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La carburación es un proceso de tratamiento térmico que se utiliza para aumentar la dureza superficial de aleaciones de acero con bajo contenido de carbono mediante la difusión de átomos de carbono en las capas superficiales y subsuperficiales. Este proceso mejora la resistencia al desgaste, la resistencia a la fatiga y las propiedades mecánicas generales mientras mantiene un núcleo blando y dúctil. El acero se calienta a altas temperaturas en un ambiente rico en carbono, lo que permite que el carbono se difunda en la superficie. Después de la cementación, el material se enfría, normalmente en aceite, para endurecer la superficie. Las profundidades de la caja suelen oscilar entre 0,020 ″ y 0,050 ″, lo que la hace ideal para producir componentes mecánicos, herramientas y sujetadores duraderos.

Puntos clave explicados:

1. Propósito de la carburación:

   • La carburación se utiliza principalmente para aumentar la dureza superficial de aleaciones de acero con bajo contenido de carbono.
   • Mejora la resistencia al desgaste, la resistencia a la fatiga y las propiedades mecánicas al tiempo que conserva un núcleo dúctil.
   • Esto lo hace adecuado para componentes que requieren una superficie dura para mayor durabilidad y un núcleo resistente para soportar tensiones mecánicas.

2. Descripción general del proceso:

   • El acero se calienta a altas temperaturas (normalmente entre 850°C y 950°C) en un ambiente rico en carbono.
   • Los átomos de carbono se difunden en las capas superficiales y subterráneas del acero.
   • Después de la cementación, el material se enfría, generalmente en aceite, para endurecer la superficie.
   • El resultado es una capa superficial dura y resistente al desgaste con un núcleo más blando y dúctil.

3. Tipos de carburación:

   • Carburación de gas: Implica calentar el acero en un horno con un gas rico en carbono (por ejemplo, metano o propano). El gas se descompone a altas temperaturas, liberando carbono que se difunde en el acero.
   • Carburación al vacío: El acero se coloca en un horno de vacío, se calienta y luego se expone a un gas rico en carbono (por ejemplo, propano). El entorno de vacío garantiza un control preciso sobre el proceso de difusión de carbono.
   • Carburación líquida: El acero se sumerge en un baño de sales fundidas que contiene compuestos ricos en carbono. Este método es menos común pero ofrece calentamiento y difusión de carbono uniformes.
   • Pack Carburación: El acero se empaqueta en un material rico en carbono (por ejemplo, carbón vegetal) y se calienta en un recipiente sellado. El carbono del material de embalaje se difunde en el acero.

4. Mecanismo de difusión de carbono:

   • A altas temperaturas, los átomos de carbono migran desde el entorno rico en carbono hacia la superficie del acero.
   • El proceso de difusión está impulsado por el gradiente de concentración, con los átomos de carbono moviéndose desde áreas de alta concentración (el medio ambiente) a áreas de baja concentración (la superficie del acero).
   • La profundidad de penetración del carbono (profundidad del caso) depende de la temperatura, el tiempo y el potencial de carbono del medio ambiente.

5. Enfriamiento y endurecimiento:

   • Después de la cementación, el acero se enfría (templa) rápidamente para fijar los átomos de carbono en su lugar y endurecer la superficie.
   • El enfriamiento transforma la austenita (una fase del acero de alta temperatura) en martensita, una estructura dura y quebradiza.
   • El núcleo blando permanece dúctil porque no sufre la misma transformación de fase.

6. Aplicaciones de la carburación:

   • La carburación se usa ampliamente en industrias que requieren componentes duraderos y resistentes al desgaste.
   • Las aplicaciones comunes incluyen engranajes, ejes, cojinetes, sujetadores y herramientas.
   • Es particularmente útil para piezas sometidas a altas tensiones, abrasión o cargas cíclicas.

7. Ventajas de la carburación:

   • Mejora la dureza de la superficie y la resistencia al desgaste sin comprometer la dureza del núcleo.
   • Mejora la resistencia a la fatiga, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alto estrés.
   • Se puede aplicar selectivamente a áreas específicas usando técnicas de enmascaramiento (por ejemplo, pintura de parada de carbón).
   • Compatible con una amplia gama de aceros con bajo contenido de carbono y aceros aleados.

8. Limitaciones de la carburación:

   • Requiere un control preciso de la temperatura, el tiempo y el potencial de carbono para lograr la profundidad y dureza deseadas de la caja.
   • El proceso puede requerir mucho tiempo y energía, especialmente en el caso de cajas de gran profundidad.
   • Puede causar distorsión o agrietamiento en geometrías complejas debido a un calentamiento o enfriamiento desigual.

9. Comparación con otros procesos:

   • carbonitruración: Similar a la cementación, pero implica difundir carbono y nitrógeno en el acero. Este proceso se utiliza para piezas que requieren endurecimiento completo.
   • Endurecimiento por inducción: Un proceso de endurecimiento localizado que utiliza inducción electromagnética para calentar áreas específicas del acero. Es más rápido pero no proporciona la misma profundidad de endurecimiento que la carburación.

10. Tendencias futuras:

    • Los avances en la tecnología de cementación al vacío están mejorando el control de procesos y reduciendo el consumo de energía.
    • El desarrollo de gases de carburación y medios de enfriamiento ecológicos está ganando atención para reducir el impacto ambiental.
    • Se están integrando sistemas de automatización y monitoreo digital para mejorar la precisión y la repetibilidad.

Al comprender estos puntos clave, los compradores de equipos y consumibles pueden tomar decisiones informadas sobre la idoneidad de la cementación para sus aplicaciones específicas y seleccionar los materiales y procesos adecuados para lograr los resultados deseados.

Tabla resumen:

Aspecto clave	Detalles
Objetivo	Aumenta la dureza de la superficie, la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga.
Proceso	Calentar acero en un ambiente rico en carbono, seguido de enfriamiento.
Tipos	Carburación con gas, vacío, líquido y pack.
Aplicaciones	Engranajes, ejes, cojinetes, sujetadores y herramientas.
Ventajas	Superficie dura, núcleo resistente, resistencia a la fatiga mejorada y endurecimiento selectivo.
Limitaciones	Consume mucha energía, riesgo de distorsión y requiere un control preciso.

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