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Tratamientos
térmicos
superficiales
(Tratamientos de
Superficies)

Tratamientos Térmicos
Combinación de operaciones de calentamiento
y enfriamiento con tiempos determinados y
aplicadas a un metal o aleación en el estado
sólido en una forma tal que producirá
propiedades deseadas.
La naturaleza y apariencia de los productos
transformados determinan las propiedades
físicas y mecánicas del acero.

Tratamientos de
Superficies
 Tratamientos Termoquímicos
 Tratamientos Selectivos
Podemos, mediante un tratamiento térmico
adecuado, producir una estructura dura y
resistente en la superficie, obteniendo una
excelente resistencia al desgaste y a la fatiga, pero
al mismo tiempo tenga un centro blando y dúctil
que proporcione una adecuada resistencia a la
falla por impacto.

Tratamientos termoquímicos:
En los tratamientos de endurecimiento
superficial se modifica la composición
química de la capa superficial del acero
mediante la adición de carbono, nitrógeno,
etc. llamándose por esta razón
Termoquímicos.

 La mayoría de las piezas componentes de
máquinas se elaboran para que sus propiedades
sean uniformes. Sin embargo, ciertos
mecanismos requieren una superficie dura y
una región suave y tenaz en su interior.
 Esto se puede logra adicionando elementos
como el C, N, B, etc. que penetran en la matriz
y endurecen directamente la superficie o
mejoran sus propiedades para el temple
posterior.

Métodos principales
Tratamientos termoquímicos
- Cementación o carburación: sólida, gaseosa y
liquida (C)
- Cianuración: liquida y gaseosa (C, N)
- Nitruración: gaseosa (N)
- Siliciado (Si)
- Borado (Bo)
- Cromizado (Cr)
Cambian la composición química
(se adiciona C, N, etc)

Métodos principales
Tratamientos selectivos
- Endurecimiento por llama
- Endurecimiento por inducción
No cambian la composición química.
El % de C debe ser mayor a 0.3 %.

Tratamientos termoquímicos
 Son tratamientos de recubrimiento superficial en
los cuales interviene un elemento químico, el
cual se deposita por proceso de difusión en la
superficie del material.
 La finalidad de todos ellos es la de obtener una
capa exterior muy dura y resistente, mientras el
núcleo de la pieza queda con menor dureza
aunque con mayor resistencia.

Cementación
Consiste en el endurecimiento de la superficie
externa del acero al bajo C, quedando el núcleo
blando y dúctil.
Implica introducir C adicional en las superficies
del acero con bajo contenido de C, para luego
poder templarlos.
 Etapas fundamentales:
1ª etapa) Enriquecimiento superficial de carbono.
(sólidos, gas rico en carbono o líquido)
2º etapa) Temple.

Repaso
A mayor : contenido de C, contenido de aleantes
y mayor tamaño de grano.

Ms=0%
Ms=0%
Curva ---- Acero con medio o
alto contenido de carbono
Temp.
Tiempo
Rapidez critica de enfriamiento

Cementación
1ª etapa: Se coloca un acero de bajo C (0.2%) en una
atmósfera que contiene monóxido de carbono a una
Temp. de 900 ºC aprox.
Fe + 2CO Fe© + CO2
En la superficie del acero
se forma una capa
superficial de alto C
(1.2%) debido a que a esa
temperatura la Austenita
disuelve esa cantidad de
C aproximadamente

- Como en la superficie hay alta concentración de C
y en el interior hay baja concentración, los átomos
de C empezaran a difundir hacia adentro.
- Luego de un tiempo estimado se saca la pieza del
horno.
Cementación

Cementación
 El % de C que se consideran mas adecuados
oscilan entre 0.50 y 0.90 %, con las que después
del temple se obtienen durezas de 60 a 62
Rockwell-C.
 No conviene pasar del 0.9% de C, pues a partir del
1% se forman carburos y redes de cementita que
debilitan la capa cementada (revenido).
 El espesor de la capa cementada depende de la
temperatura y el tiempo que dure la operación (y %
de C de la pieza antes del tratamiento).

Cementación
 Cementación sólida: se rodean las piezas con un
compuesto de carburización en un recipiente
cerrado
 Se utiliza carbón vegetal, coque y carbonato de
bario. Cuando se sella la caja queda suficiente
aire para formar 2CO.
 Se calienta hasta la temperatura adecuada y
luego se enfría lentamente (dura de 6 a 10 h).

Cementación
 Ventajas: es útil para
pequeñas piezas y además
no necesita una atmósfera
preparada.
Eficiente y económico para
pequeñas cantidades de
piezas.
 Desventajas: no existe un
control estrecho del proceso,
no se templa directamente.
No se utiliza cuando se
requiere una profundidad
inferior a 0.8 mm

Cementación
 Cementación gaseosa: El acero se calienta en
contacto con 2CO y/o un hidrocarburo (metano,
propano)
 El espesor de la capa cementada depende como
siempre de la duración de la operación, pudiendo
obtenerse en 8hs hasta 1.5 mm de espesor.
 El porcentaje de carbono de la capa cementada
depende de la temperatura de cementación.

