Universidad de Santiago de Chile

Facultad de Ingeniería
Departamento de Metalurgia

Laboratorio Tratamientos Térmicos

Experiencia N°3
“Cementación”
Autores:

Varinia Guzmán

Dilan Muñoz

Gabriela Naranjo

Asignatura: Tratamientos térmicos

Profesora: Verónica Espinoza

Fecha de realización: 03/06/2019

Fecha de entrega: 12/06/2019

Santiago - Chile

2019
Resumen

En esta tercera experiencia se realizó un tratamiento de cementación a dos tipos de acero. Se utilizó un acero
al carbono con 0.2% de carbono, y un acero aleado con la misma cantidad de carbono (SAE 4320)

Las variables estudiadas fueron el tiempo, el tipo de acero y la temperatura, con estas se analizará su
influencia sobre el espesor de la capa cementada.

Para comparar las distintas influencias de las variables mencionadas anteriormente, se tomaron micro –
fotografías a las muestras, luego de cada proceso y también se midió su dureza desde el centro hasta los
bordes de las probetas con una máquina de dureza Vickers.

Se observó que al aumentar el tiempo de cementación el carbono logra difundir más dentro de la pieza,
aumentando su dureza superficial. Además se comprueba al realizar un tratamiento de temple y revenido,
después de la cementación la dureza disminuye considerablemente al ir aumentando la temperatura de
revenido.

Contenido
1. Motivación y Objetivos........................................................................................................................ 6
1.1 Motivación.................................................................................................................................... 6
1.2 Objetivos....................................................................................................................................... 6
1.2.1 Objetivos principales.............................................................................................................. 6
1.2.2 Objetivos secundarios........................................................................................................... 6
2. Marco teórico...................................................................................................................................... 7
2.1 Cementación................................................................................................................................ 7
2.2 Temple.......................................................................................................................................... 8
2.3 Revenido...................................................................................................................................... 8
2.4 Ensayo de dureza......................................................................................................................... 9
3. Desarrollo experimental.................................................................................................................... 10
3.1 Materiales y equipo.................................................................................................................... 10
3.1.1 Materiales............................................................................................................................ 10
3.1.2 Equipo................................................................................................................................. 10
3.2 Procedimiento experimental....................................................................................................... 10
4. Resultados y discusiones................................................................................................................. 11
4.1 Análisis metalográfico................................................................................................................. 11
4.1.1 Acero 1020.......................................................................................................................... 11
4.1.2 Acero 4320.......................................................................................................................... 13
4.2 Ensayos de dureza..................................................................................................................... 18
4.2.1 Curvas de distancia v/s dureza............................................................................................ 18
4.2.2 Tabla espesor capa cementada...........................................................................................20
4.2 Discusiones................................................................................................................................ 21
4.2.1 Discusión Varinia Guzmán.................................................................................................. 21
4.2.2 Discusión Dilan Muñoz........................................................................................................ 22
4.2.3 Discusión Gabriela Naranjo................................................................................................. 23
5. Conclusión........................................................................................................................................ 25
6. Anexo............................................................................................................................................... 25
6.1 Calculo de la dureza promedio................................................................................................... 25
Índice de Tablas

Tabla 1. Tabla para identificación de piezas........................................................................................10

Tabla 2 Distancia capa cementada...................................................................................................... 20

Índice de Gráficos

Gráfico 1 Distancia (mm) v/s Dureza (HV) acero SAE 1020 y SAE 4320. 1 hora de Cementado........18

Gráfico 2 Distancia (mm) v/s Dureza (HV) acero SAE 1020 y SAE 4320. 8 horas de Cementado......18

Gráfico 3 Distancia (mm) v/s Dureza (HV) acero SAE 4320. Temple y Revenido a 150°C..................19

Gráfico 4 Distancia (mm) v/s Dureza (HV) acero SAE 4320. Temple y Revenido 200°C.....................19

Gráfico 5 Distancia (mm) v/s Dureza (HV) acero SAE 1020 y SAE 4320. Temple y Revenido a 400°C
............................................................................................................................................................. 20
Figura 1. Proceso de Cementación........................................................................................................ 7

Figura 2. Piezas cementadas (Ejes, piñones)........................................................................................7

Figura 3. Ciclo térmico utilizado en un TT de temple..............................................................................8

