cementación

La cementación es un tratamiento térmico que crea una capa exterior dura y resistente al desgaste en un componente de acero, manteniendo el interior relativamente blando y tenaz. El resultado es una pieza que resiste el daño superficial, la fricción y la deformación sin volverse quebradiza en su totalidad. Esta estructura de doble propiedad hace que las piezas cementadas sean ideales para cojinetes, engranajes, ejes y otras piezas que deben soportar tanto el estrés de contacto como las cargas de impacto.

El proceso funciona introduciendo carbono o nitrógeno en la capa superficial del acero con bajo contenido de carbono, aumentando la dureza de esa zona. La carburación, el método más común, implica calentar la pieza de acero en un ambiente rico en carbono (tradicionalmente carbón vegetal o mezclas de gases modernas como metano y nitrógeno) a temperaturas entre 900 y 950 grados Celsius durante períodos que van desde varias horas hasta días, dependiendo de la profundidad de la capa deseada. El carbono se difunde en el acero y la pieza se enfría en aceite o agua para fijar la dureza. La nitruración utiliza nitrógeno en su lugar y opera a temperaturas más bajas (500 a 650 grados Celsius), produciendo capas más delgadas pero extremadamente duras; también causa menos distorsión que la carburación.

Variantes y precisión

La profundidad de la capa, el espesor de la capa endurecida, es crítica y se mide en décimas de milímetro. Una pista de rodamiento podría necesitar de 0,5 a 1,2 milímetros de capa dura; un diente de engranaje generalmente requiere de 0,8 a 1,5 milímetros. Demasiado superficial y la pieza falla; demasiado profunda y se pierde tiempo y dinero, además de arriesgar la distorsión o el agrietamiento durante el enfriamiento. El granallado, una técnica de compresión superficial, a menudo se aplica después del endurecimiento para prolongar la vida útil a la fatiga al contrarrestar la tensión de tracción que puede iniciar grietas.

El principal riesgo en la cementación es la distorsión. El enfriamiento enfría la superficie más rápido que el núcleo, estableciendo gradientes de tensión que pueden deformar la pieza o causar grietas en el núcleo si el enfriamiento es demasiado violento o la composición del acero no es adecuada. La austenita retenida (martensita no templada) en la capa puede causar una blandura inesperada. El revenido secundario, un ligero recalentamiento, alivia la tensión residual y es una práctica estándar después del endurecimiento.

La cementación es distinta del endurecimiento total, donde todo el componente se endurece uniformemente, y de los métodos de endurecimiento superficial como el endurecimiento por inducción o el endurecimiento por llama, que utilizan un calentamiento y enfriamiento rápidos sin difusión química. El término en sí mismo refleja la imagen industrial: se está construyendo una capa exterior dura, una coraza protectora, alrededor de un núcleo más resistente. Esta estrategia se ha utilizado desde la época medieval, cuando las hojas se carburaban en polvo de hueso, y sigue siendo esencial en la fabricación moderna de componentes mecánicos de alto rendimiento.