Cementación
 Ventajas: Se presta para producir a gran escala,
permite un manejo más rápido por templado
directo, manos costoso, más limpio, etc.
Se puede lograr una gran homogeneidad en la
capa cementada.
 Desventajas: carencia de las instalaciones
especiales que necesitan, lo que impide su
utilización en talleres pequeños.

Cementación
 Cementación por liquido: Se coloca el acero en un
baño de cianuro fundido, de donde difundirá el C
hacia el metal.
Se logra espesores de hasta 6 mm. Se adapta mejor a
piezas de pequeño y mediano tamaño.
El espesor de la capa cementada depende, además
de la composición del baño, de la temperatura y
sobretodo de la duración del tratamiento.

Cementación
Ventajas:
- eliminación de oxidación y hollín.
- profundidad de la superficie dura y
contenido de C uniforme.
- gran rapidez de penetración
- la alta conductividad del medio permite
reducir el tiempo para que se alcance la temp.
de cementación.

Cementación
Desventajas:
- se debe lavar la
pieza para evitar el
herrumbre.
- hay que ajustar
regularmente el
baño.
- las sales son
venenosas y
requieren cuidadosa
seguridad

Cementación
 2ª etapa :Tratamiento
térmico después de la
cementación.
 La Temp. de cementación es
en la región austenítica, lo
que el templado directo
endurecerá toda la pieza si la
velocidad de enfriamiento es
mayor que la crítica.

Cementación
 Luego del templado se
logra una capa exterior de
martensita seguida por
una mas oscura de
transición.

Cementación
 Temple a Temp. de austenización baja:
se calientan a Temp. de austenización de la capa
cementada de tal forma que el núcleo no se
austenize.
 Al momento del templado y revenido, el núcleo
quedara sin templar, la capa estará templada y
con un grano pequeño, en cambio el núcleo
estará sin templar.

Cementación
 Temple a Temp. de austenización alta:
se calientan a una Temp. superior a la de
austenización del núcleo, sé templan y revienen
finalmente.
 Tanto la capa cementada como el núcleo
quedaran templadas (depende de la cantidad de
C de la pieza original). Como el calentamiento
ha sido a temperatura mayor a la de
austenización del núcleo, el grano del núcleo es
pequeño pero el de la capa es gruesa.

Cementación
 Aceros para cementar:
- Aceros al carbono: contienen alrededor de 0.3%
de C. Temp. 900º-950ºC en agua, revenido 200º C
máx.
Estos aceros en general se templan en agua,
consiguiéndose durezas de 60HRC en la superficie,
y en el núcleo una resistencia de 80Kg/mm2.
 Aplicaciones: Piezas pequeñas, de espesor reducido
y de poca responsabilidad.

Cementación
- Aceros aleados: contienen de un 0.1 a un 0.2%
de C y % variables de Cr, Mn, Ni y Mo.
El Mn baja las temperaturas criticas de temple, lo
que reduce el riesgo de deformaciones y
descarburizaciones.
También mejora la templabilidad, permitiendo
en piezas no muy grandes templar en agua.

Cementación
 Aceros para cementación al Cr-Ni : (1% de
Cr, 4,15% Ni) Cementación 850º-900ºC,
temple 900º-830º C en aceite, Revenido 200ºC
máx.
 Aplicaciones: Piezas de gran resistencia en el
núcleo y buena tenacidad. Elementos de
máquinas y motores. engranajes, levas etc.

Cementación
 Aceros para cementación al Cr-Mo : (1,15%
Cr, 0,2% Mo) Cementación 890º-940ºC, temple
870º-900ºC en aceite, revenido 200ºC máx.
 Aplicaciones: Piezas para automóviles y
maquinaria de gran dureza superficial y núcleo
resistente. Piezas que sufran gran desgaste y
transmitan esfuerzos elevados. Engranajes, levas,
etc.

Cementación
 Aceros para cementación al Cr-Ni-Mo :
(0.65% Cr, 4% Ni y 0,25% Mo) Cementación
880º-930ºC; temple 830º-860ºC aire o aceite;
revenido 200ºC máx.
 Aplicaciones: Piezas de grandes dimensiones de
alta resistencia y dureza superficial. Máquinas y
motores de máxima responsabilidad, ruedas
dentadas, etc.