Figura 4. Ciclo térmico utilizado en un TT de Revenido.........................................................................8

Figura 5. Marcador piramidal de diamante Vickers................................................................................9

Figura 6. Acero 1020. Cementado 1 hora. Transición 500x.................................................................11

Figura 7. Acero 1020. Cementado 1 hora. Cementado 500x...............................................................11

Figura 8. Acero 1020. Cementado 8 horas. Transición 500x...............................................................12

Figura 9. Acero 1020. Cementado 8 horas. Cementado 500x.............................................................12

Figura 10. Acero 1020. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 400°C. Centro 500x...........12

Figura 11. Acero 1020. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 400°C. Transición 500x.....13

Figura 12. Acero 1020. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 400°C. Cementado 500x.. .13

Figura 13. Acero 4320. Cementado 1 hora. Transición 500x...............................................................13

Figura 14Acero 4320. Cementado 1 hora. Cementado 500x...............................................................14

Figura 15. Acero 4320. Cementado 8 horas. Transición 500x.............................................................14

Figura 16. Acero 4320. Cementado 8 horas. Cementado 500x............................................................14

Figura 17. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 150°C. Centro 500x...........15

Figura 18. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 150°C. Transición 500x.....15

Figura 19. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 150°C. Cementado 500x.. .15

Figura 20. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 200°C. Centro 500x...........16

Figura 21. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 200°C. Transición 500x.....16

Figura 22. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 200°C. Cementado 500x.. .16

Figura 23. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 400°C. Transición 500x.....17

Figura 25. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 400°C. Cementado 500x.. .17

Figura 24. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 400°C. Centro 500x...........17
1. Motivación y Objetivos

1.1 Motivación
En la industria, hay ciertos sistemas o mecanismos que requieren distintos tipos de piezas con
diferentes propiedades mecánicas, ya sea resistencia a la fluencia, ductilidad, resistencia al desgaste,
etc. Con la cementación, se pretende tener una pieza con un centro altamente dúctil y tenaz, a la vez
de tener una superficie exterior con gran resistencia al desgaste, por esto se realiza una difusión de
carbono a través de la pieza.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivos principales

 Estudiar la influencia de las variables tiempo, tipo de acero y temperatura sobre el espesor
de capa cementada.

1.2.2 Objetivos secundarios

 Relacionar la dureza y la distancia desde el borde cementado hacia el núcleo de cada

muestra y analizar los gráficos para cada tipo de acero.
 Estudiar la influencia de los tratamientos térmicos de temple y revenido sobre la dureza y la
estructura metalográfica del acero cementado.
2. Marco teórico

2.1 Cementación
Se refiere a la difusión controlada de carbono, para una mejor tenacidad, hay que empezar con un
acero bajo en carbono. En la cementación el carbono se difunde en la superficie del acero a una
temperatura por encima de la A 3. Se produce un alto contenido de carbono en la superficie debido a la
rápida difusión y a la alta solubilidad de carbono en austenita. Cuando el acero es entonces templado
y revenido, la superficie se convierte en martensita revenida al alto carbono, en tanto que el centro
ferrítico continúa siendo blando y dúctil. El grosor de la superficie endurecida, de nuevo llamada
profundidad de cementado, es mucho menor en aceros carburizados que en aceros endurecidos por
flama o inducción.

Figura 1. Proceso de Cementación

Figura 2. Piezas cementadas (Ejes, piñones).

2.2 Temple
Consiste en austenizar un acero y luego enfriarlo en forma más o menos rápida (según composición
química y tamaño de las piezas) en un medio adecuado como ser: agua, aceite o sales fundidas.
Tiene por objeto endurecer y aumentar la resistencia del acero. En la figura 1 se esquematiza el ciclo
térmico de un temple.

Figura 3. Ciclo térmico utilizado en un TT de temple

2.3 Revenido
Es el tratamiento térmico que sigue a todo temple. El objetivo es modificar y no eliminar los efectos
del temple. El revenido consiste en calentar el acero, previamente templado, a temperaturas inferiores
a la crítica A1 (723ºC), mantenerlo un tiempo adecuado y luego enfriarlo a temperatura ambiente
como se indica en la figura 2.

Figura 4. Ciclo térmico utilizado en un TT de Revenido.

