Carbonitruracion Expo

CARBONITRURACIÓN DE ACEROS AISI-SAE 8620, 1020 EN ATMÓSFERAS
DE AMINAS MEZCLADAS CON ALCOHOL PARA LA EMPRESA IMATT SAS.
NANCY LILIANA RIBERO RUGELES
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERÍAS FISICOQUÍMICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES
BUCARAMANGA
2013
CARBONITRURACIÓN DE ACEROS AISI-SAE 8620, 1020 EN ATMÓSFERAS
DE AMINAS MEZCLADAS CON ALCOHOL PARA LA EMPRESA IMATT SAS.
NANCY LILIANA RIBERO RUGELES
Trabajo de Grado para optar al título de

INGENIERA METALÚRGICA
DIRECTOR:
FABIO ALBERTO GARZÓN GALVIS
Ingeniero Metalúrgico.
CO DIRECTORA:
SANDRA JUDITH GARCÍA VERGARA
Ingeniera Metalúrgica, Dra.
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERÍAS FISICOQUÍMICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES
BUCARAMANGA
2013
3
4
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo está dedicado primero que todo a Dios, por permitirme culminar esta etapa y aunque sé que
todavía faltan muchas más, sé que con la ayuda de él no hay nada imposible. Gracias Señor porque siempre
estás ahí, me has convertido en una profesional, me has dado sabiduría y valor para culminar este sueño; Sé
que tienes grandes cosas para mí y para mis seres queridos, y sé que con mi fe y tú luz siempre saldré
adelante ante cualquier obstáculo que se me presente.
Un gran triunfo dedicado a mi hermosa familia, quienes significan todo en mi vida, quienes son la mayor
motivación, por quienes quiero luchar cada día por ser una mejor persona y quienes me alientan todos los
días para creer en mí y poder alcanzar este y todos los sueños que tengo en mi vida. A mi mamita linda
BETTY RUGELES REY y a mi papito HUMBERTO RIBERO TOBÓN, por traerme al mundo, por hacer de mí una
persona de bien, por reprenderme cuando lo necesitaba y enseñarme que en la vida las cosas y sueños se
consiguen con esfuerzo, por el gran ejemplo que me dan día a día porque son las personas más luchadoras
que conozco en mi vida y les debo todo lo que soy y seré, los admiro y cada logro en mi vida se los debo a
ustedes quienes han creído siempre en mí y en mis capacidades, gracias por su incondicionalidad. A mi
hermano, DANIEL HUMBERTO RIBERO RUGELES, por ser ese amigo que siempre está ahí, por escucharme
cuando más lo necesitaba, por alentarme cada día, porque a pesar de que a veces soy dura con él, porque
quiero que sea el mejor en todo lo que haga en su vida, sin embargo él siempre tiene una palabra de aliento
y siempre está en los momentos que más lo necesito porque más que mi hermano siempre es mi confidente.
A todos mis tíos por ser un gran apoyo y unos grandes consejeros. A mis abuelitos y abuelitas que aunque
mis abuelitos estén en el cielo sé que desde allá me mandan la fuerza cada día para seguir luchando y a mis
dos viejitas que aunque tengan alzheimer y quizá no recuerden todo son la ternura que mi vida necesita, solo
con una mirada llenan mi vida de paz y tranquilidad porque son el ejemplo de amor incondicional.
A mi tío DARIO RUGELES REY, que desde que nací siempre ha estado a mi lado en mis buenos y malos
momentos, porque siempre me cargaba para todos lados como si fuese su hija, gracias por creer en mí
siempre y por estar ahí en cada momento de mi vida, por apoyarme en esta etapa de mi vida en la cual
aprendí mucho.
A ERMINSSON TIRADO DELGADO, que aunque en estos momentos no estemos juntos siempre fue una
persona incondicional durante mi carrera, con la cual compartí los mejores momentos; fue de gran ayuda en
los momentos más difíciles de mi carrera, fue esa personita que me alentó a seguir adelante y me hizo creer
que todo lo podía, gracias por tantas cosas bonitas que compartiste a mi lado, siempre existirá un cariño
muy grande el cual me permite agradecerle por haberme apoyado en los momentos que estuvo conmigo y
siempre le deseare lo mejor del mundo.
Difícilmente podría nombrar a todas las personas que contribuyeron de una u otra forma con la realización
de este proyecto, sin embargo, agradezco a todas aquellas personas que hicieron parte no solo de este
proyecto sino también de mi formación profesional:
A mi director de proyecto, el Ing. FABIO ALBERTO GARZÓN GÁLVIZ, por brindarme todos sus conocimientos y
apoyo incondicional; además por darme su confianza y ánimo para culminar exitosamente esta etapa en mi
vida.
A mi codirectora, Dra. SANDRA JUDITH GARCÍA, quien desde que fue mi profesora de Tratamiento Térmicos,
me brindo todos sus conocimientos y le agradezco demasiado porque es de las personas que se esmeran
porque uno aprenda, gracias por la gran labor que haces, por la paciencia y por hacer parte de este gran
sueño.
5
A los técnicos de la Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales por su paciencia y ayuda a lo
largo de la carrera y la realización de este proyecto, pero especialmente a JUAN DOMINGO quien fue una
ayuda muy grande para la culminación de este proyecto, gracias por ser una mano amiga.
A los profesores los cuales ayudaron en mi formación profesional y quienes con sus conocimientos hicieron
que cada día me enamorara más y más de mi carrera.
Al laboratorio de Difracción de Rayos X, de manera muy especial al profesor Henao y a los auxiliares Jhon y
José Luis, por su interés y contribución en la realización de las pruebas.
Al laboratorio de Microscopía electrónica (SEM), en especial a Carlos y Carolina, por su paciencia, interés y
gran ayuda en la realización de las pruebas.
A la empresa IMATT SAS por permitirme realizar la práctica empresarial, por la confianza y conocimiento
brindado, porque crecí como profesional y como persona, gracias por el gran apoyo para la culminación de
esta etapa en mi vida.
A los operarios de la empresa IMATT SAS y todos sus trabajadores: a la gerente, la señora MARIA ISABEL, a
CAROLINA, MANUEL, ALBERTO, FRANK, DANIEL, porque de cada uno aprendí grandes cosas, gracias por su
gran colaboración en esta etapa de mi vida.
Finalmente, a todos mis amigos, con quienes compartí alegrías y tristezas durante toda la carrera y más que
amigos se convirtieron en hermanos; gracias por brindarme su AMISTAD, no olviden que este es el regalo
más perdurable y valioso que conservaremos siempre en nuestros corazones.
Dios, es uno de los momentos más felices de mi vida, uno de mis mayores sueños y no tengo sino palabras de
agradecimiento para todas las personas que estuvieron conmigo en las buenas y en las malas, todas esas
personas con las que gocé, reí, lloré, gracias amigos (as). Gracias compañeros sin ustedes jamás hubiera
llegado hasta acá.
Gracias a mi amiga y hermana NATHALIA ALEJANDRA NIÑO, porque me enseño el valor de la amistad y
estuvo conmigo en cada etapa de mi vida, gracias por todo tu cariño, siempre estuviste dispuesta a darme la
mano. A Diana Pabón que fue una gran compañía, gracias por tu paciencia. A Martha Mancilla, Edwin
Blanco, Luz Adriana, Mafe, Dianita y a mis compañeros los cuales siempre fueron un apoyo a Albert que se
convirtió en un gran amigo, a Cindy, Ronald, Elvis, Andersson, Ángel, Oscar, Caro, Yuly, Linda y en general a
todos aquellos que han compartido conmigo y que en estos momentos se me escapan, muchas Gracias …
Nancy Liliana Ribero Rugeles
6
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 17
1. OBJETIVOS................................................................................................ 19
1.1. OBJETIVO GENERAL ........................................................................ 19
1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................... 19
2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ................................................................. 20
2.1. DEFINICIÓN DE TRATAMIENTO TÉRMICO ...................................... 20
2.1.1. TRATAMIENTO TÉRMOQUIMICO .................................................. 20
2.1.2. CARBONITRURACIÓN. .................................................................. 21
2.1.2.1. ACEROS PARA CARBONITRURACIÓN ................................. 22
2.1.3. TEMPLE ........................................................................................... 22
2.1.4. REVENIDO ....................................................................................... 23
2.2. ACEROS .............................................................................................. 23
2.2.1. ACERO AISI-SAE 1020 ................................................................... 23
2.2.2. ACERO AISI-SAE 8620 ................................................................... 24
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ......................................................... 26
3.1. SELECCIÓN DE ACEROS AISI SAE 1020 Y 8620. ........................... 27
3.2. DEFINICIÓN DE LAS MEZCLAS Y SU COMPOSICIÓN. ................... 27
3.3. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL DE ESTUDIO. ....................... 28
3.3.1. Análisis de Composición química. ............................................... 28
3.3.2. Dureza. ............................................................................................ 29
3.4. PROCESO DE CARBONITRURACIÓN. ............................................. 29
3.4.1. Horno de Atmósfera Controlada (Carbonitruración) ................... 31
3.4.2. Software Simatic Win CC Flexible................................................. 32
3.4.3. Temple. ............................................................................................ 35
3.4.4. Revenido. ........................................................................................ 35
3.5. EVALUACIÓN DE LA CAPA ENDURECIDA. ..................................... 35
7
3.5.1. Análisis Metalográfico. .................................................................. 35
3.5.2. Ensayo de Microdureza ................................................................. 36
3.5.3. Difracción de rayos X. .................................................................... 37
3.6. ESTUDIO COMPARATIVO ................................................................. 37
4. RESULTADOS Y ANALISIS ....................................................................... 38
4.1. CARACTERIZACIÓN DE LAS MUESTRAS ....................................... 38
4.1.1. Composición Química .................................................................... 38
4.1.2. Dureza ............................................................................................. 39
4.2. EVALUACIÓN DE LA CAPA ENDURECIDA ...................................... 40
4.2.1. Análisis Metalográfico ................................................................... 40
4.2.2. Ensayo de Microdureza ................................................................. 47
4.2.3. Difracción de Rayos X .................................................................... 62
4.3. ESTUDIO COMPARATIVO ................................................................. 63
5. CONCLUSIONES ....................................................................................... 68
6. RECOMENDACIONES ............................................................................... 70
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 71
BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 76
ANEXOS ................................................................................................................ 81
8
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Barras de acero y piezas de acero AISI-SAE 1020. .............................. 24
Figura 2. Barras y engranajes en acero AISI-SAE 8620. ...................................... 25
Figura 3. Diagrama de flujo del procedimiento experimental seguido. ................. 26
Figura 4. Puntos para la toma de dureza Brinell en la probeta de referencia. ...... 29
Figura 5. Horno de atmósfera controlada utilizado en la empresa IMATT SAS. ... 31
Figura 6. Visualización Pantalla para Configuración de hornos. ........................... 33
Figura 7. Visualización Pantalla de mando Software Simatic Win CC Flexible. .... 33
Figura 8. Visualización Pantalla de mando Software Simatic Win CC Flexible lista
de hornos de tratamiento. ...................................................................................... 34
Figura 9. Visualización Pantalla Control del proceso de tratamiento térmico
Software Simatic Win CC Flexible. ........................................................................ 34
Figura 10. Visualización Pantalla Gráfica del proceso de tratamiento térmico
Software Simatic Win CC Flexible. ........................................................................ 34
Figura 11. Muestra de acero en baquelita con protección de borde ..................... 36
Figura 12. Microdurómetro Shimadzu Tipo M. ...................................................... 37
Figura 13. Aceros AISI-SAE 8620 y 1020 con tiempo de carbonitruración de 1
hora. Con atmosfera del 5% de amoniaco. 100X. .................................................. 41
horas. Con atmosfera del 15% de trietanolamina. 100X. ....................................... 42
hora. Con atmosfera del 5% de amoniaco. ............................................................ 43
Figura 16. Acero AISI-SAE 8620 y1020 con tiempo de carbonitruración 1 hora.
Con atmosfera del 5% de trietanolamina ............................................................... 44
Figura 17. Acero AISI-SAE 8620 y1020 con tiempo de carbonitruración 4 horas.
Con atmosfera del 15% de Amoniaco .................................................................... 45
9
Con atmosfera del 15% de Trietanolamina ............................................................ 46
Figura 19. Perfil de microdureza obtenido en función de la distancia a la superficie
y su conversión a HRC, para los aceros AISI-SAE 8620 y 1020 carbonitrurados,
con 5% de amoniaco a diferentes tiempos ............................................................ 49
con 10% de amoniaco a diferentes tiempos .......................................................... 50
con 15% de amoniaco a diferentes tiempos .......................................................... 50
con 5% de trietanolamina a diferentes tiempos ..................................................... 51
con 10% de trietanolamina a diferentes tiempos ................................................... 52
y su conversión a HRC, para el acero AISI-SAE 8620 carbonitrurado, por 4 horas
con diferentes aminas y concentraciones de las mismas. ..................................... 53
10
y su conversión a HRC, para el acero AISI-SAE 8620 carbonitrurado, por 1 hora
Figura 33. Gráficas de profundidad de capa efectiva (50 HRc) vs el porcentaje de
amina en la mezcla, para los aceros AISI-SAE 8620 y 1020 carbonitrurados con 1
hora de proceso. .................................................................................................... 58
horas de proceso. .................................................................................................. 58
Figura 35. Gráficas de porcentaje de amina en la mezcla vs la dureza superficial
(HRc), para los aceros AISI-SAE 8620 y 1020 carbonitrurados con 1 hora de
proceso. ................................................................................................................. 59
Figura 36. Perfil de microdureza obtenido en función del porcentaje de amina en
la mezcla y la dureza superficial (HRc), para los aceros AISI-SAE 8620 y 1020
carbonitrurados con 4 horas de proceso. ............................................................... 60
Figura 37. Perfil de microdureza obtenido en función de la profundidad de capa
carbonitrurada para los aceros AISI- SAE 1020 y 8620 a diferentes tiempos de
proceso, con un 5 % amina en la mezcla. ............................................................. 61
11
y su conversión a HRC, para los aceros AISI-SAE 8620 y 1020 cementados con
etanol ..................................................................................................................... 64
12
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Composición química Acero AISI SAE 1020. .......................................... 24
Tabla 2. Composición química Acero AISI SAE 8620. .......................................... 25
Tabla 3. Composición química de los aceros AISI – SAE 1020 y 8620................. 38
Tabla 4. Resultados ensayo de dureza Brinell. ..................................................... 39
Tabla 5. Resumen datos de microdurezas superficiales en vickers ...................... 47
Tabla 6. Resumen datos de dureza superficial y espesores de capa endurecida
para las diferentes pruebas realizadas .................................................................. 48
Tabla 7. Profundidad de capa carbonitrurada en función del tiempo..................... 62
Tabla 8. Costo total del consumo de reactivos para carbonitruración gaseosa con
diferentes aminas................................................................................................... 65
13
LISTA DE ANEXOS
Pág.
ANEXO A. DIAGRAMAS DE FASES INVOLUCRADAS EN LA
CARBONITRURACIÓN. ........................................................................................ 81
ANEXO B. MECANISMO DE FORMACIÓN DE CAPA CARBONITRURADA. .... 83
ANEXO C. REACTIVOS ....................................................................................... 87
ANEXO D. INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN ........................ 89
14
RESUMEN
TÍTULO: CARBONITRURACIÓN DE ACEROS AISI-SAE 8620, 1020 EN ATMÓSFERAS DE