 Existen procedimientos de endurecimiento
superficial con la utilización del nitrógeno y
cianuro a los que por lo regular se les conoce
como carbonitrurado o cianurado.
 En estos procesos con ayuda de las sales del
cianuro y del amoniaco se logran superficies
duras como en el métodos anteriores.
 La cianuración se puede considerar como un
tratamiento intermedio entre la cementación y la
nitruración ya que el endurecimiento se
consigue por la acción combinada del C y el N a
una temperatura determinada.

 Consisten en la adición de C y N en la superficie de
los aceros de bajo y medio C mediante baños
líquidos de sal (Cianuración) o mediante atmósfera
gaseosa (Carbonitruración).
 Se utilizan Tenp. inferiores que en la cementación
(760C - 870C) y por un tiempo más corto. La
austenita carbono-nitrógeno es estable a temp.
inferiores.
 Contenido de carbono en la superficie: 0.5 hasta
0.8% y hasta 0.5% de N
 Luego del temple se obtiene una capa externa muy
delgada de dureza hasta R-C 60.
Cianuración

Baño liquido
 El % de N y C absorbido por los aceros
depende da la composición y Temp. del baño.
 Ventajas: Este proceso es muy útil para partes
que requieran una superficie dura y delgada.
 Desventajas:
- Se debe lavar la pieza para evitar el
herrumbre.
- hay que ajustar regularmente el baño.
- las sales son venenosas.

Atmósfera gaseosa
 El acero se calienta en una atmósfera gaseosa de
tal composición que el N y el C son absorbidos
simultáneamente.
 Se puede efectuar a Temp. inferiores que la
cianuración por baño liquido y permita rapideces
de enfriamientos más lentas.
 Debido que la cianuración por gas se efectúa a
menor Temp. y permite rapideces de
enfriamientos más lentos, reduce la distorsión y
hay menos peligro que ocurran fisuras.

Nitruración
 Es un procedimiento en el cual, por la absorción de
N, se obtiene una fina capa de nitruros de hierro de
gran dureza.
 Se colocan las piezas (acero aleado) en una caja
herméticamente cerrada por la que se hace circular
gas amoniaco, que a 500º C cede el nitrógeno y se
combina con el hierro.
Si se pasa de 500ºC se
obtendrían capas
nitruradas muy frágiles.

Nitruración
 Los espesores de la capa nitrurada más empleados
varían entre 0.20 a 0.70 mm, según la duración de la
operación, consiguiéndose aproximadamente un
espesor de 0.3 mm por día.
 El operar a bajas Temp. es una ventaja de la
Nitruración, pues así no hay aumento del tamaño de
grano ni es preciso someter a la pieza a ningún
tratamiento posterior, puesto que casi no sufren
deformaciones, bastando un ligero rectificado.

Nitruración
La nueva superficie consta de dos
zonas:
- Capa blanca (zona exterior)
- Capa interna (formada por
nitruros aleados)
La capa blanca es frágil pero tiene
buenas propiedades de resistencia
al desgaste, a la fatiga y corrosión.
Con algunos aceros aleados se
obtienen durezas de asta R/C 70

Nitruración
 Ventajas:
- las piezas son templadas y revenidas antes de
nitrurar para que el núcleo quede con resistencia y
tenacidad.
- Los mejores resultados se logran en aceros que
contienen elementos de aleación que forman el
nitruro (Al, Cr y Mo)
- Mejoran la resistencia a la corrosión de los aceros
- Luego se mecaniza casi hasta las medidas finales
- Mínimo de distorsión.

Nitruración
 Desventajas:
- la resistencia a la corrosión de los inoxidables
disminuye considerablemente.
- requiere de largos ciclos.
- La capa blanca es frágil y tiende a astillarse desde
la superficie si tiene un espesor mayor a 0.15mm
- costo de la atmósfera y control térmico requerido
es elevado.

Nitruración
 Aceros para nitrurar:
Los aceros para nitrurar son siempre aleados con
un contenido de carbono entre 0.25 a 0.50%, según
las características mecánicas que se desea obtener en
el núcleo.
Las capas nitruradas en aceros de porcentajes
menores a 0.25% de carbono resultan frágiles.
Ej:
Cr-Ni-V: 0,32% C, 3,25% Cr, 0,40% Mo y 0,22%V
Piezas de gran resistencia y elevada dureza
superficial para resistir el desgaste.

Otros tratamientos
 Siliciado:
Se adiciona Si al Fe obteniéndose una
solución sólida de Fe-Si. Se logran espesores de
0.13 a 2.54 mm.
 Cromizado:
No está restringido a materiales ferrosos.
En el acero forma una capa exterior de acero
inoxidable y si el C es mayor de 0.6 precipitará
carburos aumentando la resistencia al desgaste.

 Borado: Se
calienta la pieza a
temperatura de
austenización
(800-1050 ºC) en
contacto con Sales
de Boro.
 Se forma una capa
de 200 micrones
compuesta de 2
subcapas: FeB y
Fe2B.