2.4 Ensayo de dureza
El ensayo de dureza, permite saber la resistencia que ofrece un material, a ser rayado o indentado

por un material distinto. Existen distintos tipos de ensayos: Brinell, Vickers y Rockwell, los cuales
ofrecen distintos tipos de procedimientos, normas y resultados, por sus diferencias en el elemento
indentador, escalas de carga, etc., por lo que se elige el tipo de ensayo dependiendo del material que
se requiere ser testeado.

En esta experiencia se usa el ensayo de Dureza Vickers (HV), en el cual se utiliza un marcador
piramidal de base cuadrada con un ángulo incluido de 136° entre las cargas opuestas. Como
resultado de la forma del marcador, la impresión sobre la superficie de la muestra será un cuadrado.
La longitud de la diagonal del cuadrado es media por medio de un microscopio equipado con un
micrómetro ocular. Para convertir la diagonal medida al número de dureza piramidal Vickers se
utilizan tablas, o la siguiente fórmula:

1,854 L
HV =
d2
Donde, L = carga aplicada en Kg, d = longitud de la diagonal del cuadrado de la impresión, en mm.

Figura 5. Marcador piramidal de diamante Vickers.

3. Desarrollo experimental

3.1 Materiales y equipo

3.1.1 Materiales
 Acero SAE 1020
 Acero SAE 4320
 Cementante Durferrit
 Caja de acero inoxidable

3.1.2 Equipo
 Horno
 Microscopio metalográfico
 Durómetro Vickers

3.2 Procedimiento experimental

En la experiencia, se usa el numero indicado en la siguiente tabla para identificar cada muestra.

Tabla 1. Tabla para identificación de piezas.

 Las muestras se llevan a la caja de acero sujetas con un alambre y son cubiertas de un
cementante Durferrit
 Se lleva la caja de acero (con orificios en los lados) al horno a una temperatura de 900° C. el
cementante se oxida dando como producto CO2 lo cual a la temperatura que se llevo
reacciona con la superficie aportando carbono a la superficie de cada una de las probetas.
 A la muestra 11 y 21 se les realizó solo cementación durante 1 hora a 900°c, en cambio a las
muestras 13 y 23 se llevaron a una cementación durante 8 horas.
 La muestra 18, 26, 27 y 28 se les realizo cementación por 8 horas además de un temple y
revenido durante 1 hora.
 Se realiza un ensayo de dureza a cada una de las probetas.
 Se realizó micrografías representativas para cada una de las muestras, además determinar el
espesor de capa cementante que tiene cada una de las muestras.
4. Resultados y discusiones

4.1 Análisis metalográfico

De acuerdo a los resultados obtenidos luego de aplicar el cementante y los tratamientos térmicos a
alguna de las muestras se dan los siguientes resultados.

4.1.1 Acero 1020

4.1.1.1 Cementado a 900° C por 1 hora

Figura 6. Acero 1020. Cementado 1 hora. Transición 500x

Figura 7. Acero 1020. Cementado 1 hora. Cementado 500x.

4.1.1.2 Cementado a 900°C por 8 hora

Figura 8. Acero 1020. Cementado 8 horas. Transición 500x.

Figura 9. Acero 1020. Cementado 8 horas. Cementado 500x

4.1.1.3 Cementado a 900°C por 8 horas posterior temple y revenido 400°C

Figura 10. Acero 1020. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 400°C. Centro 500x.
 Figura 11. Acero 1020. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 400°C. Transición 500x.

Figura 12. Acero 1020. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 400°C. Cementado 500x.

4.1.2 Acero 4320

4.1.2.1 cementado a 900°C por 1 hora

Figura 13. Acero 4320. Cementado 1 hora. Transición 500x.

 Figura 14. Acero 4320. Cementado 1 hora. Cementado 500x.

4.1.2.2 Cementado a 900°C por 8 horas

Figura 15. Acero 4320. Cementado 8 horas. Transición 500x.

Figura 16. Acero 4320. Cementado 8 horas. Cementado 500x.

4.1.2.3 Cementado a 900°C por 8 horas, posterior temple y revenido a 150°C

Figura 17. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 150°C. Centro 500x.

Figura 18. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 150°C. Transición 500x.

Figura 19. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 150°C. Cementado 500x.
4.1.2.4 Cementado a 900°C por 8 horas, posterior temple y revenido a 200°C

Figura 20. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 200°C. Centro 500x.