AMINAS MEZCLADAS CON ALCOHOL PARA LA EMPRESA IMATT SAS.
AUTORA: RIBERO RUGELES NANCY LILIANA
PALABRAS CLAVES: Carbonitruración, trietanolamina, amoniaco, tratamiento termoquímico,

microdureza Vickers, Difracción de rayos X.
DESCRIPCIÓN: En el presente estudio se realizó la comparación de dos aceros AISI-SAE 1020 y

8620, tratados termoquímicamente mediante el proceso de carbonitruración gaseosa usando dos
atmósferas carbonitrurantes: amoniaco - etanol y trietanolamina - etanol. El tratamiento se realizó
en un horno de atmosfera controlas en la empresa IMATT SAS. La carbonitruración de estos
aceros se hizo a una temperatura constante de 870°C, variando tiempos de proceso y
composiciones de la mezcla.
Se realizó la caracterización de ambos aceros después del tratamiento y se evaluó la profundidad

de la capa mediante perfiles de microdureza, analizando los diferentes tiempos del proceso y
porcentajes de amina en la mezcla.
Las conclusiones de este estudio fue la obtención de un incremento de dureza y profundidad de

capa en todas las muestras carbonitruradas, sin embargo, se determinó que el mejor tratamiento
fue el que se realizó a una temperatura de 870°C, durante 4 horas y 15% de trietanolamina, donde
se obtuvo una dureza máxima de 67 HRc para el acero 1020 y de 64 HRc para el acero 8620 y
profundidades de capa de 1.55 mm y 1.4 mm respectivamente; lo que confiere muy buenas
propiedades superficiales a estos aceros, minimizando el desgaste de los mismos.

Proyecto de Grado

Facultad de Fisicoquímicas. Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales. Director
Ing. Fabio Alberto Garzón Galvis. Codirectora Dra. Sandra Judith García Vergara.
15
ABSTRACT
TITTLE: AISI-SAE 8620 STEEL CARBONITRIDING, 1020 IN AMINES ATMOSPHERES MIXED

*
WITH ALCOHOL FOR IMATT S.A.S FACTORY.
AUTHOR: RIBERO RUGELES NANCY LILIANA
KEYWORDS: Carbonitriding, Triethanolamine, ammonia, Thermochemical treatment, Vickers

micro-hardness, X rays diffraction.
DESCRIPTION: In this study I performed a comparison between stainless steel AISI-SAE 1020 and
8620, which were treated thermo-chemically through the carbonitriding process, using two
carbonitriding atmospheres: ammonia/ethanol and triethanolamine/ethanol. The treatment was
performed in a controlled atmosphere furnace at IMATT S.A.S factory. The carbonitriding was done
at a constant temperature of 870°C, varying both process times and mixture compound.
After the treatment, a characterization of both types of steel was done, and the depth of the
carbonitrided layer was evaluated through micro-hardness cross-sections, analyzing the various
processes’ times and amine percentages in the compound.
The results of this study were an observed increase in hardness and depth of the carbonitrided
layer of all samples. It was concluded that the treatment that increased the hardness and depth of
the carbonitrided layer the most was the one performed at a temperature of 870°C for a period of 4
hours and with 15% of triethanolamine. The obtained hardness was 67 HRc for stainless steel 1020
and 64 HRc for stainless steel 8620, depths of the carbonitrided layer were 1.55 mm y 1.4 mm
respectively. In conclusion, the carbonitriding process improves the properties of stainless steel
AISI-SAE 1020 and 8620, helping reduce their wear.

Research Work

Physical Chemistry Engineering Faculty. Metallurgical Engineering School. Director Ing. Fabio
Alberto Garzón Galvis. Codirectora Dra. Sandra Judith García Vergara.
16
INTRODUCCIÓN
La labor de mejorar las propiedades de funcionamiento de los materiales metálicos

utilizados en la maquinaria actual está relacionada en gran parte con el desarrollo
de nuevas técnicas para el mejoramiento de las propiedades superficiales de los
materiales.
Una de estas técnicas es el proceso de carbonitruración gaseosa que consiste en

la incorporación de Carbono y Nitrógeno en la superficie del acero por absorción y
difusión, cuando este se encuentra por encima de la zona de transformación, para
obtener una capa dura, proporcionándole a los materiales mejores propiedades
tribológicas, dándole un amplio rango de aplicación.
En la actualidad a nivel industrial para el proceso de carbonitruración se usa

principalmente amoniaco para la difusión de nitrógeno en la capa superficial del
material, lo que hace el proceso altamente contaminante para el ambiente.
Lo novedoso de este estudio es la utilización de aminas que sean amigables con

el medio ambiente como la Trietanolamina. Los equipos y materias primas usadas
son de producción nacional, no contaminantes y de bajos costos en el mercado.
Además se requieren de temperaturas más bajas que el proceso tradicional de
carburación, lo que conlleva a disminución de tiempos y por ende menores costos,
logrando así grandes beneficios para la empresa IMATT SAS.
Este proceso de Carbonitruración gaseosa con una nueva atmósfera se desea

implementar no sólo por la reducción de costos, si no por las propiedades que se
logran dar a las piezas, como lo son mayor resistencia al desgaste, a la fatiga, a
la corrosión, entre muchas otras que brinda este proceso, logrando mayor
profundidad de capa endurecida y mayor estabilidad de la dureza durante el
17
proceso de revenido, otra ventaja dada por el nitrógeno atómico absorbido en el
proceso es que este disminuye la velocidad critica de temple del acero, haciendo
mucho más fácil el temple de estos aceros y disminuyendo la distorsión en los
mismos, ampliando así el campo de aplicación de estos aceros que son
económicos y de fácil adquisición en la industria.
El presente estudio propone como objetivo determinar la mejor mezcla alcohol -

amina, teniendo en cuenta el espesor de la capa dura en función del tiempo del
proceso. Para esto se diseñó un tratamiento termoquímico de carbonitruración en
atmosferas de amoniaco/alcohol y trietanolamina/alcohol a una temperatura de
870 °C, variando tiempo y composición. Evaluando la capa mediante perfiles de
microdurezas, pruebas de composición química, caracterización metalográfica del
espesor de la capa carbonitrurada, difracción de rayos X verificando la presencia
de nitruros en la superficie del acero.
18
1. OBJETIVOS
1.1. OBJETIVO GENERAL
 Realizar el proceso de Carbonitruración de aceros AISI-SAE 8620, 1020 en

atmósferas de aminas mezcladas con alcohol para la empresa IMATT SAS.
1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
 Determinar la mejor mezcla alcohol - amina, teniendo en cuenta el espesor

