Importancia del Revenido y la Cementación en Aceros

El revenido es un tratamiento acondicionador fundamental del acero, con el que se le confieren las propiedades adecuadas para su fin. La cementación, por su parte, es un tratamiento termoquímico clave.

Cementación

Generalidades

Los tratamientos que hemos visto anteriormente consistían en procesos de calentamiento y enfriamiento exclusivamente. La cementación, en cambio, consiste en carburar una capa superficial del acero rodeándola de un producto carburante y calentando a la temperatura adecuada. Una vez terminada la operación, se templa y revienen las piezas, quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el núcleo.

Los aceros empleados son de bajo contenido de carbono, no superior a 0,30%, utilizándose también aceros aleados con níquel, cromo y molibdeno, especialmente adecuados para la cementación. La operación se realiza entre 850 y 950 °C con el acero en estado austenítico, que es cuando tiene mayor capacidad de disolución del carbono. Una vez absorbido por la capa periférica del acero, tiene lugar un proceso de difusión del carbono hacia el interior de la pieza.

La proporción de carbono de la capa cementada aumenta con la temperatura. Las proporciones de carbono que se consideran más adecuadas oscilan entre 0,50 y 0,90%. A partir del 1% se forman carburos y redes de cementita que debilitan la capa cementada y tienden a descascarillarse. El espesor de la capa cementada depende de la temperatura y del tiempo que dura la operación. El espesor más corriente varía de 0,5 a 1,5 mm.

Las materias cementantes pueden ser sólidas, líquidas a la temperatura de cementación (baño de sales) y gaseosas.

Tipos de Cementantes

Cementante Sólido (Carbón)

Compuesto generalmente por un 60% de carbón vegetal triturado en trozos de unos 4 mm, y un 40% de carbonato bárico. Las piezas que se van a cementar se colocan en cajas especiales de fundición, de chapa o de acero inoxidable, rodeadas del material cementante. Una vez preparadas, se cierran con una tapa metálica del mismo material que el resto de la caja y se tapan herméticamente con barro refractario. Se consigue aproximadamente una capa cementada de 0,15 mm por cada hora de permanencia en el horno a una temperatura de 900 °C.

Cementantes Líquidos (Baños de Sales)

Se utilizan mucho para la cementación de piezas pequeñas, siendo más rápidos y sencillos que la cementación con materias sólidas. Las sales para cementar están formadas generalmente por cianuro sódico y otras sales. Los hornos de sales deben estar cubiertos por campanas para la evacuación de los gases, que son muy venenosos.

Cementantes Gaseosos

La cementación con gases se efectúa colocando las piezas en una atmósfera carburante a la temperatura de cementación, de 850 a 900 °C. La atmósfera carburante está formada por una mezcla de un gas activo y un gas portador. El gas activo es generalmente metano.

Ventajas e Inconvenientes de los Distintos Cementantes

• Sólidos: Son fáciles de utilizar, pero resultan caros de aplicar por el consumo de combustible y el coste de la preparación de las piezas en las cajas. Presentan temperaturas muy desiguales en las cajas grandes.
• Líquidos: Son de acción más rápida y de más sencilla aplicación. Se aplican mucho para piezas pequeñas de fabricación en serie. El inconveniente es que las sales utilizadas son muy venenosas.
• Gaseosos: (No se detallan ventajas/inconvenientes específicos en el texto original, solo se describe el proceso).

Tratamientos Térmicos de las Piezas Cementadas

Después de la cementación, las piezas requieren tratamientos térmicos adicionales para optimizar sus propiedades. Los principales son:

1. Temple Directo desde la Temperatura de Cementación y Revenido

   Se emplea solo cuando se cementa en baño de sales o con gases, y únicamente para piezas de pequeño espesor (inferior a 0,5 mm). Se obtiene gran dureza en la capa cementada y en el núcleo, pero si los aceros no son de grano muy fino, la martensita del núcleo tenderá a ser frágil.

2. Temple a Temperaturas Inferiores a AC3 y Revenido

   Se dejan enfriar las piezas lentamente una vez cementadas. Después se calientan a temperaturas superiores a AC1 pero inferiores a AC3, se templan y se revienen. La capa cementada quedará templada, pero el núcleo quedará sin templar. Se utiliza este tratamiento para aceros de alta aleación y grano fino.

3. Temple a Temperaturas Superiores a AC3 y Revenido

   Después de la cementación, se enfrían las piezas lentamente y a continuación se calientan a una temperatura superior a AC3. Se templan y se revienen finalmente. El calentamiento a temperatura superior a AC3 afinaría el grano del acero del núcleo. En cambio, la capa cementada quedará algo frágil por haber sido sobrecalentada. Se emplea este tratamiento para aceros de aleación media y grano fino cuando se quiere obtener la máxima resistencia en el núcleo.

4. Dobles Temples: a Temperaturas Superiores a AC3 y AC1, y Revenido Final

   Este es el tratamiento racional de los aceros cementados, que antes se empleaba mucho para piezas de gran responsabilidad. Con el primer temple a temperatura superior a AC3, toda la pieza quedará templada, pero con la capa cementada sobrecalentada y con grano grueso. En el segundo temple, a temperatura superior a AC1, quedará corregido el sobrecalentamiento de la capa cementada, mejorando su estructura. El núcleo quedará con menor dureza y mayor tenacidad.

5. Revenidos

   Se hacen a temperaturas entre 150 y 200 °C, teniendo como misión principal reducir tensiones.

6. Austempering y Martempering

   Pueden también aplicarse estos dos tratamientos a las piezas cementadas cuando se quiere reducir al mínimo las deformaciones en el temple.