Cementación: beneficios, proceso, tipos y aplicaciones

Los metales utilizados para fabricar componentes se endurecen mediante diversos métodos. La necesidad de endurecer estos metales responde a los requisitos de las aplicaciones, para que las piezas metálicas sigan siendo duraderas y resistentes. Si desea conocer la cementación, lea la guía a continuación.

Resumen de la cementación

¿Qué es la cementación?

La cementación es un método de tratamiento térmico en el que el objeto metálico adquiere dureza en la capa exterior, mientras que el núcleo interior permanece blando. Crea una capa de dureza en la superficie y la hace resistente a la fatiga y al desgaste.

Los materiales que se suelen emplear para la cementación son el acero de bajo carbono o el hierro. El material utilizado determina la calidad que exige el producto final. Existen múltiples métodos que pueden aplicarse en la cementación, y algunos de ellos son la nitruración, la carbonitruración, la carburación y la cianuración.

Finalidad de la cementación

La cementación es un método que procesa el material y hace dura su superficie exterior, mientras que el núcleo interior permanece blando. Crea una fina capa de recubrimiento sobre el componente y lo hace resistente.

La cementación mejora la resistencia a la fatiga del metal y lo hace tenaz y resistente al desgaste. La cementación también hace que el componente sea eficiente y soldable.

Ventajas de la cementación

El proceso de cementación presenta algunas ventajas, que son las siguientes:

• La resistencia de las piezas aumenta al añadir una capa de material duro, lo que las hace duraderas.
• Una capa superior dura en el componente lo hace mecanizable para aplicaciones que consisten en el uso de piezas de servicio pesado.
• La cementación hace que los componentes sean resistentes a la fractura y al agrietamiento, y los hace soldables.
• Se aplica un recubrimiento prescrito en la superficie y se mejora la resistencia frente a la corrosión.
• La apariencia del acero mejora con la cementación, que le confiere un aspecto brillante.

Desventajas de la cementación

La cementación, que tiene ventajas, también tiene desventajas. Algunos de los inconvenientes de este proceso son los siguientes:

• El proceso es costoso y requiere experiencia y herramientas especiales.
• En el proceso se presenta una variación de la dureza, que afecta a la resistencia del metal. El metal puede deformarse durante el proceso.
• También aumenta el margen de agrietamiento y desportillado, lo que afecta a la vida útil del metal.
• La susceptibilidad del metal a la corrosión aumenta cuando el proceso se realiza de forma incorrecta.

Proceso de cementación

El proceso de cementación puede realizarse en cuatro pasos, que son los siguientes:

Activación

Se elimina la capa pasiva de óxido, que impide la difusión de carbono y nitrógeno en la superficie del acero, y esta se activa.

Recubrimiento

A continuación, la superficie activa se somete a una capa de carbono o nitrógeno, lo que mejora la difusión.

Difusión

El componente de acero se calienta a una temperatura superior a 900 grados Celsius durante varias horas, en un entorno rico en nitrógeno y carbono. Después se retiene una capa de acero endurecido para que los átomos de carbono y el nitrógeno aparezcan en la superficie.

Endurecimiento

La pieza cementada se somete a revenido y temple para mejorar las características mecánicas del componente.

Tipos de métodos de cementación

En lo que respecta a la cementación del acero, existen varios métodos que pueden elegirse, y se analizan a continuación.

Calentamiento y temple

Para alcanzar determinadas cualidades del material, como la dureza, se emplea el proceso de calentamiento y temple. Es un método de tratamiento térmico en el que el metal se calienta primero a alta temperatura y luego se enfría en líquido. Como resultado de este calentamiento y enfriamiento, los metales se endurecen y sus características estructurales cambian.

Carburación

El acero de bajo carbono es mayoritariamente metal, que se somete a cementación. El proceso consiste en calentar el metal en un entorno con carbono, lo que ayuda a crear una capa en la superficie del metal. Existen diferentes métodos de cementación, y aportan resistencia a la corrosión, resistencia mecánica y resistencia al desgaste.

Nitruración

La nitruración es un proceso que se elige habitualmente en grados de acero de baja aleación. Estos metales se calientan en un entorno que contiene nitrógeno; en ocasiones, el nitrógeno se infunde mediante descarga eléctrica. En la nitruración intervienen diferentes procesos, y mejora la fricción, la dureza y la resistencia mecánica.

