Objetivo
La cementación es un tratamiento termoquímico que consiste en aumentar el contenido en carbono en la superficie de las piezas de acero, rodeándolas con un medio carburante, y manteniendo todo el conjunto, durante un cierto tiempo a elevada temperatura. Luego se templan las piezas y quedan con gran dureza superficial.
Proceso de cementación
Se utilizan diversas materias para suministrar el carbono que ha de absorber el acero durante la cementación. Las más empleadas suelen ser el carbón vegetal y coque, mezclados con carbonatos de bario, calcio y sodio.
El proceso de cementación por el carbón vegetal, coque, etc., se explica en la siguiente forma: El carbón a elevada temperatura, en contacto con el oxígeno del aire que hay siempre en el interior de las cajas, entre los huecos que deja la materia cementante, da óxido de carbono (CO) según la siguiente reacción:
2C+O2=2CO
Luego el óxido de carbono formado se descompone a elevada temperatura en carbono naciente y dióxido de carbono:
2CO=C+CO2
En algunos procesos (en especial la cementación gaseosa) también se realiza la cementación por la acción del metano que se descompone en hidrógeno y carbono naciente de acuerdo con la siguiente reacción:
CH4=C+2H2
En todos los casos el carbono naciente que se forma es el que produce la cementación. Al estar en contacto con el hierro a alta temperatura se combinan:
C+3Fe=CFe3
formándose carburo de hierro o cementita, y luego al difundirse el carbono o el carburo de hierro hacia el interior de las piezas es cuando puede decirse que se produce verdaderamente la cementación.
En todos los casos, para que se verifique con facilidad la absorción del carbono, es necesario que el acero se encuentre en estado austenítico, con el hierro en forma de hierro gamma, condición que se cumple utilizando las temperaturas normales de cementación. En esas condiciones, de 850° a 950° el acero puede absorber hasta 1,40% de carbono aproximadamente, pudiéndose llegar hasta 1,7% de C a 1145°. Cuando el hierro se encuentra en estado alfa a temperaturas más bajas, la capacidad de absorción del carbono es, en cambio, muy limitada.
Características
•La cementación se emplean en aceros aleados y sin aleación, de bajo contenido en carbono, generalmente de 0,08 a 0,25% de C.
•La operación se realiza generalmente a temperaturas comprendidas entre 850° y 1000°, siendo las temperaturas próximas a 900° las más utilizadas.
•La cantidad y distribución del carbono absorbido por las piezas depende: 1° De la composición del acero sometido a la cementación. 2° De la naturaleza de la substancia cementante. 3° De la temperatura y la duración de la cementación.
•Una pieza después de cementada se puede considerar compuesta por dos zonas principales de composición química diferente; el núcleo central y la periferia o capa cementada, existiendo entre ellas otra tercera zona de transición de menor importancia.
•Al finalizar la cementación, la capa exterior queda con un alto contenido en carbono y el corazón mantiene la composición inicial. Posteriormente para obtener gran dureza en la periferia y alta tenacidad en su núcleo, es necesario realizar un tratamiento térmico adecuado porque después de realizar la cementación, la periferia a pesar de tener un elevado contenido de carbono, está todavía relativamente blanda y el núcleo central, aun siendo de muy bajo contenido en carbono, puede ser frágil por tener la estructura muy grosera, por haber permanecido el acero durante mucho tiempo a alta temperatura.
•La profundidad de la capa cementada aumenta con la temperatura y con la duración de la cementación y depende también de la actividad del carburante empleado y de la composición del acero que se va a cementar.