de la capa dura en función del tiempo del proceso.
 Caracterizar la capa endurecida mediante ensayos de metalografía y

perfiles de microdureza.
 Calcular los costos del proceso de carbonitruración propuesto y compararlo

con el proceso de cementación utilizado actualmente por la empresa IMATT
SAS.
19
2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
2.1. DEFINICIÓN DE TRATAMIENTO TÉRMICO
El Tratamiento Térmico involucra varios procesos de calentamiento y enfriamiento

para efectuar cambios estructurales en un material, los cuales modifican sus
propiedades mecánicas. El objetivo de los tratamientos térmicos es proporcionar
a los materiales unas propiedades específicas adecuadas para su conformación o
uso final. No modifican la composición química de los materiales, pero si otros
factores tales como los constituyentes estructurales y la granulometría, y como
consecuencia las propiedades mecánicas. Los factores fundamentales que
influyen en el tratamiento térmico son la temperatura, el tiempo la atmósfera del
horno y la velocidad de enfriamiento. [1]
2.1.1. TRATAMIENTO TÉRMOQUIMICO
Los tratamientos termoquímicos son procesos de endurecimiento superficial por

difusión. En los cuales se modifica la composición química de la superficie de la
pieza mediante un proceso termoquímico, el cual necesita calor para promover la
difusión de una especie endurecedora hacia la superficie y regiones
subsuperficiales de la pieza a tratar. Este proceso de difusión modifica la
composición química de la superficie de la pieza, formando una capa dura. [2].
Estos tratamientos requieren el uso de calentamientos y enfriamientos controlados

en atmósferas especiales, por esto se desarrollará el estudio de dos atmósferas
para el análisis de las propiedades que proveen estas a los aceros a estudiar.
Entre los objetivo más comunes de estos tratamientos están aumentar la dureza
20
superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el
rozamiento aumentando el poder lubricante, aumentar la resistencia al desgaste,
aumentar la resistencia a la fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión.[3].
2.1.2. CARBONITRURACIÓN.
Este tratamiento termoquímico consiste en endurecer superficialmente el acero,

promoviendo el enriquecimiento superficial mediante la difusión de carbono y
nitrógeno, con el objetivo de obtener superficies extremadamente duras y un
núcleo tenaz, sumado a otras propiedades mecánicas como resistencia a la fatiga
y resistencia al desgaste. Se efectúa a temperatura superior de Ac 1, pero, en
determinados casos, puede realizarse a temperaturas ligeramente inferiores a Ac1.
Las temperaturas usuales de carbonitruración oscilan entre unos 750 y 950°C. [4]
Una de las ventajas de este proceso es que presenta muy poca deformación
debido a que el nitrógeno absorbido en el proceso disminuye la velocidad crítica
de temple del acero. En este proceso se consiguen capas hasta de 1,5 mm, en
hornos de atmósfera controlada. [5]
Los campos de aplicación son los mismos que en el caso de la cementación, ya

que son procesos muy parecidos que proporcionan piezas con características
similares. Básicamente se aplica en piezas que requieran una gran ductilidad y
tenacidad (aportadas por el núcleo) a la vez que una gran resistencia al desgaste
(aportada por la capa exterior). Algunos ejemplos son piñones, coronas, ejes,
levas, guías, chavetas, etc.
21
2.1.2.1. ACEROS PARA CARBONITRURACIÓN
La Carbonitruración es un tratamiento con el que se consigue endurecer una capa

superficial de los aceros por la absorción simultánea de carbono y nitrógeno. Esta
operación es parecida a la que ocurre en la cementación, pero la temperatura de
proceso es menor y los compuestos que se forman en la superficie del acero
mejoran su templabilidad permitiendo con esto enfriamientos menos severos en el
temple. Así se disminuyen los riesgos de agrietamiento y distorsión de las piezas.
Por el efecto del mejoramiento de la templabilidad en los aceros, la

carbonitruración permite el uso de aceros de menor calidad, los cuales a veces
presentan el inconveniente de que después del temple que sigue a la cementación
ordinaria, aparecen puntos blandos en la capa dura, problema que no suele
presentarse en la carbonitruración. [28]
2.1.3. TEMPLE
Es un tratamiento térmico que al hacer un calentamiento y enfriamiento a una

velocidad controlada, varía las características mecánicas del acero como es el
aumentar la dureza y resistencia al desgaste, al mismo tiempo que modifica sus
propiedades físicas y químicas.
Este tratamiento consiste en calentar el acero hasta una temperatura de

austenización, seguido de un tiempo de sostenimiento a esta temperatura para
que ocurra la transformación de la estructura que posee el acero a temperatura
ambiente, y después se somete a un enfriamiento a una velocidad crítica que es
proporcionada por el medio de enfriamiento que se utilice. Con este proceso se
busca principalmente endurecer el acero. [6]
22
2.1.4. REVENIDO
Es un tratamiento complementario del temple, que regularmente sigue a éste. A la

unión de los dos tratamientos también se le llama "bonificado". El tratamiento de
revenido consiste en calentar al acero seguido del normalizado o templado , a una
temperatura menor a Ac1, seguido de un enfriamiento controlado que puede ser
rápido cuando se deseen resultados elevados en tenacidad ,o lento , para reducir
al máximo las tensiones térmicas que puedan formar deformaciones. [1]
2.2. ACEROS
2.2.1. ACERO AISI-SAE 1020
Es un acero clasificado en el grupo de los aceros de bajo carbono. Su

composición química le permite entregar un mejor desempeño en sus propiedades
mecánicas, soldabilidad y maquinabilidad que otros aceros del mismo grupo. Al
ser sometido a un tratamiento térmico de cementación se puede obtener una
superficie dura con centro tenaz y al ser estirado en frío mejora su resistencia
mecánica y maquinabilidad. Por su contenido de carbono estos aceros se utilizan
para la fabricación de piezas estructurales o de maquinaria de mediana resistencia
con una gran tenacidad. Es fácilmente soldable con soplete o al arco.
Se usa principalmente para partes de maquinaria que no estén sometidas a

grandes esfuerzos mecánicos como ejes, eslabones para cadenas, pasadores,
bujes cementados, tornillería corriente, bridas, piñones para transmisión de
cadena a bajo esfuerzo, clavos para ferrocarril, grapas, etc.[9]
Análisis químico según Norma Nacional NMX B-300 (% en peso):
23
Tabla 1. Composición química Acero AISI SAE 1020.
%C % Mn % P máx. % S máx. % Si máx.
O.18 – 0.23 0.3 – 0.6 0.04 0.05 0.15 – 0.3
Fuente: Ref. [9].
Figura 1. Barras de acero y piezas de acero AISI-SAE 1020.
Fuente: Ref. [9].
2.2.2. ACERO AISI-SAE 8620
Es un acero aleado al cromo – níquel – molibdeno muy utilizado para cementación

y posee aceptable templabilidad. Este acero al ser cementado y templado ofrece
una buena dureza superficial y gran tenacidad en el núcleo. Presenta una dureza
uniforme o ausencia de zonas blandas en la capa cementada y baja distorsión
después del tratamiento térmico. La presencia de níquel y molibdeno en el acero
24
AISI – SAE 8620 juega un papel definitivo en el balance de todas las propiedades
que presenta este material y su efecto cobra mayor importancia con el aumento
del tamaño de la pieza.
Es utilizado en la fabricación de engranajes, piñones, mordazas, coronas, moldes

para la industria del plástico y satélites entre muchos otros; normalmente estos
aceros se encuentran en barra redonda, cuadrada, hexagonal, soleras laminadas
o forjadas en caliente, peladas o maquinadas.[10]
Análisis químico según Norma Nacional NMX B-300 (% en peso):
Tabla 2. Composición química Acero AISI SAE 8620.
%C % Mn %P %S % Si % Cr % Ni % Mo
máx. máx.
O.18 – 0.70 – 0.035 0.040 0.15 – 0.40 – 0.40 - 0.15 –

0.23 0.90 0.35 0.60 070 0.25
Fuente: Ref. [10].
Figura 2. Barras y engranajes en acero AISI-SAE 8620.
Fuente: Ref. [10]
25
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
El presente estudio se desarrolló siguiendo el esquema mostrado en la Figura 3.
Figura 3. Diagrama de flujo del procedimiento experimental seguido.
Fuente: Autora.
26
3.1. SELECCIÓN DE ACEROS AISI SAE 1020 Y 8620.
El material de estudio fue proporcionado por la empresa IMATT SAS. Y se

seleccionó de acuerdo a su uso en la industria y la facilidad de adquirirlo en el
mercado local; buscando aceros económicos pero con buenas propiedades para
el proceso, se escogió uno con elementos aleantes como lo es el acero AISI-SAE
8620 con elementos formadores de nitruros como lo son el Cr y Mo. Luego se
seleccionó un acero al carbono AISI-SAE 1020, para conocer su comportamiento
en el proceso, siendo este acero uno de los más usados en nuestro medio, por su
facilidad de adquisición y bajo costo. Las muestras son dos ejes de 18 mm de
diámetro y 300 mm de largo. De las cuales se cortaron y maquinaron 25 probetas
de cada acero, las cuales fueron de 18 mm de diámetro y 7 mm de espesor. De
estas 25 probetas, 24 fueron usadas para el proceso de carbonitruración y una se
dejó como probeta de referencia para realizar la respetiva caracterización de cada
material. Fueron cortadas tomando en cuenta que no pertenezcan al borde de la
barra sino a 10 mm como mínimo del final de la barra; después fueron pulidas
para quitar la zona oxidada.
3.2. DEFINICIÓN DE LAS MEZCLAS Y SU COMPOSICIÓN.
La elección de las mezclas a utilizar se realizó, por las propiedades que estas
aportan a los metales mediante el proceso de carbonitruración, por su fácil
adquisición en el mercado, que sean económicos, que no sean peligrosos en
cuanto a toxicidad y que sean amigables con el medio ambiente. Para este
proceso se utilizaron como aportadores de nitrógeno, el amoniaco y la
trietanolamina, el amoniaco porque es uno de los compuestos más usados en la
industrial y el cual da excelentes resultados. Y la trietanolamina se escogió porque
27
presenta un buen aporte tanto de nitrógeno como de carbono, es de fácil
adquisición, económica y amigable con el medio ambiente.
La trietanolamina, puede ser utilizada en carbonitruración a temperatura elevada,

ya que aporta simultáneamente carbono y nitrógeno aptos para la incorporación.
La temperatura de carbonitruración tiene una influencia decisiva en la relación

entre las proporciones de ambos elementos incorporados. Cuando la temperatura
de tratamiento es elevada, existe normalmente un predominio de la proporción de
carbono incorporado respecto a la de nitrógeno. Por ello hay tendencia a
considerar la carbonitruración a temperatura alta como una variante del proceso
de cementación. [29]
En el caso de la carbonitruración a temperatura elevada, entre 780 y 950 °C, las

proporciones de amoníaco que habitualmente se emplean son relativamente
pequeñas. Generalmente su proporción, respecto del gas portador, no es superior
al 10%. Por esta razón para este estudio se escogieron proporciones del 5%, 10%
y 15% de la amina aportadora del nitrógeno, tomando valores por encima y por
debajo de las proporciones usadas generalmente en la industria.
3.3. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL DE ESTUDIO.
La caracterización del material de estudio, se realizó en los laboratorios de la

