Reacciones en el Proceso de Cementación.

En una cementación sólida en contenedor siempre contiene algo de aire. El oxígeno presente, se combina con el carbono a elevadas temperaturas y produce CO2 reacción (1). Luego el CO2 reacciona con los átomos de carbono presentes y produce CO reacción (2). El CO se descompone sobre la superficie del acero en carbono atómico y CO2 reacción (3). El carbono atómico (C atom) es rápidamente absorbido en la superficie del metal y se difunde hacia el interior del mismo.

Nuevamente y de acuerdo a la reacción 2, el CO2 reacciona con el carbono para producir más CO. [12,18].

El CaCO3 presente en las conchas marinas, es un material activador que se descompone a elevadas temperaturas y produce CO2. (reacción 4).

110 Debido a la producción de CO2 en el interior del contenedor, la presión de CO2 de incrementa. De acuerdo a la reacción 2, el CO2 reacciona con los átomos de carbono presentes y produce CO. En la Figura Nro. 67, se muestra el diagrama de equilibrio para la reacción (3) para cualquier temperatura. [7].

Figura Nro. 67. Equilibrio de Presión de CO y CO2 para la reacción 2CO CO2 + C atom

Según la reacción 2, si la relación CO a CO2 a una temperatura constante es mayor que la relación de equilibrio de CO a CO2, la reacción 3 vá en dirección a la derecha y ocurre el fenómeno de cementación (carburización). Caso contrario, cuando la relación de CO a CO2 es menor que la relación de equilibrio, la reacción 3 ocurre hacia la izquierda y se produce el fenómeno de descarburización.

Cuando el carbono difunde hacia el interior del acero, el contenido de carbono en la superficie se incrementa comparado con aquel presente en el centro; así que después del temple del acero en agua, la dureza de la superficie aumenta y el núcleo permanece blando o tenaz.

111 Empleando contenidos de 40, 42.5 y 45% de conchas marinas que aportan el CO3Ca, presentes en las mezclas empleadas; generan relaciones de CO a CO2 mayores a la relación de equilibrio. Con estas cantidades este material activador se descompone continuamente y de acuerdo a la reacción (4) la presión de CO2 se incrementa. El gas de CO2 producido reacciona con los el carbono atómico según la reacción (2) para producir CO que causa la carburización, excediendo esta cantidad ocurre la descarburización disminuyendo el espesor de la capa cementada.

112 CAPITULO VI

CONCLUSIONES

 Experimentalmente y a nivel de laboratorio es posible endurecer superficialmente el acero SAE: 1020, aplicando el tratamiento termoquímico de Cementación sólida empleando una mezcla cementante constituida por carbón vegetal y conchas marinas.

 Se determinó que las condiciones óptimas para tratamiento termoquímico de cementación y la composición de la mezcla cementante que dan como resultado mayores valores de dureza superficial, son las siguientes:

Mezcla material cementante : 55% carbón vegetal 45% conchas marinas Temperatura Cementación : 960ºC

Tiempo Cementación : 4 horas

Para esta condición de prueba se consigue una dureza superficial de 66.8 HRc y una tenacidad igual a 23.5 Jouls.

 De manera general, se consiguen durezas superficiales entre 65.2 y 66.8 HRc con valores de resistencia al impacto desde 12.7 hasta 23.5 Jouls. Se hace evidente que existe un efecto sobre las propiedades mecánicas iniciales del acero desde que la dureza superficial se ve incrementada en un 85% comparada con su dureza original.

 En el proceso de cementación y en el endurecimiento por temple se presentan cambios micro estructurales que modifican directamente las propiedades mecánicas (dureza superficial y tenacidad). A altas temperaturas y tiempos prolongados de cementación se hace más

113 eficiente la difusión o migración de los átomos de carbono hacia la superficie y el interior de la muestra de acero. El aumento en átomos de carbono a nivel de superficie, determina el cambio microestructural inicial de ferrita + perlita a la formación de perlita + cementita. El endurecimiento superficial se debe exclusivamente a la formación de martensita del tipo acicular que se forma por el cambio de fase de la fase austenita rica en átomos de carbono a alta temperatura.

 Se determinó la existencia de una capa cementada endurecida y que presentan espesores que van desde 1.05 hasta 1.26 mm. El espesor de esta capa cementada es dependiente de las reacciones químicas y de la generación de los gases en el interior del contenedor. Así se tiene que, si las relaciones CO/CO2 son altas se tendrá la difusión de carbono y por consecuencia una eficiente cementación con incremento del espesor de la capa cementada.

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115 ANEXOS

ANEXO 1: HARDNESS TEST (ASTM E18)