Cianuración

El proceso de cianuración consiste en calentar una aleación de hierro en sal de cianuro, y la superficie de la aleación absorbe nitrógeno y carbono. Al proceso de cianuración le siguen el revenido y el temple para alcanzar la tenacidad requerida.

Carbonitruración

La carbonitruración es un proceso en el que el metal se calienta en presencia de nitrógeno y carbono, y estos dos elementos se infunden en la superficie del metal. Da lugar al endurecimiento superficial. El proceso de carbonitruración hace que el componente esté dotado de resistencia al desgaste y dureza.

Nitrocarburación ferrítica

La nitrocarburación ferrítica endurece diferentes tipos de hierro, aceros aleados y sus metales. Los componentes se limpian primero y el proceso se lleva a cabo en fase ferrítica. Tiene una temperatura de alrededor de 570 grados centígrados, y la capa de carbono y nitrógeno se difunde en la superficie.

¿Qué tipos de metales se pueden endurecer superficialmente?

Existen diversos tipos de metales que se pueden endurecer superficialmente, y algunos de ellos son los siguientes:

Acero de bajo carbono

El acero de bajo carbono se infunde con carbono a alta temperatura, y la cantidad de carbono en él oscila entre el 0,1 y el 0,25 %. Cuando el carbono se difunde en la superficie del acero, el contenido de carbono aumenta y lo hace más duro. El núcleo interno del acero de bajo carbono es dúctil y el exterior es duro, lo que ofrece resistencia al desgaste y a la corrosión.

Acero inoxidable

El acero inoxidable se endurece inyectando nitrógeno y carbono a alta temperatura. La superficie del acero inoxidable se endurece de este modo y mantiene alta la resistencia a la corrosión.

Fundición de hierro

La fundición de hierro también se endurece mediante el proceso de endurecimiento superficial, en el que se inyectan nitrógeno y carbono a alta temperatura para que la superficie se endurezca. El proceso de endurecimiento superficial también mejora la resistencia al desgaste del metal.

Acero de alto carbono

Al endurecer superficialmente acero de alto carbono, hay algunas medidas de precaución que son cruciales. El núcleo interno debe protegerse previamente, y estas aleaciones deben calentarse a altas temperaturas. Tras el calentamiento, debe introducirse demasiado carbono, lo que hace dúctil la capa interna y dura la externa.

Acero para herramientas

El acero para herramientas se endurece infundiendo los elementos y templándolos después. El carbono utilizado en el proceso de endurecimiento superficial influye en la dureza, y después también se opta por un temple cuidadoso.

Aplicaciones típicas del endurecimiento superficial

Las aplicaciones que contemplan el endurecimiento superficial son las siguientes:

• Árboles de levas
• Máquinas herramienta
• Herramientas de corte
• Piezas aeroespaciales
• Prensa de forja
• Barras
• Equipos de laminación de metal
• Piezas de automóvil

Conclusión

El endurecimiento superficial mejora las propiedades mecánicas de los metales de diferentes formas y los hace aptos para distintas aplicaciones. Si desea aplicar el endurecimiento superficial a sus componentes, en DEK podemos ofrecerle este servicio. Ofrecemos diferentes métodos de endurecimiento superficial y los elegimos según la naturaleza de su material y los requisitos de la aplicación.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la temperatura del endurecimiento superficial?

La temperatura del endurecimiento superficial varía entre 871 y 954 grados Celsius.

¿Cómo se produce el endurecimiento superficial en el secado?

El endurecimiento superficial en el secado se produce cuando la capa superficial externa del metal se seca más rápido que la interna.

¿Cómo se elimina el recubrimiento de óxido de las piezas endurecidas?

El granallado es un proceso habitual que ayuda a eliminar la capa de óxido de las piezas endurecidas.

¿Cómo se mide la dureza tras el endurecimiento superficial?

La dureza se mide mediante distintos métodos, como los ensayos Knoop, Vickers, Rockwell y Brinell. La elección del método depende de factores como la precisión requerida, el tipo de material y la profundidad del endurecimiento.