Universidad Industrial de Santander y de la empresa IMATT SAS, mediante
ensayos de composición química y dureza.
3.3.1. Análisis de Composición química.
La composición química del acero se determinó mediante un espectrómetro de

emisión óptica, siguiendo las especificaciones de la norma ASTM E 415-08 [22];
se realizaron varias pruebas para garantizar la veracidad de los resultados.
28
3.3.2. Dureza.
Se realizaron ensayos de dureza a los dos aceros, mediante un durómetro marca

Wilson. Debido a que la probeta es circular las medidas de la dureza fueron
tomadas en los cuatro extremos de la misma y en el centro, como lo muestra la
Figura 4.
Figura 4. Puntos para la toma de dureza Brinell en la probeta de referencia.
Fuente: Autora.
3.4. PROCESO DE CARBONITRURACIÓN.
Durante el proceso de Carbonitruración se variaron tanto las composiciones de la

atmósfera como el tiempo del tratamiento los cuales se realizaron para 1, 2, 3 y 4
horas para obtener diferencias en las propiedades superficiales del material. La
temperatura del proceso en todos los casos fue de 870 °C.
Para cada prueba se realizó el mismo procedimiento para la puesta en marcha del
proceso de carbonitruración:
Se empezó con la preparación del horno, donde se revisa, calibra y programa. Al

mismo tiempo se revisan los flujómetros y el tanque, verificando que no posean
fugas que puedan contaminar la atmósfera o que puedan generar alguna entrada
de aire que interfiera con el proceso.
29
Luego son marcadas las probetas según el acero, tiempo, composición de la
mezcla y amina utilizada. Se comprobó que las probetas estuvieran limpias, libres
de humedad y grasa en la superficie para evitar compuestos indeseados en la
atmósfera del horno. Se amarran las probetas con alambre dulce y se
diferenciaran mediante arandelas, indicando el tiempo del proceso y el tipo de
acero para saber la hora de sacado y el medio de temple.
Se encendió el tablero general y se activó el control del horno 3, por medio del
Software Simatic Win CC Flexible para tener controlado todo el proceso.
Se le realizo una purga al horno durante 35 min con un flujo de 14 L/min de N 2,

para crear una atmósfera neutra dentro del horno.
Se realizó la prendida del horno y empezó el calentamiento del horno bajando el

flujo de N2 a 8 L/min y colocando el controlador de la temperatura en el Software
Simatic Win CC Flexible a 870 °C.
Cuando se llegó a 800 °C se cambió el N2 por la mezcla (trietanolamina/alcohol;

amoniaco/alcohol) a razón de 30 mL/min durante 20 min y de ahí en adelante se
baja a 20 mL/min.
Cuando se llegó a 850 °C se introdujo el primer alambre para verificar que la

atmósfera este carbonitrurando y se templó el mismo a los 30 minutos; cuando el
alambre rompe de forma frágil quiere decir que el proceso está funcionando y por
esto se empezaron a introducir las probetas.
Apenas se introdujeron las probetas se empezó a contar el tiempo para cada

prueba.
Desde que se empezó a contar el tiempo a la hora se sacaron las 2 primeras

probetas y así cada hora, hasta sacar las últimas probetas a las 4 horas.
30
3.4.1. Horno de Atmósfera Controlada (Carbonitruración)
El horno que se va a utilizar está compuesto por una cámara cilíndrica de acero
inoxidable con una altura de 860 mm, diámetro de 950 mm y un volumen de
aproximadamente 157881 cm3. Posee un ventilador en su interior el cual permite
homogenizar la mezcla gaseosa, un flujómetro por el cual se alimentaran los
líquidos para producir las diferentes atmósferas deseadas; este es el encargado
de que los depósitos de alimentación de líquidos de goteo trabajen a presión
constante y otro flujómetro para la alimentación de nitrógeno al horno para crear
una atmósfera neutra y realizar la purga respectiva. La salida de gases se
encuentra en la tapa superior donde se encuentra un mechero que se enciende
durante el proceso. Para ser encendido se genera una chispa por medio del
calentador la cual al estar en contacto con el gas natural y el aire generan la llama
para empezar el calentamiento. Este horno posee en uno de sus lados una
chimenea por la cual van a salir los gases producidos por la combustión del gas
natural y el aire.
Figura 5. Horno de atmósfera controlada utilizado en la empresa IMATT SAS.
Fuente: Autora.
31
3.4.2. Software Simatic Win CC Flexible
Este software hace parte del sistema de automatización en la planta de IMATT

SAS, el cual es el encargado de manipular y controlar el proceso de los 7 hornos
que posee la empresa.
Este software fue implementado con el fin de aprovechar al máximo todos los
potenciales de optimización debido a que los procesos optimizados permiten
reducir costos y mejorar la calidad en la producción.
Este sistema es el encargado de tomar la señal de la temperatura y realizar un

control de temperatura vs tiempo durante todo el proceso, este monitorea
continuamente cada uno de los procesos que se llevan a cabo en los diferentes
hornos, este software recopila los datos y produce una visualización de cada uno
de los tratamientos térmicos que se realizarán.
Para el análisis se realizarán los procesos de Carbonitruración, temple y revenido

los cuales se monitorearan y controlaran por medio del Software Simatic Win CC
Flexible, en el cual se visualizaran los parámetros de operación y registro de cada
una de las variables del proceso por medio de tablas con valores que serán
registrados continuamente por el set point y gráficas que constantemente
representaran cada proceso.
La visualización de las pantallas y procesos del Software Simatic Win CC Flexible

se observarán a continuación.
32
Figura 6. Visualización Pantalla para Configuración de hornos.
Figura 7. Visualización Pantalla de mando Software Simatic Win CC Flexible.
33
Figura 8. Visualización Pantalla de mando Software Simatic Win CC Flexible lista
de hornos de tratamiento.
Figura 9. Visualización Pantalla Control del proceso de tratamiento térmico

Software Simatic Win CC Flexible.
Figura 10. Visualización Pantalla Gráfica del proceso de tratamiento térmico

Software Simatic Win CC Flexible.
34
3.4.3. Temple.
Seguido al proceso de carbonitruración se realizó un temple. La probeta de acero

AISI-SAE 1020 se templó en agua y la de acero AISI-SAE 8620 en aceite debido a
los elementos aleantes presentes en este, este proceso se realizó cada hora a las
2 probetas que se sacaban para cada concentración.
3.4.4. Revenido.
Luego de realizado el proceso de carbonitruración y temple para todas las

probetas a cada concentración se efectuó un revenido a 200°C durante una hora
para aliviar las tensiones producidas por el temple de las mismas.
3.5. EVALUACIÓN DE LA CAPA ENDURECIDA.
Para el estudio a profundidad de la capa endurecida se realizaron las siguientes

pruebas: Ensayos de Microdureza que se realizó en los laboratorios de la empresa
IMATT SAS, análisis Metalográfico y difracción de rayos X que fueron realizados
en los laboratorios de la Universidad Industrial de Santander.
3.5.1. Análisis Metalográfico.
Después de ser extraídas y enfriadas las muestras fueron cortadas

transversalmente, en una cortadora de disco de titanio. Posteriormente, las
muestras fueron montadas en baquelita. En el momento del montaje, alrededor de
las muestras se puso un protector de borde (figura 11) el cual, consiste en un
pequeño alambre de dureza mayor al de las muestras, con el fin de evitar que los
35
bordes se redondearán, limitando el posterior análisis de la capa superficial y para
evitar que al pulir la capa carbonitrurada llegue a ser retirada.
Figura 11. Muestra de acero en baquelita con protección de borde
Protector de
Muestra
Borde
problema
Baquelita
Fuente: Autora.
3.5.2. Ensayo de Microdureza
Se realizaron ensayos de microdureza mediante un microdurómetro Shimadzu

Tipo M, que consta de un penetrador Vickers (figura 12), utilizando una carga de
500 gramos-fuerza con un tiempo de aplicación de 10 segundos, escogido con
base en pruebas preliminares. Se realizaron medidas de microdureza a diferentes
distancias, tomando como referencia la superficie de la muestra.
Estos ensayos se basaron en la norma ASTM E 384-05ª [24], para evaluar el

cambio de la dureza superficial del material debido al tratamiento de
Carbonitruración.
36
Figura 12.Microdurómetro Shimadzu Tipo M.
Fuente: Autora.
3.5.3. Difracción de rayos X.
Mediante esta técnica solo se analizaron 4 probetas, dos de acero AISI-SAE 1020
y dos de acero AISI-SAE 8620 que fueron las que tuvieron una mayor
concentración (15%) y un mayor tiempo de difusión (4 horas), en las dos
diferentes atmósferas. En este análisis se estableció la composición de la capa
carbonitrurada, para comprobar la presencia de nitrógeno en la misma.
3.6. ESTUDIO COMPARATIVO
El estudio comparativo de los resultados obtenidos tuvo bajo consideración los

resultados de investigaciones previas sobre cementación gaseosa, realizadas por
la empresa IMATT SAS, en trabajo conjunto con estudiantes de pregrado de la
Universidad Industrial de Santander.
37
4. RESULTADOS Y ANALISIS
Después de la realización de los ensayos, pruebas y procedimientos planteados

en la metodología, se obtuvieron los resultados que se presentan a continuación:
4.1. CARACTERIZACIÓN DE LAS MUESTRAS
4.1.1. Composición Química
En la Tabla 3 se muestran los resultados de composición química de los dos

aceros utilizados, obtenidos por espectrometría de emisión óptica.
De esta manera se confirmó la composición de los aceros a estudiar.
Tabla 3. Composición química de los aceros AISI – SAE 1020 y 8620.
Resultados Valores Resultados Valores

Elemento Experimentales* Estándar. Experimentales* Estándar.
Químico
ACERO 8620 ACERO 8620 ACERO 1020 ACERO 1020
C 0.229 0.18 – 0.23 0.218 0.18 - 0.23
Si 0.264 0.15 – 0.35 0.180 0.15 – 0.3
Mn 0.789 0.70 – 0.90 0.591 0.3 – 0.6
P 0.0050 0.035 0.011 0.04
S 0.015 0.040 0.015 0.05
Cr 0.516 0.40 – 0.60 0.047 --------------
38
Mo 0.152 0.15 – 0.25 0.010 --------------
Ni 0.411 0.40 – 0.70 0.036 --------------
Cu 0.175 ------------- 0.111 --------------
Al 0.017 ------------- 0.0050 --------------
*Los valores experimentales que están tabulados son el resultado promedio de las
tres pruebas realizadas a las muestras de estudio.
Fuente: Laboratorio de Espectroscopia Atómica y Molecular. UIS.
4.1.2. Dureza
Los resultados obtenidos del ensayo de dureza fueron tomados en escala

