La cementación es un proceso térmico crítico que da lugar a superficies de piezas duras y resistentes al desgaste, manteniendo al mismo tiempo núcleos blandos y dúctiles.
Todos los días utilizamos o interactuamos con estas piezas cementadas. Engranajes, ejes de transmisión, tornillos y otros elementos de fijación: si una pieza está sometida a cargas de torsión, es muy probable que haya sido cementada.
La medición de la profundidad de la carcasa de una pieza después del tratamiento ayuda a determinar si la pieza funcionará como está diseñada. Como se indica en el SAE J423 estándar, hay dos tipos de profundidad de casos: Total y efectiva. Cada una de ellas nos dice algo único, y no deben utilizarse ni especificarse indistintamente.

¿Cuál es la diferencia entre la profundidad total de la caja y la profundidad efectiva de la caja?

La profundidad total de la caja es la distancia total que el carbono, el nitrógeno o ambos se han difundido hacia el interior desde la superficie de la pieza. Puede observarse con un microscopio como la distancia desde la superficie hasta el punto en que no se puede distinguir claramente entre la carcasa exterior de la pieza y su núcleo interior. La medición de la profundidad total de la caja se suele especificar para las piezas que requieren cajas más finas.

La profundidad efectiva de la caja es la distancia hacia el interior desde la superficie de una pieza hasta una dureza específica. Sirve para medir si una dureza prevista ha penetrado a la profundidad correcta, según lo determinado por el ingeniero de diseño de una pieza. La profundidad efectiva de la caja se especifica normalmente para trabajos críticos en los que se requiere definir la dureza de una pieza y los cambios en su química.

Para la profundidad efectiva de la caja, la dureza especificada suele ser equivalente a 50 o 52 HRC. Explicamos con más detalle las escalas de dureza y los métodos de medición aquí.

El control del proceso durante la cementación es fundamental, especialmente en el caso de piezas con secciones finas o formas irregulares. Dichas piezas corren el riesgo de sufrir un "encastillamiento", lo que significa que la pieza se convierte en una carcasa y no en un núcleo. Sin ninguna ductilidad, las piezas con revestimiento son muy duras pero muy frágiles y se rompen con facilidad. Los tratamientos de cementación deben especificarse cuidadosamente para que una pieza pueda funcionar en su aplicación prevista sin riesgo de fallo.

Técnicas de medición de la profundidad total y efectiva del caso

La profundidad total de la caja suele medirse visualmente examinando la sección transversal de una pieza con un microscopio manual. La aplicación de ácido a la sección transversal antes de la medición crea el contraste visual que los humanos necesitan para poder distinguir la carcasa de la pieza de su núcleo.

En Paulo, utilizamos cámaras digitales para facilitar el examen visual de las piezas tratadas.
Los métodos de ensayo de microdureza se utilizan para determinar la profundidad efectiva de la caja. Se realizan una serie de muescas en la superficie de una pieza hasta que se alcanza una dureza determinada. A continuación, se mide la distancia desde la superficie de la pieza hacia el interior hasta ese nivel de dureza.

Las hendiduras de las pruebas de dureza aumentan de tamaño de derecha a izquierda, mostrando una penetración más profunda a medida que las pruebas se desplazan hacia el interior, hacia el núcleo más blando de esta pieza.

Es importante prestar atención a cómo se prepara una pieza de muestra antes de la medición de la profundidad total o efectiva de la caja. Pueden producirse mediciones no válidas si:

  • Los cortes de muestra o los ensayos de dureza no se realizan perpendicularmente a la superficie de la pieza. Las mediciones no perpendiculares darán lugar a lecturas de profundidad falsamente altas.
  • No se debe permitir que las piezas se calienten demasiado si se cortan antes de la medición. El aumento de calor ablanda las piezas, y la profundidad efectiva de la caja se leerá falsamente más baja.

Consideraciones sobre la especificación de la profundidad total y efectiva de la caja

En el caso de las piezas cementadas, el uso final de la pieza dicta el proceso de tratamiento térmico y la medición de la profundidad de la caja.

Normalmente, la profundidad efectiva de la caja es la preferida para los metales de alto rendimiento. Estas piezas de alta aleación ya son más caras, por lo que garantizar la calidad y limitar el riesgo de fallo requiere una medición más precisa e informativa de la profundidad de la caja.

Además, se prefiere una profundidad de caja efectiva en cualquier pieza crítica para la seguridad, como las que se encuentran habitualmente en aplicaciones de automoción o aeroespaciales.

La profundidad total de la caja se suele especificar para las piezas no críticas para la seguridad, en las que se sigue deseando una superficie dura y un núcleo dúctil, pero los requisitos de diseño no son tan rigurosos.

Las hendiduras del ensayo de dureza son visibles en el diente de un engranaje.

Experiencia en piezas, procesos y calidad

Paulo ha llevado a cabo la cementación de piezas críticas en los sectores de la automoción, aeroespacial e industrial. Para ello se requiere lo último en equipo de tratamiento térmico junto con la superioridad de sistemas de calidad.

Si cree que su empresa puede beneficiarse de nuestra experiencia, conéctese para discutir un proyecto futuro. O bien, continúe su investigación leyendo nuestro guía para la externalización del tratamiento térmico. En él, conocerá cómo la externalización del tratamiento térmico reduce los costes y las cargas administrativas y le permite centrarse en su actividad principal.

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