ES2276161T3 - Metodo para cementar a presion piezas de acero. - Google Patents
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Abstract
Método para cementar a presión piezas de acero mediante la introducción de un portador de nitrógeno activo en la cámara del horno a vacío, usando amoníaco a una presión de 1 a 500 mbar, caracterizado porque el amoníaco se empieza a introducir en la cámara del horno a vacío en el momento en el que la carga alcanza la temperatura de 400ºC, y se introduce de forma continua en la cámara hasta el momento en el que la carga alcanza la temperatura necesaria para comenzar el proceso de cementación, es decir, el momento en el que se empieza a introducir el portador de carbón. - - - (En el mencionado fascículo siguen las versiones en alemán y en francés, respectiva-mente, de las mismas reivindicaciones que se han traducido de la versión en inglés). - - - - 3 - - 5 - 1
Description
Método para cementar a presión piezas de
acero.
La presente invención se refiere a un método
para cementar productos de acero, en particular partes de máquinas,
vehículos y todo tipo de aparatos mecánicos, en hornos a vacío a
presión reducida y a temperatura elevada.
A partir de la patente US nº 6.187.111 se conoce
un método para cementar productos realizados en acero en una cámara
de horno. En este método, se genera un vacío en el intervalo
comprendido entre 1 y 10 hPa, y la temperatura del proceso de
cementación se mantiene entre 900ºC y 1.100ºC. El portador de
carbono allí es etileno gaseoso. La patente US nº 5.205.873
describe el proceso de cementación llevado a cabo a baja presión en
una cámara de horno calentada hasta temperaturas entre 820ºC y
1.100ºC. Este proceso comienza en una cámara en la que se genera un
vacío inicial de hasta 10^{-1} hPa, para eliminar el aire.
Después, tras rellenar la cámara con nitrógeno puro, se colocan en
ella las piezas a cementar. En la cámara cargada, se genera un vacío
en el intervalo de 10^{-2} hPa, y la carga se calienta hasta la
temperatura austenizante, y esta temperatura se mantiene hasta que
se igualan las temperaturas a lo largo de toda la pieza; después, la
cámara del horno se llena con hidrógeno hasta 500 hPa.
Seguidamente, se introduce etileno como el portador de carbono, a la
presión de 10 hasta 100 hPa, y se crea una mezcla gaseosa que
consiste en hidrógeno y etileno, en la que el contenido de etileno
oscila desde 2% hasta 60% de la mezcla gaseosa en volumen.
Asimismo, la patente US nº 5.702.540 describe el
método de cementación, según el cual la carga se precalienta a
vacío, y, como portador de carbono, se usan hidrocarburos alifáticos
insaturados gaseosos. Este método también se puede aplicar para la
carbonitruración, en la que, junto con el portador de carbono, se
introduce un portador de nitrógeno activo en la cámara del horno.
El documento EP-A-0 545 069 describe
un método para despasivar acero, en el que se introduce amoníaco en
un horno, a una presión >1 bar, entre 100ºC y 1.000ºC.
El método para cementar a presión piezas de
acero según la presente invención, tal como se indica en las
reivindicaciones, comprende la introducción de amoníaco en una
cámara de horno a vacío, en el momento en el que la carga alcanza
la temperatura de 400ºC, y se introduce en la cámara de horno a
vacío hasta que la cámara alcanza la temperatura requerida para
comenzar el proceso de cementación, que es el momento en el que se
introduce el portador de carbono.
El efecto del método según la presente invención
permite la aplicación eficaz del intervalo superior de temperaturas
de cementación debido a que se restringe el crecimiento de granos de
austenita como resultado de la saturación inicial del área del
horno con nitrógeno, sin la formación de nitruros desfavorables
sobre la superficie de la carga, y en consecuencia el proceso se
acelera significativamente.
Una de las posibles implementaciones del método
para cementar a presión piezas de acero según la presente invención
se ilustra mediante los siguientes ejemplos:
Ejemplo
1
Se cargó una cámara de horno del tamaño 200 x
200 x 400 mm con piezas realizadas en acero con bajo contenido de
carbono, de grados C15, 16CrMn5 y 17CrNiMo. La superficie total de
la carga fue 0,4 m^{2}. Después de precalentar a vacío hasta
400ºC, se introdujo amoníaco en el interior de la cámara del horno,
con un caudal constante de 50 l/h. La atmósfera del
proceso se mantuvo a presión constante de 5 mbar. Cuando las piezas
de acero alcanzaron la temperatura de 950ºC, se interrumpió la
introducción de amoníaco, y se introdujo la atmósfera de
cementación durante veinte minutos, y se mantuvo una temperatura
constante de la cámara del horno a vacío; la atmósfera estaba
formada por el portador de carbono, en forma de una mezcla de
etileno y acetileno en una relación volumétrica de 1, mezclado con
hidrógeno en la relación volumétrica 1,17, introducida con un
caudal constante de 190 l/h, y que genera de este modo un pulso de
presión en la cámara del horno dentro del intervalo de 3 a 8 mbar.