Rockwell A y convertidas posteriormente a escala Brinell, estas fueron realizadas
en los cuatro extremos de cada muestra y en el centro, se presentan en la Tabla
4.
Tabla 4. Resultados ensayo de dureza Brinell.
ACERO 8620 ACER0 1020

Puntos
(Brinell) (Brinell)
1 190 168
2 195 162
3 188 166
4 191 160
39
5 194 161
Promedio 191.6 163.4
Fuente: Autora.
Analizando los datos obtenidos en los dos aceros, se nota que estos presentan
una distribución de dureza relativamente homogénea a través de la superficie,
tanto en el núcleo, como en la zona exterior.
4.2. EVALUACIÓN DE LA CAPA ENDURECIDA
4.2.1. Análisis Metalográfico
A continuación se presenta el análisis metalográfico realizado con microscopio

óptico de las probetas carbonitruradas de acero AISI SAE 1020 y 8620, las cuales
fueron atacadas químicamente con nital al 2%, bajo el cumplimiento de los
estándares establecidos en la norma ASTM E407-07 [30].
Para este análisis se escogieron las probetas expuestas a las condiciones límites
del tratamiento como lo son las de menor concentración de amina (5%) y tiempo
(1 hora) y el extremo que son las de mayor concentración de amina (15%) y
tiempo (4 horas).
40
hora. Con atmosfera del 5% de amoniaco. 100X.
a) 8105A – 100X b) 1105A – 100X
Fuente: Autora.
a) Micrografía de la capa carbonitrurada en un acero AISI-SAE 8620 realizada

a 870°C durante 1 hora utilizando etanol y amoniaco (5%). El enfriamiento
se realizó en aceite. Se observa el cambio de microestructura y el espesor
de la capa.
b) Micrografía de la capa carbonitrurada en un acero AISI-SAE 1020 realizada

a 870°C durante 1 hora utilizando etanol y amoniaco (5%). El enfriamiento
se realizó en agua. Se observa el cambio de estructura y el espesor de la
capa.
41
horas. Con atmosfera del 15% de trietanolamina. 100X.
a) 8415T – 100X b) 1415T – 100X
Fuente: Autora.
a) Micrografía de la capa carbonitrurada en un acero AISI-SAE 8620 realizada

a 870°C durante 4 horas utilizando etanol y trietanolamina (15%). El
enfriamiento se realizó en aceite. Se observa el cambio de microestructura
y el espesor de la capa.
b) Micrografía de la capa carbonitrurada en un acero AISI-SAE 1020 realizada

a 870°C durante 4 horas utilizando etanol y trietanolamina (15%). El
enfriamiento se realizó en agua. Se observa el cambio de estructura y el
espesor de la capa.
42
hora. Con atmosfera del 5% de amoniaco.
b) 8105A – 2000X b) 1105A – 2000X
Fuente: Autora.
b) Microestructura de la capa carbonitrurada en un acero AISI-SAE 8620

realizada a 870°C durante 1 hora utilizando etanol y amoniaco (5%). El
enfriamiento se realizó en aceite. Se observa que la estructura del borde es
una matriz de martensita revenida. Espesor de la capa 0.35 mm.
c) Microestructura de la capa carbonitrurada en un acero AISI-SAE 1020

realizada a 870°C durante 1 hora utilizando etanol y amoniaco (5%). El
enfriamiento se realizó en agua. Se observa que la estructura del borde es
43
Figura 16. Acero AISI-SAE 8620 y1020 con tiempo de carbonitruración 1 hora.
Con atmosfera del 5% de trietanolamina
a) 8105T – 2000X c) 1105T – 2000X
Fuente: Autora.
a) Microestructura de la capa carbonitrurada en un acero AISI-SAE 8620

realizada a 870°C durante 1 hora utilizando etanol y trietanolamina (5%). El

realizada a 870°C durante 1 hora utilizando etanol y trietanolamina (5%). El
44
Con atmosfera del 15% de Amoniaco
a) 8415A – 2000X b) 1415A – 2000X
Fuente: Autora.

realizada a 870°C durante 4 horas utilizando etanol y Amoniaco (15%). El

realizada a 870°C durante 4 horas utilizando etanol y Amoniaco (15%). El
45
Con atmosfera del 15% de Trietanolamina
a) 8415T – 2000X b) 1415T – 2000X
Fuente: Autora.

realizada a 870°C durante 4 horas utilizando etanol y trietanolamina (15%).
El enfriamiento se realizó en aceite. Se observa que la estructura del borde
es una matriz de martensita revenida. Espesor de la capa 1.4 mm.

realizada a 870°C durante 4 horas utilizando etanol y trietanolamina (15%).
El enfriamiento se realizó en agua. Se observa que la estructura del borde
es una matriz de martensita revenida. Espesor de la capa 1.55 mm.
46
4.2.2. Ensayo de Microdureza
Las siguientes gráficas y tabla muestran los resultados obtenidos en los ensayos
de microdureza para las diferentes variantes del proceso de carbonitruración.
Para todas las muestras, se tomaron diferentes valores de microdureza en Vickers

y su equivalencia en Rockwell C, tomadas en línea recta desde el borde hasta la
dureza efectiva de la capa.
El criterio para la medición de la capa efectiva carbonitrurada se efectuó mediante

la norma ANSI/AGMA 6004-F88 [31]. En la que se especifica que la profundidad
efectiva del casco se define como la profundidad del casco que tiene una dureza
mínima de 50 HRc.
Tabla 5. Resumen datos de microdurezas superficiales en vickers
ACERO ACERO ACERO

ACERO AISI-
AISI-SAE AISI-SAE AISI-SAE
SAE 1020
% 8620 1020 8620
TIEMPO TIEMPO
AMINA
Microdureza Microdureza Microdureza Microdureza
(vickers) (vickers) (vickers) (vickers)
1 677.2827 677.2827 1 715.4321 735.727
2 677.2827 677.2827 2 715.4321 778.996

5
3 677.2827 695.9655 3 756.898 905.4687
4 695.9655 695.9655 4 778.996 802.076
1 677.2827 677.2827 1 735.727 756.898
10 2 677.2827 677.2827 2 756.898 770.042
3 695.9655 695.9655 3 778.996 770.042
47
4 695.9655 695.9655 4 802.076 802.076
1 695.9655 695.9655 1 802.076 802.076
2 715.4321 756.898 2 802.076 861.838

15
3 695.9655 756.898 3 802.076 802.076
4 756.898 756.898 4 802.076 905.469
Fuente: Autora.
Tabla 6. Resumen datos de dureza superficial y espesores de capa endurecida

para las diferentes pruebas realizadas
ACERO AISI- ACERO AISI- ACERO AISI- ACERO AISI-

SAE 8620 SAE 1020 SAE 8620 SAE 1020
%
TIEM Dure Dure TIEM Dure Dure
AMI
PO za Espes za Espes PO za Espes za Espes
NA
sup. or sup. or sup. or sup. or
(HRc (mm) (HRc (mm) (HRc (mm) (HRc (mm)
) ) ) )
1 59 0.35 59 0.45 1 61 0.6 61 0.9
2 59 0.45 59 0.65 2 61 1 63 1
5
3 59 0.85 60 0.8 3 62 1.2 67 0.85
4 60 1 60 1.1 4 63 1.5 64 1.4
1 59 0.45 59 0.5 1 61 0.9 62 0.9
10 2 59 0.7 59 0.7 2 62 1 63 1.1
3 60 0.9 60 0.9 3 63 1.2 63 1.2
48
4 60 1.1 60 1.2 4 64 1.4 64 1.5
1 60 0.7 60 0.9 1 64 0.8 64 0.95
2 61 0.7 62 1 2 64 1 66 1.2
15
3 60 1.1 62 1.2 3 64 1.2 64 1.4
4 62 1.3 62 1.4 4 64 1.4 67 1.55
Fuente: Autora.

con 5% de amoniaco a diferentes tiempos
ACERO 8620 - 5% AMONIACO ACERO 1020 - 5% AMONIACO

61 61
1 hora 1 hora
59 59
2 horas
DUREZA (HRC)
DUREZA (HRC)
57 2 horas
57
3 horas 3 horas
55 55
4 horas 4 horas
53 53
51 51
49 49
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
DISTANCIA (mm) DISTANCIA (mm)
Fuente: Autora.
49

61 61
59 1 hora 59 1 hora
DUREZA (HRC)
DUREZA (HRC)
2 horas 2 horas
57 57
3 horas 3 horas
55 55
4 horas 4 horas
53 53
51 51
49 49
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Fuente: Autora.


63 63
61 1 hora 61 1 hora
2 horas 2 horas
DUREZA (HRC)
DUREZA (HRC)
59 59
57 3 horas 57 3 horas
53 53
51 51
49 49
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
Fuente: Autora.
50
En los perfiles de microdureza mostrados en la Figura 19,20 y 21 se observa un
desplazamiento constante de las curvas de dureza en forma ascendente y de
izquierda a derecha, lo que representa un mayor grado de penetración de la
dureza en ambos aceros, gracias a la influencia del tiempo en el proceso. También
se puede observar que para la mayoría de tiempos existe una mayor profundidad
de capa en el acero 1020. Se puede notar que la dureza superficial en todas las
concentraciones de amoniaco fue más o menos igual, pero al comparar las
diferentes concentraciones se observa un aumento bastante notorio en las
profundidades de capa en ambos aceros.

con 5% de trietanolamina a diferentes tiempos
ACERO 8620 - 5% ACERO 1020 - 5%

TRIETANOLAMINA TRIETANOLAMINA
63 1 hora 67 1 hora
65
61 2 horas 2 horas
63
DUREZA (HRC)
DUREZA (HRC)
59 61
3 horas 3 horas
57 59
4 horas 57 4 horas
55
55
53
53
51 51
49 49
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6
Fuente: Autora.
51
ACERO 8620 - 10% ACERO 1020 - 10%

65 65
1 hora 63 1 hora
63
DUREZA (HRC)
DUREZA (HRC)
57 57
4 horas 4 horas
55 55
53 53
51 51
49 49
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6
Fuente: Autora.

