CEMENTACIN DE UN ACERO DE TRANSMISINBenavides Luis1, Buenao Carlos2, Herrera Andres3, Plaza Juan4, Torres Cristian5 Universidad Politcnica Salesiana, Facultad de Ingenieras, Carrera Ingeniera Mecnica

Resumen:En este documento proporciona la informacin necesaria previa para realizar un tratamiento trmico como es el cementado. Dicho ensayo se realiz en nuestra Universidad,Para realizar esta prctica se utilizaron probetas las cuales fueron mecanizadas de un acero de transmisin, el cementante empleado fue carbn vegetal y carbn mineral, los cuales por difusin mejoran las propiedades del material al momento de ser cementado.Palabras Claves: cementacin, carbn vegetal y mineral.1. IntroduccinEl tratamiento trmico es la operacin de calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado slido para cambiar sus propiedades fsicas. Con el tratamiento trmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamao del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dctil. Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento trmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro - hierro - carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. Los tratamientos trmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensin.

2. Objetivo Realizar la cementacin de una probeta de acero de transmisin, con la finalidad de modificar sus propiedades endureciendo en si la superficie de dicha probeta pero a su vez sin modificar su ncleo, de esta forma aplicaremos lo terico enriqueciendo nuestros conocimientos. El templado y revenido proporcionan dureza a la pieza, pero tambin fragilidad. Por el contrario, si no se templa el material no tendr la dureza suficiente y se desgastar. Para conservar las mejores cualidades de los dos casos se utiliza la cementacin. La cementacin consiste en recubrir las partes a cementar de una materia rica en carbono, llamada cementante, y someterla durante varias horas a altas temperatura (1000C). En estas condiciones, el carbono ir penetrando en la superficie que recubre a razn de 0,1 a 0,2 mm por hora de tratamiento.

3. Marco tericoCementacinLa cementacin es un tratamiento termoqumico austentico que se realiza al acero de bajo carbono (menos del 0.25%) que no est templado con el objetivo de enriquecer en carbono (ms del 0.8 %) la capa superficial. El material se austenitiza en una atmsfera o en un ambiente rico en C, el cual difunde hacia el interior de la pieza, permitiendo a la austenita disolver altos porcentajes de ste. Se somete el carbono elemental a altas temperaturas (900-950 o C), para que se produzca su difusin dentro del material de la pieza. Gracias a la cementacin la pieza tendr dos capas: superficie cementada y ncleo sin cementar. Despus de la cementacin la pieza se somete a temple y revenido a bajas temperaturas. El ncleo, debido al bajo contenido de carbono, no admite temple, queda tenaz y puede trabajar bajo cargas dinmicas, y la zona perifrica adquiere temple a una profundidad de cerca de 1 mm hacindose resistente al desgaste por rozamiento. Cabe sealar que la cementacin en lo posible debe usarse en aceros en los cuales no pueda crecer mucho el grano y se pueda templar directamente. Caractersticas de la cementacin Endurece la superficie No le afecta al corazn de la pieza Aumenta el carbono de la superficie Su temperatura de calentamiento es alrededor de los 900 C Se roca la superficie con polvos de cementar ( Productos cementantes) El enfriamiento es lento y se hace necesario un tratamiento trmico posterior Los engranajes suelen ser piezas que se cementan Etapas de la cementacin La cementacin comprende tres etapas: En la primera etapa las piezas son expuestas a una atmsfera que contiene Carbono o Carbono y nitrgeno a una temperatura de entre 850 y 1.050 C.

En la segunda etapa se puede producir inmediatamente el temple (cementacin) a partir de esa temperatura, o bien despus de un enfriamiento intermedio y un recalentamiento a una temperatura de cementacin especfica del material.

La tercera etapa, el revenido, sirve principalmente para aliviar tensiones internas y reducir la sensibilidad al agrietamiento durante el subsiguiente rectificado.

4. Equipos y Materiales

5. Procedimiento Primero se debi triturar el carbn hasta alcanzar partculas muy pequeas para seguidamente colocar en las cajas donde se pondr las probetas a cementar. Luego se coloc las probetas aislndolas con una funda para impedir el contacto directo con las partculas de carbn ya que pueden alterar el proceso. Una vez completado el proceso anterior se sella las cajas con arcilla refractaria e impermeable, evitando as, que la atmosfera escape hacia el exterior.El horno debi estar calentado previamente a una temperatura de 850C aproximadamente, para luego colocar las cajas dentro, sabiendo que la primera hora es para que se estabilice las temperaturas, pasada esta hora se prosigue a tomar en cuenta el tiempo a cementar dichas probetas. Estas cajas con nuestras probetas debern permanecer durante 10 horas aproximadamente, es decir una hora por cada 0.1 mm de profundidad. Finalmente se debe realizar un bao de aceite una vez completado el tiempo de cementado.Ensayo de dureza Una vez culminada el cementado procedemos a romper las probetas para seguidamente rectificarlas y hacer el ensayo de dureza utilizando el durmetro Rockwell.6. Estudio metalogrficoUn estudio metalogrfico permite ver el cambio de la estructura luego de realizar el cementado, para el cual se debe realizar el lijado respectivo y dar el ataque qumico (nital) y as pasar al estudio respectivo. Figura 2. Tamao de grano de acero de transmisin cementado con carbn vegetal

Figura 3. Tamao de grano de acero de transmisin cementado con carbn mineral.

7. Analisis de ResultadosLos resultados de dureza Rockwell obtenidos una vez culminado el tratamiento de cementacin en las probetas de acero de transmisin se presenta a continuacin en la tabla 1.DUREZA ROCKWELL

# DE PROBETADUREZA 1 (HRc)DUREZA 2 (HRb)

Probeta 12353

Probeta 22151

Probeta 31848

Probeta 42050

Como se observa existe una diferencia entre las mediciones finales debido a que con el carbn vegetal se obtuvo menor dureza que con el carbn mineral.Como tambin se comprob que la dureza obtenida con carbono mineral fue mayor que la del carbn vegetal, esto s debido que los micro poros con un tamao menor cubren una mayor rea superficial, por lo tanto el carbono se difunde con ms facilidad por tal se da mayor dureza. 8. Conclusiones Finalmente comprobamos que el tratamiento trmico de cementacin se endurece mas solamente la parte superficial ms que su nucle el mismo mantenindose maleable debido a que el carbono no penetra en toda la probetaEn la cementacin influye el material debido a su porcentaje de carbono ya que para realizar el mismo se debe utilizar un acero con bajo contenido de carbono.

9. Referencias http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/12._Cementacion_%28a%29_v2.pdf W. Salazar, B. Pinzn, J. Rojas, J. Cumbrera, and A. Tejedor De Len, ESTUDIOS DE CEMENTACIN DE ACEROS CON CARBONES VEGETALES NACIONALES, Rev. ID TECNOLGICO, p.