Figura 21. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 200°C. Transición 500x.

Figura 22. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 200°C. Cementado 500x.
4.1.2.5 Cementado a 900°C por 8 horas, posterior temple y revenido a 400°C

Figura 23. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 400°C. Transición 500x.

Figura 24. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 400°C. Centro 500x.

Figura 25. Acero 4320. Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 400°C. Cementado 500x.
4.2 Ensayos de dureza
Usando la Tabla 1, para identificar cada muestra en cada gráfico, se obtuvieron los siguientes
resultados.

4.2.1 Curvas de distancia v/s dureza

4.2.1.1 Cementado 1 hora

Cementacion 1 hora
1200

1000

800
Dureza HV

SAE 1020
600 (11)
400

200

0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
Distancia (mm)

Gráfico 1 Distancia (mm) v/s Dureza (HV) acero SAE 1020 y SAE 4320. 1 hora de Cementado

4.2.1.2 Cementado 8 horas

900
Cementacion 8 hrs
800
700
600
Dureza HV

500
SAE 1020 (13)
400 SAE 4320 (23)
300
200
100
0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
Distancia (mm)
Gráfico 2 Distancia (mm) v/s Dureza (HV) acero SAE 1020 y SAE 4320. 8 horas de Cementado
4.2.1.3 Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 150°C

Cementación 8 hrs, temple y revenido a 150°C

700

600

500
SAE 4320
Dureza HV

400
(26)
300

200

100

0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
Distancia (mm)

Gráfico 3 Distancia (mm) v/s Dureza (HV) acero SAE 4320. Temple y Revenido a 150°C

4.2.1.4 Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 200°C

Cementación 8 hrs, temple y revenido 200°C

700

600

500
Dureza HV

400 SAE 4320 (27)

300

200

100

0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
Distintacia (mm)

Gráfico 4 Distancia (mm) v/s Dureza (HV) acero SAE 4320. Temple y Revenido 200°C
4.2.1.5 Cementado 8 horas. Posterior temple y revenido 400°C

Cementacion 8 hrs, temple y revenido 400°C

800
700
600
500 SAE 1020
Dureza HV

400 (18)
300 SAE 4320
(28)
200
100
0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
Distancia (mm)

Gráfico 5 Distancia (mm) v/s Dureza (HV). Acero SAE 1020 y SAE 4320. Temple y Revenido a 400°C

4.2.2 Tabla espesor capa cementada

Tabla 2 Distancia capa cementada

Capa
Promedio dureza
Pieza cementada
HV
(mm)
11 210 0,3
13 269 1,1
18 478 0,6
21 466 0,3
23 499 0,5
26 508 0,3
27 513 0,3
28 564 0,2
4.2 Discusiones

4.2.1 Discusión Varinia Guzmán

Tomando en cuenta los resultados dados en la tabla 2, los dos aceros trabajos al tener el mismo
porcentaje de carbono el acero 4320 al presentar una alta templabilidad y con este tratamiento
térmico de cementación, se agrega dureza superficial con alta tenacidad en el núcleo. Contiene
mayor dureza por los elementos aleantes que contiene que son Cr-Ni-Mo, lo que favorece la aparición
de martensita, que se formaran mayor cantidad de carburos. En cambio, un acero 1020, al
cementarlo tendrá más carbono en sus capas y cuando se hace un posterior temple y revenido es
más fácil formar martensita por lo cual queda con una dureza mayor en comparación a un acero solo
cementado.

Sobre las horas de cementado de cada una de las piezas se puede observar que el cementado en 1
hora, es menos efectivo que en 8 horas ya que el proceso de difusión de átomos de carbono es
mucho mayor para este, ya que además el gradiente de concentración existente entre el acero y el
ambiente carburante genera la difusión del carbono a través de los intersticios del metal, debido al
tamaño del átomo de carbono. Si a esto se le añade un templado o revenido como se muestra en la
tabla 2 obtenemos una capa martensítica, que nos brinda propiedades de durezas mucho más
elevadas

En cuanto al grosor de la capa cementada tabla 2, donde existe la mayor concentración de carbono
respecto al acero en general, es en el acero 1020 con una capa cementada de 1,1 mm lo cual
representa la capa intermedio de la profundidad con la que penetro el acero, en cambio a la que dio
menor es en el acero 4320 posterior de un tratamiento térmico de temple y revenido a 400°C la cual
se obtuvo una capa cementada de 0,2 mm la cual corresponde a una capa delgada, y los demás
capas cementadas están en el promedio entre capas delgadas e intermedias. La cual estos
resultados de capa cementada se obtuvieron de cada uno de los gráficos.