ACERO 8620 - 15% ACERO 1020 - 15%

65 67
1 hora 1 hora
63 65
DUREZA (HRC)
DUREZA (HRC)
59 61 3 horas
3 horas
57 59
4 horas 57 4 horas
55
55
53 53
51 51
49 49
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6
Fuente: Autora.
52
Al analizar los perfiles de microdureza mostrados en la Figura 22,23 y 24 se
observa al igual que en con el amoniaco un desplazamiento de las curvas de
dureza en forma ascendente y de izquierda a derecha, gracias a la influencia del
tiempo en el proceso. Pero existen algunas excepciones como lo es el caso de la
figura 24 del acero 8620 donde la dureza en la superficie fue constante en los
diferentes tiempos del proceso. Se observa que con la trietanolamina al igual que
con el amoniaco para la mayoría de tiempos existe una mayor profundidad de
capa en el acero 1020. Al comparar la trietanolamina con el amoniaco se puede
notar que con la trietanolamina se obtuvieron tanto durezas como profundidades
de capa mayores que con el amoniaco. Pero hubo un caso particular como se
puede observar en la figura 22 para el acero 1020 con un tiempo de 3 horas,
donde se presentó una dureza bastante grande (67 HRc) y la dureza cayo
rápidamente, teniendo una profundidad de capa bastante pequeña, al compararla
con los demás casos. Esto se debe a que la templabilidad de los aceros o también
pudo haber sido producto de algún error durante el proceso, debido a que no se
controló el potencial de carbono y nitrógeno en la atmósfera del horno.

con diferentes aminas y concentraciones de las mismas.
ACERO 8620 - 4 HORAS

65
5% AMONIACO
63 10% AMONIACO
61 15% AMONIACO
DUREZA (HRC)
5% TRIETANOLAMINA
59 10% TRIETANOLAMINA
55
53
51
49
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6
DISTANCIA (mm)
Fuente: Autora.
53

67 5% AMONIACO
10% AMONIACO
64 15% AMONIACO
5% TRIETANOLAMINA
DUREZA (HRC)
10% TRIETANOLAMINA
58
55
52
49
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6
DISTANCIA (mm)
Fuente: Autora.


65
5% AMONIACO
63 10% AMONIACO
15% AMONIACO
DUREZA (HRC)
10% TRIETANOLAMINA
59
15% TRIETANOLAMINA
57
55
53
51
49
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
DISTANCIA (mm)
Fuente: Autora.
54

67 5% AMONIACO
65 10% AMONIACO
63 15% AMONIACO
DUREZA (HRC)
5% TRIETANOLAMINA
61
10% TRIETANOLAMINA
57
55
53
51
49
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
DISTANCIA (mm)
Fuente: Autora.


65
5% AMONIACO
63 10% AMONIACO
15% AMONIACO
61
5% TRIETANOLAMINA
DUREZA (HRC)
15% TRIETANOLAMINA
57
55
53
51
49
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
DISTANCIA (mm)
Fuente: Autora.
55

67
5% AMONIACO
65 10% AMONIACO
15% AMONIACO
DUREZA (HRC)
15% TRIETANOLAMINA
59
57
55
53
51
49
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
DISTANCIA (mm)
Fuente: Autora.


65 5% AMONIACO
63 10% AMONIACO
15% AMONIACO
61
5% TRIETANOLAMINA
DUREZA (HRC)
15% TRIETANOLAMINA
57
55
53
51
49
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
DISTANCIA (mm)
Fuente: Autora.
56

65
5% AMONIACO
63 10% AMONIACO
15% AMONIACO
DUREZA (HRC)
15% TRIETANOLAMINA
57
55
53
51
49
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
DISTANCIA (mm)
Fuente: Autora.
Al comparar las figuras 25 a la 32, se observó que el grado de penetración de la

dureza y la dureza superficial es mayor en las muestras que se realizaron a
mayores tiempos de tratamiento y a mayores concentraciones tanto en el
amoniaco como en la trietanolamina, pero se presenta una excepción al observar
el acero 8620 tratado durante 4 horas en la figura 25, donde se observa que
aunque la dureza superficial aumenta a mayores concentraciones, la profundidad
de capa es menor. Esto puede ser ocasionado porque al tener tiempos largos de
proceso y alto porcentaje de trietanolamina en la atmósfera se originan barreras
que impiden que se continúe con la difusión debido a los elementos de aleación
presentes en el acero 8620 y a que la trietanolamina no solo aporta nitrógeno sino
carbono a la atmósfera.
57
hora de proceso.
AMONIACO - 1 HORA TRIETANOLAMINA - 1 HORA

20 20
Concentración (%)
Concentración (%)
15 15
10 10
ACERO
8620 ACERO
5 5 8620
ACERO
1020 ACERO
1020
0 0
0,2 0,4 0,6 0,8 1 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Distancia (mm) Distancia (mm)
Fuente: Autora.

horas de proceso.
AMONIACO - 4 HORAS TRIETANOLAMINA - 4 HORAS

20 20
Concentración (%)
Concentración (%)
15 15
10 10
ACERO ACERO
5 8620 5 8620
ACERO ACERO
1020 1020
0 0
0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,3 1,4 1,5 1,6
Distancia (mm) Distancia (mm)
Fuente: Autora.
Al analizar las figuras 33 y 34 se pudo observar que para el acero 1020 se

producen profundidades de capa mayores que en el acero 8620, se puede ver que
58
las curvas se encuentran desplazadas a la derecha en todos los casos tanto en el
extremo inferior del proceso con 1 hora de tratamiento, como en el máximo con 4
horas de tratamiento. También se puede ver que a mayores concentraciones el
espesor de capa va aumentando, pero como se puede observar en la figura 34, en
el acero 8620 tratado durante 4 horas con trietanolamina, se produce una
excepción ya que en este caso a medida que aumenta la concentración la
profundidad de capa efectiva disminuye, debiéndose esto quizá a que la
trietanolamina al producir carbono y nitrógeno atómico en la mezcla, producirá
más cantidad de carburos los cuales pueden en ese tiempo difundirse tanto en la
superficie que producen una barrera que no permita que la difusión continúe. Al
introducir en la atmósfera más porcentaje de trietanolamina mayor será el
porcentaje de nitrógeno y carbono que tratara de difundirse en el acero. También
pudo deberse a que el acero 8620 posee elementos aleantes formadores de
nitruros.
Figura 35. Gráficas de porcentaje de amina en la mezcla vs la dureza superficial

(HRc), para los aceros AISI-SAE 8620 y 1020 carbonitrurados con 1 hora de
proceso.
AMONIACO - 1 HORA TRIETANOLAMINA - 1 HORA

60,2 65
Dureza Superficial (HRc)
60
64
59,8
59,6 63
59,4 62
ACERO ACERO
59,2 8620
61 8620
59 ACERO ACERO
1020 1020
58,8 60
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
Concentración (%) Concentración (%)
Fuente: Autora.
59
Figura 36. Perfil de microdureza obtenido en función del porcentaje de amina en
la mezcla y la dureza superficial (HRc), para los aceros AISI-SAE 8620 y 1020
carbonitrurados con 4 horas de proceso.
AMONIACO - 4 HORAS TRIETANOLAMINA - 4 HORAS

62,5 68

62 67
61,5 66 ACERO
8620
61 65 ACERO
ACERO 1020
60,5 8620
64
60 ACERO 63
1020
59,5 62
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
Concentración (%) Concentración (%)
Fuente: Autora.
Al observar las gráficas 35 y 36 se puede notar que para el amoniaco tanto en el

extremo mínimo del proceso de una hora, como en el máximo de 4 horas al
aumentar la concentración de la amina aumenta su dureza superficial y esta es
mayor para un proceso de 4 horas, sin embargo es importante observar que tanto
en la gráfica 35 como en la 36 para el amoniaco las gráficas se superponen,
mostrando que para ambos aceros el comportamiento de la dureza superficial es
el mismo; a diferencia de la trietanolamina en la que se puede observar
claramente que en los diferentes tiempos del proceso se producen mayores
durezas superficiales en el acero 1020, notándose también que para el proceso de
4 horas aumenta notablemente la dureza superficial con respecto al de 1 hora de
proceso.
60
Figura 37.Perfil de microdureza obtenido en función de la profundidad de capa
carbonitrurada para los aceros AISI- SAE 1020 y 8620 a diferentes tiempos de
proceso, con un 5 % amina en la mezcla.
5% AMONIACO 5% TRIETANOLAMINA
ACERO ACERO
1,2 8620 1,6 8620
1,4
Profundidad (mm)
Profundidad (mm)
y = 0,29x + 0,35
1 y = 0,21x + 0,225 ACERO
1,2 R² = 0,9836 ACERO
R² = 0,98 1020 1020
0,8 1
Lineal 0,8 Lineal
0,6 (ACERO (ACERO
0,6
8620) y = 0,135x + 0,7 8620)
y = 0,235x + 0,075 Lineal 0,4 Lineal
0,4 R² = 0,4876
R² = 0,946
(ACERO 0,2 (ACERO
1020) 0 1020)
0,2
0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5
Tiempo (horas) Tiempo (horas)
Fuente: Autora.
En la figura 37 se realizó una comparación de los valores de profundidad de capa

carbonitrurada para los aceros AISI-SAE 1020 y 8620, en los diferentes tiempos
de tratamientos y con las 2 atmósferas utilizadas. La tendencia de las curvas
muestra que a medida que se aumenta el tiempo, aumenta la profundidad de la
capa carbonitrurada. Se observa que la mayor profundidad de capa para esta
concentración es de 1.5 mm y se produce en el acero 8620, con 4 horas de
proceso y utilizando trietanolamina.
Este procedimiento se realiza con el fin de graficar los datos como una recta y
obtener las ecuaciones de profundidad de carbonitruración y cementación en
función del tiempo. Estas mismas graficas se realizaron para los diferentes
porcentajes de amina en la mezcla; obteniéndose las diferentes ecuaciones para
la estandarización del proceso, con el cual se pueden determinar los valores de
profundidad de capa que se obtienen en un determinado tiempo, al someter las
piezas a las condiciones del horno de carbonitruración gaseosa en la empresa
IMATT SAS.
61
Tabla 7. Profundidad de capa carbonitrurada en función del tiempo
PRUEBA ACERO 8620 ACERO 1020
5% AMONIACO X = 0.235t +0.075 X= 0.21t + 0.225
5% TRIETANOLAMINA X = 0.29t +0.35 X= 0.135t + 0.7
10% AMONIACO X = 0.215t +0.25 X= 0.23t + 0.25
15% AMONIACO X = 0.22t +0.4 X= 0.17t + 0.7
CEMENTACIÓN X = 0.145t +0.7 X= 0.17t + 0.45
Fuente: Autora.
Dónde:
X = Espesor de capa [mm].
T = tiempo [horas].
4.2.3. Difracción de Rayos X
Esta prueba se realizó con el fin de analizar la capa carbonitrurada y comprobar la

presencia de nitruros en la misma, sin embargo, no se obtuvieron resultados
significativos en los cuales se pudiera evidenciar la presencia de nitruros.
62
4.3. ESTUDIO COMPARATIVO
Este estudio comparativo se realizó entre el proceso de carbonitruración y el de

cementación gaseosa mediante perfiles de microdureza. Para esta comparación
se escogió el porcentaje de amina y tiempo de proceso que presentó mayores
valores tanto de dureza como de profundidad de capa en el proceso de
carbonitruración y se comparó con el proceso de cementación gaseosa
previamente investigado.

