes# 9cidos y materiales fuertemente alcalinos.
DIMENSIONES DE LA PROBETA /a proeta dee ser lo suficientemente grande para +ue se pueda manipular.
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DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
3tener una pieza de acero.
3tener la dureza de la pieza de acero
!recalentar el orno entre <=> y 1.>=> AC dependiendo del tipo de acero utilizado "uscar dato en la iliograf,a correspondiente%
!reparar el contenedor con el Caronato de :ario dentro# cuidando de tomar las medidas de precauci(n necesarias al manejarlo.
ntroducir al contenedor la pieza de acero.
-e sella el contenedor con yeso para e$itar el escape de los gases al medio amiente
)l momento en el +ue el orno alla llegado a la temperatura elegida# introducir# tomando las medidas de seguridad adecuadas para poder acer este proceso.
-e deja calentar con por un tiempo de @ oras# durante este lapso dentro del contenedor se lierar9 el gas cementando la pieza
)l concluir este lapso de tiempo apagar el orno y dejar enfriar la pieza dentro del orno
)l momento de +ue la pieza est* fr,a# se retira# aciendo una pruea de dureza
RocPOell a la pieza
-e corta trans$ersalmente la pieza
-e desasta la parte cortada asta la lija 1>>># para despu*s otener el pulido espejo y poder acer la micrograf,a .
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'0.0
RESULTADOS Dureza del acero antes del tratamiento de cementado
Dureza del acero despu*s del tratamiento de cementado 91. ;RA
''.0
OBSERACIONES •
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'2.0
CONCLUSIONES
'3.0
BIBLIOGRAFÍA • • • • •
Ciencia e ngenier,a de los 0ateriales# )sPeland Donald# Tompson editores. Ciencia de 0ateriales para ngenieros# -acPelford 4ames# !earson education. ttpQQes.scrid.comQdocQ2KJ@JEQTratamientos?termicos ttpQQOOO.traterier.esQpdfQCementacion.pdf ttpQQes.scrid.comQdocQ1>1>JK@EQC&0&'T)C3'
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