Qué es la carburación: Ventajas, proceso, tipos y aplicaciones
Cada aplicación tiene un requisito diferente en cuanto a la dureza del material utilizado en la fabricación de sus componentes. Sin embargo, para alcanzar el nivel de dureza pertinente, se realiza un proceso de cementación para endurecer los metales.
Hay diferentes tipos de metales que pueden requerir endurecimiento, y esto se consigue mediante el proceso de carburación. Si quiere saber qué es la carburación, lea la guía que figura a continuación.
¿Qué es la carburación?
La carburación es un proceso de tratamiento térmico que mejora las propiedades de los materiales, como la dureza, añadiendo carbono a la superficie del metal. La superficie del metal puede carecer de carbono y, por tanto, la necesidad de carbono es esencial para añadir una capa dura a su alrededor.
Ventajas de la carburación
La cementación tiene varias ventajas versátiles, algunas de las cuales son las siguientes:
- El proceso de carburación es muy sencillo y puede realizarse en muy poco tiempo, y ni siquiera requiere excesivas habilidades. 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 carburación es un proceso que no es costoso y, con un gasto limitado, puede ofrecer dureza a los componentes.
- La carburación es adecuada para volúmenes masivos, ya que está automatizada y endurece lotes más grandes de productos.
- Ofrece un mejor control de las dimensiones, e incluso después del proceso de endurecimiento, la deformación es insignificante.
- Mejora la resistencia al desgaste y la ductilidad de la pieza.
- La carburación confiere a los componentes una elevada resistencia a la fatiga, por lo que la capa dura del exterior permite que el componente soporte cargas elevadas.
Procesos de carburación
El proceso de cementación consta de los siguientes pasos:
Adición de carbono
En el primer paso, se limpia el componente y, a continuación, se coloca en una caja herméticamente cerrada que contiene los materiales carbonosos. Para sellar la caja, puede utilizarse arcilla refractaria. A continuación, la caja se mantiene en el horno a una temperatura de temperatura de 925 grados Celsius durante unas 10 horas.
El dióxido de carbono procede del material carbonoso, que se descompone en carbono y monóxido de carbono. El carbono se difunde con la pieza, que se carburiza. La pieza absorbe el carbono por capas y, a continuación, se retira la caja del horno.
Tratamiento térmico
A continuación, la pieza se introduce de nuevo en el horno para la fase 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 después, tras sacarla del horno, la pieza se mantiene en agua. Esto provoca un enfriamiento rápido y el desarrollo de estructuras duras.
Templado
Las tensiones internas se forman debido al enfriamiento rápido, por lo que es importante aliviarlas mediante el templado. Puede calentar la pieza a baja temperatura y dejarla enfriar al aire después de que haya estado sometida a calor durante una hora.
Tipos de carburación
Existen diferentes tipos de procesos de cementación, que se comentan a continuación.
Carburación con gas
La cementación gaseosa consiste en calentar acero al carbono a la temperatura de austenización en una atmósfera rica en carbono. Utiliza un gas portador, y el componente se mantiene en un horno que tiene 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 por la superficie. La temperatura es de unos 925 grados Celsius, y el tiempo necesario para la carburación es de 2 horas.
Carburación al vacío
El proceso de cementación en vacío implica el uso de un entorno sin oxígeno y a baja presión. El proceso utiliza hidrocarburosque son gases como el metano. El entorno está libre de oxígeno y la temperatura puede aumentarse si es necesario. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la velocidad de difusión del carbono.
Carburación líquida
La cementación líquida es un proceso que se utiliza para cementar piezas de acero o hierro. Estas piezas se mantienen a una temperatura superior a Ac1 en la sal en estado fundido, y se les añade nitrógeno y carbono. La cementación líquida utiliza cianuro, que está compuesto tanto de nitrógeno como de carbono.
El componente se mantiene en un baño de sal, que tiene una temperatura de unos 900 grados centígrados, y la sal es altamente tóxica. La sal incorporó nitrógeno a la superficie del componente, lo que lo endureció.
Cementación sólida (cementación en paquete)
La carburación sólida es un proceso en el que el monóxido de carbono se deriva del compuesto sólido, que se descompone en la superficie del metal en dióxido de carbono y carbono naciente. Los recipientes de carburación se fabrican con acero al carbono recubierto de aluminio, acero al carbono o aleaciones de hierro, níquel y cromo resistentes al calor.
Los componentes se mantienen en una caja sellada con un medio de carburación, que puede ser carbón vegetal o coque. El proceso utiliza la carburación por gas, y el monóxido de carbono se disocia en dióxido de carbono, que luego funde el carbono en la superficie de la pieza. El proceso dura entre 2 y 36 horas a una temperatura de 800 a 845 grados Celsius.
Carburación por plasma
El proceso de carburación por plasma utiliza la distancia de incandescencia 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 carburación. A continuación, el carbono se libera en forma de descarga de plasma.
Carburación 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 dura capa de carbono.
Carbonitruración
La carbonitruración también se realiza en acero y tiene una masa de carbono del 0,4 al 0,5%. 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.
Carburación frente a nitruración
La carburación 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 carburación se utiliza para difundir carbono en la superficie del metal calentándolo en presencia de un material asociado al carbono. La nitruración, por su parte, utiliza nitrógeno en el componente y lo expone a altas temperaturas.
Aplicaciones de la carburación
El proceso de cementación se observa en muchas aplicaciones para endurecer los metales utilizados en componentes; algunas de estas aplicaciones se indican a continuación:
Aeroespacial: Las piezas de los aviones, como las del motor y los trenes de aterrizaje, necesitan una gran resistencia, lo que exige acero carburizado.
Marítimo: Los componentes, como los sistemas de engranajes y los motores del taller, se fabrican con piezas carburizadas que ofrecen resistencia a la corrosión y al desgaste.
Automóvil: En el sector del automóvil, se utilizan para ello piezas de gran solidez y resistencia al desgaste, como cojinetes, engranajes, ejes y carburantes.
Agricultura: La maquinaria utilizada en la agricultura emplea acero cementado, ya que necesita piezas que resistan entornos duros.
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Conclusión
El proceso de carburación tiene varios tipos, y cada tipo tiene sus propias características. Es muy importante conocer cada tipo de proceso de carburación y su idoneidad para poder elegirlo en función de los requisitos de su aplicación.