ACERO 8620 - 15% ACERO 1020 - 15%

65 67
1 hora 1 hora
63 65
DUREZA (HRC)
DUREZA (HRC)
59 61 3 horas
3 horas
57 59
4 horas 57 4 horas
55
55
53 53
51 51
49 49
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6
Fuente: Autora.
63
Figura 39.Perfil de microdureza obtenido en función de la distancia a la superficie
y su conversión a HRC, para los aceros AISI-SAE 8620 y 1020 cementados con
etanol
CEMENTACION ACERO 8620 CEMENTACION ACERO 1020

65 67
1 hora 1 hora
63 65
DUREZA (HRC)
DUREZA (HRC)
59 61 3 horas
3 horas
59
57 4 horas
4 horas 57
55 55
53 53
51 51
49 49
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Fuente: Autora.
Al comprar las figuras 38 y 39, se pudo observar que para la carbonitruración no

existen cambios tan drásticos en la dureza como en la cementación, se producen
mayores durezas superficiales a menores tiempos y capas más profundas
mediante el proceso de carbonitruración, lo que va a significar una disminución de
costos para la empresa IMATT SAS, debido a que el proceso de carbonitruración
se realiza a temperaturas más bajas y si el proceso se realiza con trietanolamina
está es de fácil adquisición y bastante económica.
La forma de hallar el costo del consumo es el siguiente:
Costo ciclo= Costo consumo de reactivos + Costo funcionamiento del horno
64
 Costo consumo de reactivos = ∑
 Costo funcionamiento del horno
El costo energético ($/h) tanto del proceso de carbonitruración como el de

cementación es de 40348.56 $/h.
El costo total del consumo de reactivos para la cementación gaseosa, realizada

con etanol es de 8113.3835 $/h.
Los costos del consumo de reactivos para la carbonitruración gaseosa en las

diferentes aminas, se escogieron los porcentajes más altos de reactivos gastados
y estos son:
Tabla 8. Costo total del consumo de reactivos para carbonitruración gaseosa con
diferentes aminas
Costo etanol Costo Costo

Costo total
PRUEBA gastado amoniaco trietanolamina
consumo ($/h)
($/h) gastado ($/h) gastada ($/h)
15%
6696.37 90000.00 ---------- 96696.37
AMONIACO
15%
TRIETANO 6896.37 ---------- 5753.9683 12650.33825
LAMINA
Fuente: Autora.
65
Al analizar el consumo energético por hora de los dos procesos, el cual es el
mismo para ambos; los costos de funcionamiento del horno y los costos de los
reactivos se podría decir que el proceso de cementación sería mucho más
económico que el de carbonitruración y al comparar el proceso de carbonitruración
se puede decir que el proceso resulta más económico al utilizar como amina, la
trietanolamina. Pero este análisis puede ser erróneo o despreciable ya que no
tienen en cuenta la relación de la profundidad de la capa Vs costos, ni la
temperatura del proceso.
Para obtener los valores que determinan el proceso más eficiente con relación a la
profundidad de capa Vs costos, se debe cumplir lo siguiente:
Dónde:
VCr/h = Costos de los reactivos del proceso por hora obtenidos de la tabla 8 para
carbonitruración gaseosa.
t = Los valores de t son obtenidos de la tabla 7.
Al hacer la comparación de los costos del proceso de cementación gaseosa con el

proceso de carbonitruración con las diferentes aminas, se puede observar que
para obtener un determinado espesor de capa los tiempos disminuyen en el
proceso de carbonitruración con respecto al de cementación, utilizando cualquiera
de las dos aminas ya que el tiempo de la carbonitruración con amoniaco es 1.23
veces menor al de cementación y el tiempo de la carbonitruración con
trietanolamina es 1,7 veces menor al de cementación gaseosa.
Al analizar los costos tanto de cementación como de carbonitruración gaseosa, se

observa que la carbonitruración resulta más económica por que disminuye tiempos
y temperaturas de proceso, produciendo espesores de capa mayores que los
producidos por cementación gaseosa. También al comparar las aminas utilizadas
66
en el proceso de carbonitruración es importante decir que con la amina que reduce
muchos más costos para la empresa IMATT SAS es la trietanolamina, debido a
que esta es mucho más económica y de fácil adquisición en el mercado local que
el amoniaco y producen espesores de capa mayores o iguales a los obtenidos con
el amoniaco.
67
5. CONCLUSIONES
De este estudio se concluye que:
 Es de gran importancia el tiempo y la selección del acero para la

carbonitruración, como se observó en los perfiles de microdureza, al
aumentar el tiempo, el grado de profundidad de la dureza también aumenta,
tanto en el acero AISI-SAE 1020 como en el AISI-SAE 8620, lo cual permite
que estos tengan mayor resistencia al desgaste.
 La trietanolamina es la amina más efectiva, en el tratamiento de

carbonitruración, ya que produce espesores de capa y durezas superficiales
mayores a las obtenidas con el amoniaco en menores tiempos de proceso.
 A medida que se aumenta el porcentaje de amina en la mezcla, la dureza

superficial es mayor para el amoniaco.
 El proceso de carbonitruración propuesto al compararlo con el proceso de

cementación utilizado actualmente por la empresa IMATT SAS, evidencia
una gran disminución de costos, gracias a que este proceso se realiza a
menores tiempos que la cementación y presenta mayores profundidades de
capa. Aparte de esto la trietanolamina es un producto de fácil adquisición
en el mercado, económico y poco toxico.
68
 El mejor tratamiento de carbonitruración para endurecer superficialmente
los aceros AISI-SAE 8620 y 1020 fue realizada a 870°C, durante 4 horas de
carbonitruración y 15% de trietanolamina, donde se obtuvo una dureza
máxima de 67 HRc para el acero 1020 y de 64 HRc para el acero 8620 y
profundidades de capa de 1.55 mm y 1.4 mm respectivamente; lo que
confiere muy buenas propiedades superficiales a estos aceros,
minimizando el desgaste de los mismos.
69
6. RECOMENDACIONES
 Evaluar mediante otras técnicas de análisis composicionales que permitan

cualificar y cuantificar el porcentaje de carbono y nitrógeno en la capa
carbonitrurada, así como las fases formadas de nitruros y carbonitruros.
 Llevar a cabo tratamientos a diferentes temperaturas para observar el

comportamiento de la dureza y profundidad de capa, con el fin de encontrar
la temperatura efectiva para el proceso de carbonitruración.
 Adecuar un sistema de control en el interior del horno que minimice la

presencia e gases contaminantes en el proceso.
 Implementar un control para verificar el potencial de carbono y nitrógeno

que se encuentra en la atmosfera, durante todo el proceso.
70
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] TRATAMIENTOS TÉRMICOS, Curso de Materiales, Escuela Colombiana

de Ingeniería Julio Garavito. Edición 2008.
[2] PROCESOS TERMOQUÍMICOS DE ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL.

Ciencia de los Materiales. Departamento de Tecnología. Universidad Nacional de
Lujan. Ingeniería Industrial. 2012.
[3] BLOG DE TECNOLOGÍA. Bonitatem et Disciplinam et Scientiam Doce Me.

[En línea]. Disponible en <http://tecnotic.wordpress.com/2009/11/08/tratamientos-
termicos-y-termoquimicos/>.
[4] CARBONITRURACIÓN. Revista CENIM año 1975. Vol. 11. N.5. Pág. 248.
[5] SUDOSILO S.A. Tratamientos térmicos, Ingeniería de Superficies. [En

línea]. Disponible en
<http://www.sudosilo.com.ar/index.php?option=com_content&view=article&id=101
&Itemid=228>.
[6] TRATAMIENTOS TÉRMICOS. [En línea]. Disponible en

<www.tratar.com.co/descargas/tratamientos.pdf>.
71
[7] METALOGRAFÍA. Universidad Tecnológica de Pereira. [En línea].
Disponible en < http://blog.utp.edu.co/metalografia/2012/07/28/5-5-diagrama-
hierro-carbono-puntos-criticos-y-ejemplos-de-regla-de-la-palanca-2-2/#diagrama-
hierro-carbono>.
[8] UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS. ¨SHEILA

CÓRDOVA VALENCIA¨. Proceso de nitruración gaseosa en los aceros SAE 4340,
SAE 4140, SAE 0-1, SAE 1045. E.A.P. de Ingeniería Metalúrgica. Lima-Perú 2003.
[9] CATÁLOGO TÉCNICO. Cia. General de Aceros S.A. Disponible en

<http://www.slideshare.net/nano0018/ficha-1045-10201>.
[10] Catálogo técnico. Cia. General de Aceros S.A.
[11] FICHA TÉCNICA TRIETANOLAMINA. Disponible en

<http://geiic.com/index.phppotion=com_fichas&ltemid=83&tasko=viewo&task=view
2&id=98>.
[12] IDESA petroquímica, TRIETANOLAMINA. Disponible en

<http://www.idesapetroquimica.com/es/content/trietanolamina>.
[13] AMONIACO (NH3). Disponible en <www.profeblog.es/jose/wo-

content/.../12/Alvaro_Castillo_NH3.pdf>.
72
[14] AMONIACO. Disponible en <www.slideshare.net/StepManiaco/grupos-
funcionales-expo>.
[15] Alvaro Castro, Germán melendez. Universidad Nacional de Colombia

(UNC). Instituto de Ciencias Nucleares y Energías Alternativas INEA.
Caracterización de la superficie Carbonitrurada del acero 8620.
[16] J. M, Belló Berbegal y B. J. Fernández González. Sección de Tratamientos

Térmicos del CENIM. Control y regulación de las atmósferas para
carbonitruración.
[17] Carlos Bohórquez A. y Álvaro Castro P. UNC. [2005]. Universidad

Nacional de Colombia. Nitrocarburación Austenítica del Acero AISI-SAE 1020 con
alcoholes y trietanolamina.
[18] Bohórquez Ávila C. A. Pontificia Universidad Catolica del Perú.

Nitrocarburación Austenítica de los aceros AISI SAE 1020 y 8620 mediante el
empleo de alcoholes y nitrurantes líquidos.
[19] Comparison of carbonitriding and nitrocarburising on size and shape

distortion of plain carbon SAE 1010 steel. V. Campagna*1, R. Bowers1, D. O.
Northwood1,X.C.Sun2 and P. Bauerle2.
73
[20] VALENCIA, G. Asdrúbal. Tecnología del tratamiento térmico de los
metales.
[21] METALS HANDBOOK. Heat Treating. Ninth edition. ASM International,

vol. 4.Ohio.
[22] ASTM E415 – 2008. Standard Test Method for Atomic Emission Vacuum
Spectrometric Analysis of Carbon and Low-Alloy Steel.
[23] ASTM E3 – 2001. Standard Guide for Preparation of Metallographic

Specimens.
[24] ASTM E 384-05a (2005). Standard Test Method for Microindentation

Hardness of Materials.
[25] ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL DEL ACERO. M. en I. Felipe Díaz del

Castillo Rodríguez. CUAUTITLÁN IZCALLI 2007. Departamento de ingeniería.
Laboratorio de Tecnología de Materiales.
[26] Lajtin Yu (1987), “Tratamiento Químico Térmico de los Metales”, Editorial

Mir., Moscú.
74
[27] Askeland Donald, (1985), “La Ciencia e Ingeniería de los Materiales”, Ed.
Iberoamericana, México.
[28] Artículo técnico. Aplicación de los tratamientos térmicos en procesos de

fabricación. José Domingo Guerra. Jefe de Producción TRATAR S.A.
[29] J. M, Belló Berbegal y B. J. Fernández González. Sección de Tratamientos

Térmicos del CENIM. Carbonitruración. Vol. 11. N 5. Año 1975.
[30] ASTM E407-2007. ASTM E407 - 07e1 Standard Practice for Microetching
Metals and Alloys.
[31] ANSI/AGMA 6004 – F88. ANSI AGMA 6004-F88-1988 Gear Power Rating
for Cylindrical Grinding Mills Kilns Coolers and Dryers.
[32] INFLUENCIA DEL NITROGENO COMO COMPONENTE DE LA

ATMOSFERA EN UN PROCESO DE CEMENTACION DE ACEROS SAE 8620 Y
SAE 1020 EN UN HORNO DE GOTEO DE ALCOHOL. Universidad Industrial de
Santander. 2010. Pablo E. Saurith. Diana C. Blanco.
75
BIBLIOGRAFÍA
Alvaro Castro, Germán melendez. Universidad Nacional de Colombia (UNC).