Tanto el tiempo de cementado, como el tiempo y temperatura de enfriamiento aplicado a un material

son variables muy importantes en la obtención de las distintas microestructuras y propiedades de los
materiales. Se puede observar en las figuras 6 y 7, que un acero 1020 cementado a 1 hora solo se
produce una capa de carbono y el centro de la figura queda con la misma microestructura que es
ferrita más perlita, lo mismo ocurre con las 8 horas de cementado.
En cuanto a la microestructura de un acero 4320 con 1 y 8 horas de cementado (figura 13, 14, 15 y
16) en el núcleo no se producen cambios de microestructura solo en la capa externa que se produce
más carbono y en este caso aún más por los elementos aleantes que contiene, en cambio la
microestructura de ambos aceros figura () en el centro de la pieza al realizar un posterior tratamiento
térmico de temple y revenido a distintas temperaturas se formara martensita revenida la cual se
formara mayor dureza en la capa externa y en el centro se encontrara más dúctil, con esto se
mejoraran propiedades mecánicas de los aceros trabajados con un bajo porcentaje de carbono.
4.2.2 Discusión Dilan Muñoz
En el análisis metalográfico, se observan 3 imágenes microestructurales de la zona del centro,
transición y capa cementada de la pieza.
En el caso del acero 1020 cementado por 1 hora, incluyen imágenes de la transición y de la capa
cementada, ya que el centro, al no ser afectado por el carbono difundido, mantiene su microestructura
inicial, la cual es una gran cantidad de ferrita proeutectoide con presencia de unas pocas colonias
perlíticas, debido al poco contenido de carbono. En la zona de transición, se observa como aumenta
la cantidad de colonias perlíticas en la microestructura, debido a la difusión de carbono realizada que
aumenta la cantidad relativa de perlita. Ya en la zona de la capa cementada, se observa casi un
100% de perlita, con unas mínimas zonas de ferrita proeutectoide o que hasta pueden ser carburos
de hierro (cementita) que nuclearon en los bordes de las colonias perlíticas, debido al aumento en el
contenido de carbono. Al cementar el mismo acero 1020 pero ahora por 8 horas, se observa que la
zona de transición tiene características parecidas a la de la cementación por 1 hora, pero ahora se
observa una mayor cantidad de colonias perlíticas respecto a las zonas de ferrita proeutectoide. En la
zona de la capa cementada, se observa una clara presencia de perlita en toda la microestructura, sin
presencia de una fase proeutectoide, o ésta en una cantidad muy mínima, esto debido al mayor
tiempo de cementación que se le dio a la pieza, lo que provoca una mayor difusión de carbono en la
microestructura.
Al realizarle un posterior temple y revenido al acero 1020 cementado, se aprecia la formación de
ciertas zonas que pueden ser ferrita widmanstätten o unidades bainíticas, esto debido a su forma
arborizada o con agujas. En la zona de transición y capa cementada, se observa una estructura de
martensita revenida, formada con el temple y luego revenido, con algunas zonas de austenita
retenida, debido al alto contenido de carbono de esta zona.
En el caso del acero SAE 4320, en la zona de transición se observa el carbono avanzando, formando
cada vez más perlita, y hasta formando carburos debido al gran contenido de carbono. En la capa
cementada, ya no se observa la fase ferrítica proeutectoide, sino más bien una microestructura rica
