Qué es la cementación: beneficios, proceso, tipos y aplicaciones

Cada aplicación tiene un requisito diferente en cuanto a la dureza del material empleado en la fabricación de sus componentes. No obstante, para alcanzar el nivel de dureza adecuado, se realiza un proceso de cementación que endurece los metales.

Existen distintos tipos de metales que pueden requerir endurecimiento, y esto se logra mediante el proceso de cementación. Si desea saber qué es la cementación, lea la guía a continuación.

¿Qué es la cementación?

La cementación es un proceso de tratamiento térmico que mejora propiedades de los materiales como la dureza, al añadir contenido de carbono a la superficie del metal. La superficie del metal puede carecer de carbono y, por ello, la aportación de carbono resulta esencial para crear un recubrimiento duro a su alrededor.

Beneficios de la cementación

La cementación ofrece varios beneficios versátiles, y algunos de ellos son los siguientes:

• El proceso de cementación es muy sencillo y puede realizarse en muy poco tiempo, sin necesidad de habilidades excesivas. Además, es compatible con múltiples tipos de materiales, como el hierro fundido y el acero al carbono. Es adecuado para formas y diseños complejos.
• La cementación es un proceso que no resulta costoso y, con un gasto limitado, puede aportar dureza a los componentes.
• La cementación es adecuada para grandes volúmenes, ya que está automatizada y endurece lotes más grandes de productos.
• Ofrece un mejor control de las dimensiones y, aun después del proceso de endurecimiento, la deformación es insignificante.
• Mejora la resistencia al desgaste y la ductilidad de la pieza.
• La cementación confiere a los componentes una alta resistencia a la fatiga y, por ello, la capa dura del exterior permite que el componente soporte cargas elevadas.

Procesos de cementación

El proceso de cementación consta de los siguientes pasos:

Adición de carbono

En el primer paso, el componente se limpia y luego se coloca en una caja herméticamente sellada que contiene los materiales carbonosos. Para sellar la caja se puede usar arcilla refractaria. A continuación, la caja se mantiene en el horno a una temperatura de 925 grados Celsius durante un periodo de unas 10 horas.

El dióxido de carbono procede del material carbonoso, que se descompone en carbono y monóxido de carbono. El carbono se difunde en el componente, que queda cementado. La pieza absorbe carbono en capas y luego se retira la caja del horno.

Tratamiento térmico

Después, la pieza se coloca de nuevo en el horno para la etapa de tratamiento térmico. Se mantiene en el horno durante unos 15 minutos a una temperatura de 790 grados Celsius. Esto ayuda a transformar el metal en austenita y, tras retirarla del horno, la pieza se sumerge en agua. Esto provoca un enfriamiento rápido y la formación de estructuras duras.

Revenido

Las tensiones internas se forman debido al enfriamiento rápido y, por ello, es importante aliviarlas mediante el revenido. Puede calentar la pieza a baja temperatura y dejarla enfriar al aire después de haber estado sometida al calor durante una hora.

Tipos de cementación

Existen distintos tipos de procesos de cementación, que se describen a continuación.

Cementación gaseosa

La cementación gaseosa consiste en calentar acero al carbono hasta la temperatura de austenización en una atmósfera rica en carbono. Se utiliza un gas portador y el componente se mantiene en un horno que contiene propano y metano. Es una mezcla de CO2, CH4, CO, etc.

A la temperatura de cementación, el propano se descompone en la superficie de la pieza y el carbono se difunde en la superficie. La temperatura es de unos 925 grados Celsius y el tiempo necesario para la cementación es de 2 horas.

Cementación al vacío

El proceso de cementación al vacío implica el uso de un entorno libre de oxígeno y a baja presión. El proceso utiliza hidrocarburos, que son gases como el metano. El entorno está libre de oxígeno y la temperatura puede aumentarse si es necesario. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la velocidad de difusión del carbono.

Cementación líquida

La cementación líquida es un proceso que se utiliza para cementar componentes de acero o hierro. Estas piezas se mantienen a una temperatura superior a Ac1 en la sal en estado fundido, y se añaden nitrógeno y carbono. La cementación líquida utiliza cianuro, que está compuesto por nitrógeno y carbono.

El componente se mantiene en un baño de sales a una temperatura de unos 900 grados Celsius, y la sal es altamente tóxica. La sal incorporó nitrógeno en la superficie del componente, lo que la endureció.

Cementación sólida (cementación en caja)

La cementación sólida es un proceso en el que el monóxido de carbono se deriva del compuesto sólido, que se descompone sobre la superficie del metal en dióxido de carbono y carbono naciente. Los contenedores de cementación se fabrican con acero al carbono recubierto de aluminio, acero al carbono o aleaciones de hierro-níquel-cromo resistentes al calor.

Los componentes se mantienen en una caja sellada con un medio de cementación, que puede ser carbón vegetal o coque. El proceso utiliza la cementación gaseosa, y el monóxido de carbono se disocia en dióxido de carbono, que luego fija carbono en la superficie de la pieza. El proceso tarda desde 2 horas hasta 36 horas a una temperatura de 800 a 845 grados Celsius.

Cementación por plasma

El proceso de cementación por plasma utiliza la descarga luminiscente de corriente continua, que añade una capa de carbono a un componente. La tensión de corriente continua se aplica entre el componente y el electrodo, y la pieza se mantiene en la cámara de cementación. El carbono se libera entonces en forma de descarga de plasma.

Cementación por goteo

La cementación por goteo utiliza agentes orgánicos, como el metanol, que se añade al horno de cementación. Produce el gas que descompone los componentes y su superficie, dejando tras de sí una capa dura de carbono.

Carbonitruración

La carbonitruración también se realiza sobre acero y tiene una masa de carbono del 0,4 al 0,5 por ciento. Ayuda a endurecer la superficie de la pieza, y estas piezas pueden incluir ejes y engranajes. El proceso modifica el gas en el que están presentes el metano y el amoníaco.

Cementación frente a nitruración

La cementación y la nitruración son procesos que ayudan a endurecer el acero y otros metales. Sin embargo, la única diferencia entre ellos es el material utilizado durante el proceso.

La cementación se utiliza para difundir carbono en la superficie del metal calentándolo en presencia de un material asociado al carbono. La nitruración, en cambio, utiliza nitrógeno sobre el componente y lo expone a altas temperaturas.

Aplicaciones de la cementación

El proceso de cementación se observa en muchas aplicaciones para endurecer los metales utilizados en componentes; a continuación se indican algunas de estas aplicaciones:

Aeroespacial: Las piezas de las aeronaves, como las piezas de motor y los trenes de aterrizaje, necesitan alta resistencia, lo que requiere acero cementado.

Marítimo: Los componentes, como los sistemas de engranajes y los motores del taller, se fabrican con piezas cementadas que ofrecen resistencia a la corrosión y al desgaste.

Automoción: En el sector de la automoción se utilizan piezas con alta resistencia y resistencia al desgaste, como rodamientos, engranajes y ejes, y para ello se emplea la cementación.

Agricultura: La maquinaria utilizada en la agricultura emplea acero cementado, ya que necesita piezas capaces de soportar entornos adversos.

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Conclusión

El proceso de cementación tiene varios tipos, y cada tipo posee sus propias características. Es muy importante comprender cada tipo de proceso de cementación y su idoneidad para poder elegirlo según los requisitos de su aplicación.