PROCESOS PROPIEDADES APLICACIONES
CEMENTACIÓN
Dureza y resistencia al
desgaste, tenacidad
frente al choque.
Capas desde 0'6 mm.
Engranajes, ejes, piñones,
cigüeñales, bielas, manguitos,
bulones, levas, casquillos, etc.
CARBONITRURA-
CIÓN
Dureza y resistencia al
desgaste, tenacidad
frente al choque.
Resistencia a fatiga.
Capas hasta 0'5 mm.
Tornillería, rodamientos,
cadenas, ejes de pequeña
dimensión, etc.
NITRURACIÓN
Dureza y resistencia a
fricción y temple.
Capas de 0'1 a 0'5 mm.
Matrices, casquillos, punzones,
piezas de automoción,
camisas, etc.
NITROCARBURA-
CIÓN
Antirrayadores
desgaste y fatiga.
Capas de 0'1 a 0'5 mm.
Matrices, casquillos, punzones,
piezas de automoción,
camisas, etc.
Resumen

CEMENTACIÓN CIANURACIÓN NITRURACIÓN
Adición C C y N N
Tipos sólida gaseosa liquida liquida gaseosa gaseosa
Agente C sólido CO/
hidrocarbu
ro
Baño
cianur
o
Baño
cianuro
NH3/portad
or/
enriquecedo
r
NH3 gas y
disociado
Temp (ºC) 850-900 750-850 550
Tiempo(h) 4-16 1 – 8 1-6 1 ½ 20- 80
Espesor(mm) 0.9-2.3 0.2-1.5 0.2-3 0.3 0.1-0.6 0.2-0.7
Ventajas
Util para
pequeñas
piezas
Mas limpio Alta
conductividad
del baño, menor
tiempo
Disminuye
la velocidad
crítica de
temple
No necesita
temple
Bajas temp.
Desventaja No se
templa
directame
nte
-------- Sales venenosas
Ajuste del baño
---------- Aceros
aleados
Costos

Tratamientos selectivos
 Estos métodos no cambian la composición química
del acero y proporcionan poca profundidad de
endurecimiento.
 Las ares se calientan en el intervalo de austenita (por
encima de A3 mientras que el núcleo esta por debajo
de A1) y luego se templan para formar martensita.
 Se aplica a aceros que debido a su composición
química puedan ser endurecidos (% de C >0.3).
- Endurecimiento por llama
- Endurecimiento por inducción

Por llama
 El calor puede aplicarse
mediante un soplete de
oxiacetileno.
 La profundidad de la zona
endurecida puede
controlarse ajustando la
intensidad de la llama,
tiempo de calentado o la
velocidad de recorrido.

Por llama
 Métodos:
- Estacionario: la pieza y el soplete están quietos
(endurecimientos rápidos de piezas pequeñas)
- Progresivo: el soplete se mueve sobre una pieza
estacionaria (dientes de grandes engranajes,
bancadas de torno)
- Giratorio: el soplete es estacionario y la pieza gira,
se emplea en piezas con geometría de revolución
(engranajes de precisión, poleas, etc.
- Progresivo-Giratorio: el soplete se mueve
mientras la pieza gira, se emplea en superficies de
piezas largas (ejes)

Por llama
 Después del calentamiento a la Temp.
necesaria se debe templar rápidamente
utilizando agua, aceite o aire según el
acero.
 Después del templado se reviene para
liberar esfuerzos enfriándolas con aire.
 La zona endurecida varia de 1/8” a ¼” de
profundidad.

Por llama
 Ventajas:
- Portabilidad y adaptabilidad.
- Produce pocas escamas, descarburización
o distorsión.
 Desventajas:
- Posibilidad de sobrecalentamiento.
- dificultad para producir zonas endurecidas
menores que 1/16”

Por inducción
• Mediante un campo magnético intenso se produce
una corriente en la pieza, del cual el calentamiento
resultara de la resistencia del metal al paso de estas
corrientes.
• Esto se logra con bobinas que son refrigeradas y se
utilizan frecuencias de 10.000 a 500.000Hz
• Se logran más profundidades aumentando el tiempo
de exposición.

Por inducción
A) solenoide
simple para
calentamientos
externos.
B) bobinas para
diámetros internos
C) bobina tipo
plato para
superficies a lo
largo

Por inducción
D) Bobina de una
sola vuelta para
recorrer a lo
largo y ayuda a
calentar el
chaflán.
E) Bobina tipo
torta para
calentamiento
localizado.

Por inducción
 Ventajas:
-Se pueden realizar temples superficiales con una
profundidad de capa desde 1 mm hasta 5 mm.
- se pueden obtener superficies mas delgadas que
por llama.
- se puede automatizar la operación
 Desventajas:
- Costos (piezas de formas irregulares,
mantenimiento)

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