en perlita. Al cementar por un mayor tiempo, 8 horas, la zona de transición será similar a la de la
cementación por 1 hora, pero con una diferencia en su ubicación, ya que habrá más difusión de
carbono debido al mayor tiempo de cementado. En la capa cementada se observa una zona libre de
ferrita proeutectoide, por el alto contenido de carbono.
Al realizarle un temple y revenido a 150° al mismo acero anterior, en el centro de observa formación
de ferrita widmanstätten debido a la alta velocidad de enfriamiento del temple, en conjunto con
unidades bainíticas en los bordes de grano. En la zona de transición, se observan zonas con
formación de martensita, que luego con el revenido es convertida en martensita revenida. Esta
microestructura se repite a las 2 siguientes temperaturas de revenido 200°C y 400°C, diferenciándose
probablemente en la martensita revenida, donde a una mayor temperatura se presentará una mayor
cantidad de martensita revenida lo que provocará un aumento en propiedades como ductilidad o
tenacidad de la pieza.
Con respecto a las gráficas de Distancia de capa cementada vs Dureza HV, en el caso del
tratamiento de cementado durante 1 hora se observa que la pieza de acero SAE 4320, presenta una
mayor dureza en la zona superficial de la pieza (974 HV), con respecto al acero SAE 1020 (311 HV),
esto debido a la presencia de elementos aleantes en el acero, que aumentan la dureza inicial de la
pieza. Al ir avanzando hacia la parte superior de la probeta, se observa una disminución de la dureza,
debido a la difusión de carbono que alcanza solo una parte de la pieza, donde desde
aproximadamente los 1 mm, nos encontramos en la zona central de la pieza que no presentó difusión
de carbono.
Al cementar las mismas piezas, pero ahora durante 8 horas, se observa la misma tendencia donde el
acero SAE 4320 posee una mayor dureza general que el acero SAE 1020. En este caso se observa
una regularidad en la dureza desde aproximadamente los 2 mm, una mayor distancia que el caso
anterior, debido al mayor tiempo de cementado que genera una mayor difusión de carbono a través
de la pieza.
Las piezas de acero SAE 1020 y SAE 4320, al ser sometidas a un posterior tratamiento de temple y
revenido a 400°C, el mismo comportamiento con mayor dureza del acero aleado. En este caso, el
acero al carbono presenta más dureza, debido al tratamiento de temple realizado, donde su
microestructura al formar fases como la ferrita widmanstätten, bainita o martensita, tendrá mayor
dureza, incluso en el centro de la pieza. El acero aleado presenta una menor dureza, debido al
revenido que reduce las propiedades de la martensita creada en el temple.
Además, la pieza de acero SAE 4320, se sometió a 2 tratamientos adicionales de temple y revenido,
a 150°C y 200°C, donde a mayor temperatura de revenido, la dureza se ve disminuida, debido a la
formación de martensita revenida que posee una dureza menor a la martensita formada por el temple.
Al calcular el valor de la distancia de la capa cementada, con los promedios de dureza HV de cada
pieza, se observa que la mayor capa cementada es en el acero SAE 1020 cementado durante 8
horas, con una capa cementada de aproximadamente 1.1 mm. En el acero aleado, se observa una
mayor capa cementada en un tratamiento sin temple ni revenido, con diferencias de
aproximadamente 2 mm.