Durante los siguientes 8 minutos las piezas de acero se calentaron a
vacío a la temperatura de 950ºC, y después se enfriaron lentamente
a vacío hasta la temperatura ambiente. Sobre las piezas de acero
individuales se produjeron capas cementadas con las siguientes
características.
La superficie de todas las piezas tras la
cementación era limpia y brillante, sin signos de hollín ni
alquitrán.
Se cargó una cámara de horno del tamaño 200 x
200 x 400 mm con piezas realizadas en acero con bajo contenido de
carbono, de grados 16CrMn5 y 17CrNiMo. La superficie a tratar de la
carga fue 0,4 m^{2}. Después de precalentar a vacío hasta 400ºC,
se introdujo amoníaco en el interior de la cámara del horno, con un
caudal constante de 50 l/h. La atmósfera del proceso se mantuvo a
una presión constante de 5 mbar. Cuando las piezas de acero
alcanzaron la temperatura de 950ºC, se interrumpió la introducción
de amoníaco, y se introdujo una atmósfera de cementación durante
veinte minutos, y se mantuvo una temperatura constante de la cámara
del horno a vacío. La atmósfera estaba formada por el portador de
carbono, en forma de una mezcla de etileno y acetileno en la
relación volumétrica 1, mezclado con hidrógeno en la relación
volumétrica 1,17, introducida con un caudal constante de 190 l/h, y
que genera de este modo un pulso de presión en la cámara del horno
en el intervalo de 3 a 8 mbar. Durante los siguientes 20 minutos
las piezas de acero se calentaron a vacío a la temperatura de
950ºC, y después se enfriaron rápidamente hasta la temperatura
ambiente en nitrógeno, a una presión incrementada hasta 6 bares.
Sobre las piezas de acero individuales se produjeron capas
cementadas con el siguiente comportamiento.
La superficie de todas las piezas después de la
cementación fue clara y brillante, sin signos de hollín ni
alquitrán.
Se cargó una cámara de horno del tamaño 200 x
200 x 400 mm con piezas realizadas en acero con bajo contenido de
carbono, de grados C15, 16CrMn5 y 17CrNiMo. La superficie total de
la carga fue 0,4 m^{2}. Después de precalentar a vacío hasta
400ºC, se introdujo amoníaco en el interior de la cámara del horno,
con un caudal constante de 50 l/h. La atmósfera del
proceso se mantuvo a una presión constante de 5 mbar. Cuando las
piezas de acero alcanzaron la temperatura de 1.000ºC, se interrumpió
la introducción de amoníaco, y se introdujo la atmósfera de
cementación durante veinte minutos, y se mantuvo una temperatura
constante de la cámara del horno a vacío; la atmósfera estaba
formada por el portador de carbono, en forma de una mezcla de
etileno y acetileno en la relación volumétrica 1, mezclado con
hidrógeno en la relación volumétrica 1,17, introducida con un
caudal constante de 270 l/h, y que genera de este modo un pulso de
presión en la cámara del horno en el intervalo de 3 a 8 mbar.
Durante los siguientes cinco minutos las piezas de acero se
calentaron a vacío a la temperatura de 1.000ºC, y después se
enfriaron lentamente a vacío hasta la temperatura ambiente. Sobre
las piezas de acero individuales se produjeron capas cementadas con
el siguiente comportamiento.
La superficie de todas las piezas tras la
cementación fue clara y brillante, sin signos de hollín ni
alquitrán.
Claims (1)
1. Método para cementar a presión piezas de
acero mediante la introducción de un portador de nitrógeno activo
en la cámara del horno a vacío, usando amoníaco a una presión de 1 a
500 mbar, caracterizado porque el amoníaco se empieza a
introducir en la cámara del horno a vacío en el momento en el que la
carga alcanza la temperatura de 400ºC, y se introduce de forma
continua en la cámara hasta el momento en el que la carga alcanza
la temperatura necesaria para comenzar el proceso de cementación, es
decir, el momento en el que se empieza a introducir el portador de
carbón.
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