4.2.3 Discusión Gabriela Naranjo

Luego de aplicar el tratamiento termoquímico de cementación a los aceros SAE 1020 y SAE 4320,
ambos con cantidades iguales de carbono, se les hace un análisis metalográfico. Para el acero SAE
1020 con una hora de cementado, se tiene la figura 7 del inicio de la capa cementada, en donde se
observa como el carbono se difunde dentro de la pieza, en esta zona se ven solo colonias perliticas,
debido al aumento del porcentaje de carbono. Al observar la imagen de la transición, figura 6, se ve
cómo va disminuyendo la cantidad de perlita, y comienza a aparecer la ferrita proeutectoide, a medida
que el carbono va decreciendo. Al analizar el mismo proceso de cementado pero por 8 horas, al
mismo acero SAE 1020, se ve como al principio de la capa cementada (figura 9), la cantidad de
perlita aumenta mucho más en comparación al cementado de una hora, esto debido a que el carbono
tuvo más tiempo para difundir dentro de la muestra, luego al observar la transición (figura 8) se nota
que tiene el mismo comportamiento que la transición del cementado de una hora.
Al observar las imágenes obtenidas luego de realizar un temple y revenido a 400°C después del
cementado, en el centro de la pieza es posible visualizar ferrita widmanstätten, y en la zona de
transición y capa cementada se puede ver claramente la presencia de martensita revenida en la
pieza, esta aparece debido al temple y posterior revenido.
Al aplicar este mismo tratamiento al acero SAE 4320, si se observa la figura 14 correspondiente a la
capa cementada, se puede notar la presencia de una zona con rica en perlita, en la figura 13 en la
zona de transición tampoco se puede ver la presencia de la fase proeutectoide, sino que solo se
observa perlita. Lo mismo ocurre para el proceso de cementación por ocho horas, la única diferencia
que hay entre estos dos tratamientos, es que con la carburización de ocho horas el carbono logra
difundir más profundo dentro de la matriz. Es posible que por los elementos aleantes, en la capa
cementada se formen carburos. Luego de realizar un temple y revenido a 150°C, al igual que en el
acero SAE 1020, es posible observar ferrita widmanstätten en el centro de la muestra. En la capa
cementada se puede ver pequeñas agujas correspondientes a la microestructura martensitica
provocada por el temple, esta se ve mucho más oscura en comparación a la transición debido al
porcentaje de carbono presente en las orillas de la pieza. Toda la martensita que se formó tras el
temple, luego del revenido se transforma en martensita revenida. En el caso del temple y revenido a
200°C las microestructuras observadas son muy parecidas a las del temple y revenido a 150°C, se
observa que en la capa cementada hay una gran presencia de carbono, ya que la imagen se ve
totalmente oscura, esto puede ser la presencia de colonias perliticas más los carburos formados,
luego en la transición y el centro de la pieza se ven partes con martensita revenida y ferrita
widmanstätten. Lo mismo ocurre para el temple y revenido a 400°C, la única diferencia entre estas
diferencias de temperatura será en las propiedades mecánicas obtenidas.
En relación a los graficos de las dureza obtenidas, en el grafico que muestra la distancia (mm) v/s
dureza (HV) para la cementación por 1 hora, se ve que el acero 4320 tiene una dureza superficial
mucho más alta que la del acero 1020, el acero aleado tiene una dureza de casi 1000 HV, mientras
que el acero al carbono alcanza los 300 HV. Esta diferencia se debe a que el acero aleado, al tener
otros componentes su dureza inicial ya es mayor en comparación a la del acero al carbono.
Esta mismo ocurre en la comparación de durezas superficiales con la cementación de ocho horas.
Según la tabla 2, la distancia de la capa cementada para el acero 1020 y 4320 para el cementado de
una hora, es la misma, pero el acero 4320 con una dureza promedio de 466 HV, mientras que el
acero 1020 tiene una dureza promedio de 210 HV.´
Las piezas de acero SAE 1020 y SAE 4320, al ser pasadas por un tratamiento de temple y revenido a
400°C, también se da que la mayor dureza la tiene el acero aleado. Para este tratamiento térmico, el
acero SAE 1020 aumenta su dureza, debido al temple que se le hizo, a causa del enfriamiento rápido
que sufrió se formó martensita en su estructura, y esto causó el aumento de dureza.
Al acero aleado se le hicieron tratamientos complementarios, en donde se varió la temperatura de
revenido después del temple. A medida que se aumenta la temperatura de revenido la dureza del
material disminuye, debido a que se liberan más tensiones de la martensita formada en temple.
La mayor distancia de capa cementada para el acero al carbono fue en el proceso de cementación de
8 horas, la distancia calculada según grafico de dureza v/s distancia fue de 1.1 mm. Para el acero
aleado, la distancia máxima de la capa cementada fue de 0.5 mm, en el mismo tratamiento,
cementado por 8 horas.
 5. Conclusión
 Se logró verificar que, a mayor tiempo de cementado, la capa de carbono aumenta debido a
la alta difusión del carbono.
 La mayor dureza obtenida para el acero SAE 4320 y SAE 1020 fue con un tratamiento de
temple y revenido a 400°C, después de la cementación por 8 horas. Registrando un valor de
564 HV para el acero SAE 4320 y 478 HV para el acero SAE 1020.
 La microestructura al realizar un temple y revenido después del proceso de cementación
corresponde a martesita revenida, para ambos aceros, y al realizar solo cementación la
microestructura no cambia de la inicial, y se tiene ferrita más perlita en el centro, y en los
bordes se puede observar el carbono.

6. Anexo

6.1 Calculo de la dureza promedio

Distancia DUREZA HV
(mm)
11 13 18 21 23 26 27 28
0,1 311 386 621 974 817 610 656 716
0,2 259 345 569 581 685 560 573 660
0,3 218 343 539 439 622 509 497 606
1,0 177 250 419 288 331 486 479 538
2,0 150 145 383 267 280 465 452 448
5,0 146 144 337 246 261 420 421 413