Instituto de Ciencias Nucleares y Energías Alternativas INEA. Caracterización de
la superficie Carbonitrurada del acero 8620.
AMONIACO. Disponible en <www.slideshare.net/StepManiaco/grupos-funcionales-

expo>.
AMONIACO (NH3). Disponible en <www.profeblog.es/jose/wo-

content/.../12/Alvaro_Castillo_NH3.pdf>.
ANSI/AGMA 6004 – F88. ANSI AGMA 6004-F88-1988 Gear Power Rating for
Cylindrical Grinding Mills Kilns Coolers and Dryers.
Artículo técnico. Aplicación de los tratamientos térmicos en procesos de

fabricación. José Domingo Guerra. Jefe de Producción TRATAR S.A.
Askeland Donald, (1985), “La Ciencia e Ingeniería de los Materiales”, Ed.

Iberoamericana, México.
ASTM E3 – 2001. Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens.
76
ASTM E 384-05a (2005). Standard Test Method for Microindentation Hardness of
Materials.
ASTM E407-2007. ASTM E407 - 07e1 Standard Practice for Microetching Metals
and Alloys.
ASTM E415 – 2008. Standard Test Method for Atomic Emission Vacuum
Spectrometric Analysis of Carbon and Low-Alloy Steel.
BLOG DE TECNOLOGÍA. Bonitatem et Disciplinam et Scientiam Doce Me. [En

línea]. Disponible en <http://tecnotic.wordpress.com/2009/11/08/tratamientos-
termicos-y-termoquimicos/>.
Bohórquez Ávila C. A. Pontificia Universidad Catolica del Perú. Nitrocarburación

Austenítica de los aceros AISI SAE 1020 y 8620 mediante el empleo de alcoholes
y nitrurantes líquidos.
CARBONITRURACIÓN. Revista CENIM año 1975. Vol. 11. N.5. Pág. 248.
Carlos Bohórquez A. y Álvaro Castro P. UNC. [2005]. Universidad Nacional de

Colombia. Nitrocarburación Austenítica del Acero AISI-SAE 1020 con alcoholes y
trietanolamina.
Catálogo técnico. Cia. General de Aceros S.A.
77
CATÁLOGO TÉCNICO. Cia. General de Aceros S.A. Disponible en
<http://www.slideshare.net/nano0018/ficha-1045-10201>.
Comparison of carbonitriding and nitrocarburising on size and shape distortion of

plain carbon SAE 1010 steel. V. Campagna*1, R. Bowers1, D. O.
Northwood1,X.C.Sun2 and P. Bauerle2.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL DEL ACERO. M. en I. Felipe Díaz del Castillo

Rodríguez. CUAUTITLÁN IZCALLI 2007. Departamento de ingeniería. Laboratorio
de Tecnología de Materiales.
FICHA TÉCNICA TRIETANOLAMINA. Disponible en

<http://geiic.com/index.phppotion=com_fichas&ltemid=83&tasko=viewo&task=view
2&id=98>.
IDESA petroquímica, TRIETANOLAMINA. Disponible en

<http://www.idesapetroquimica.com/es/content/trietanolamina>.
INFLUENCIA DEL NITROGENO COMO COMPONENTE DE LA ATMOSFERA EN

UN PROCESO DE CEMENTACION DE ACEROS SAE 8620 Y SAE 1020 EN UN
HORNO DE GOTEO DE ALCOHOL. Universidad Industrial de Santander. 2010.
Pablo E. Saurith. Diana C. Blanco.
78
J. M, Belló Berbegal y B. J. Fernández González. Sección de Tratamientos
Térmicos del CENIM. Carbonitruración. Vol. 11. N 5. Año 1975.
J. M, Belló Berbegal y B. J. Fernández González. Sección de Tratamientos

Térmicos del CENIM. Control y regulación de las atmósferas para
carbonitruración.
Lajtin Yu (1987), “Tratamiento Químico Térmico de los Metales”, Editorial Mir.,

Moscú.
METALOGRAFÍA. Universidad Tecnológica de Pereira. [En línea]. Disponible en <

http://blog.utp.edu.co/metalografia/2012/07/28/5-5-diagrama-hierro-carbono-
puntos-criticos-y-ejemplos-de-regla-de-la-palanca-2-2/#diagrama-hierro-carbono>.
METALS HANDBOOK. Heat Treating. Ninth edition. ASM International, vol.

4.Ohio.
PROCESOS TERMOQUÍMICOS DE ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL. Ciencia

de los Materiales. Departamento de Tecnología. Universidad Nacional de Lujan.
Ingeniería Industrial. 2012.
SUDOSILO S.A. Tratamientos térmicos, Ingeniería de Superficies. [En línea].

Disponible en
79
<http://www.sudosilo.com.ar/index.php?option=com_content&view=article&id=101
&Itemid=228>.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS, Curso de Materiales, Escuela Colombiana de

Ingeniería Julio Garavito. Edición 2008.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS. [En línea]. Disponible en

<www.tratar.com.co/descargas/tratamientos.pdf>.
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS. ¨SHEILA CÓRDOVA

VALENCIA¨. Proceso de nitruración gaseosa en los aceros SAE 4340, SAE 4140,
SAE 0-1, SAE 1045. E.A.P. de Ingeniería Metalúrgica. Lima-Perú 2003.
VALENCIA, G. Asdrúbal. Tecnología del tratamiento térmico de los metales.
80
ANEXOS
ANEXO A. DIAGRAMAS DE FASES INVOLUCRADAS EN LA

CARBONITRURACIÓN.
Diagrama hierro carbono (Fe-C).
Figura 1. Diagrama Fe - Fe3C.
Fuente: Ref. [7].
81
Diagrama de fases de Fe – N.
Figura 2. Diagrama de equilibrio para el Fe-N.
Fuente: Ref. [26]
82
ANEXO B. MECANISMO DE FORMACIÓN DE CAPA CARBONITRURADA.
La Teoría de la Difusión.
La difusión se entiende como el movimiento de átomos. A nivel atómico, la difusión

consiste en la emigración de los átomos de un sitio de la red a otro sitio. En los
materiales sólidos, los átomos están en continuo movimiento, cambian
rápidamente de posición. La movilidad atómica exige dos condiciones:
Un lugar vecino vacío.
El átomo debe tener suficiente energía como para romper los enlaces con los
átomos vecinos y distorsionar la red durante el desplazamiento.
Esta energía es de naturaleza vibratoria. A una temperatura determinada, alguna

pequeña fracción del número total de átomos es capaz de difundir debido a la
magnitud de su energía vibratoria. Esta fracción aumenta al ascender la
temperatura. [8]
Difusión en los metales
Por difusión se entiende el desplazamiento de los átomos en el cuerpo cristalino a

distancias que superan las medias interatómicas de la sustancia dada. En la
industria los más usados son los procesos de tratamiento termoquímico basados
en la difusión en el hierro de los no metales C, N, B. Estos elementos cuyo radio
atómico es pequeño, forman con el hierro soluciones sólidas intersticiales.
La temperatura ejerce gran influencia en los coeficientes y en las velocidades de

difusión.
Para llevar a cabo un fenómeno elemental de difusión el átomo debe vencer una
barrera de energía.
83
La probabilidad de que el átomo de saltos de una posición de equilibrio a otra se
determina por la frecuencia con la cual surgen las fluctuaciones que superan la
energía de activación. El tiempo relativo durante el cual el átomo tiene la energía
necesaria para vencer la barrera es proporcional a exp(-Q/RT). [26].
La ley de influencia de la temperatura sobre el coeficiente de difusión primero fue

establecida experimentalmente (Ley de Arrhenius) y después argumentada
teóricamente sobre la base de la teoría atómica de la difusión y se describe:
D = DO exp (-Q/RT)
Dónde:
D = es la difusibilidad o coeficiente de difusión.
D0 = factor de frecuencia independiente de la temperatura (m2/s)
Q = energía de activación (J/mol)
R = Cte. de gases 8,31 J/mol-ºK, 1987 cal/mol-ºk ó 8,62x 10-5eV/átomo.
T = temperatura absoluta (ºK).
d.- La Segunda Ley de Fick
La segunda ley de Fick es una ecuación en derivadas parciales, para la solución

unívoca de la cual es indispensable prefijar las condiciones iniciales y de frontera a
los que debe satisfacer la concentración del elemento difundido.
La mayoría de las situaciones prácticas de difusión son en estado no estacionario.

En una zona determinada del sólido, el flujo de difusión y el gradiente de difusión
varían con el tiempo, generando acumulación o agotamiento de las sustancias que
difunden. [8].
Ecuación:
84
Si el coeficiente de difusión es independiente de la composición, lo cual deberá
comprobarse para cada situación particular de difusión, la Ecuación se simplifica:
En la práctica una solución importante es la de un sólido semiinfinito cuya

concentración superficial se mantiene constante. Aquí la concentración de las
especies difusoras C varía con la distancia x, tiempo t y la difusividad D. La
ecuación resultante es:
Dónde:
CS = Es una constante de concentración de los átomos que se difunden en la

superficie del material.
C0 = Es la concentración uniforme inicial de los átomos en el material.
CX = Es la concentración del átomo que se difunde a la posición X debajo de la

superficie después de un tiempo t.
Fer = Es una función de error y puede determinarse a partir de la tabla 1, o de la

figura 3.
En la cual la función Fer (z) es la integral normalizada de probabilidad o función

gaussiana de error.
85
De esta manera, Se puede calcular la concentración de muestras cercanas a la
superficie del material como una función del tiempo y la distancia, siempre y
cuando el coeficiente de difusión D permanezca constante y las concentraciones
de átomos difundidos en la superficie CS y dentro del material C0 permanezcan sin
cambios. [25]
Tabla 1. Función de error.
Fuente: Ref. [25]
Figura 3. Representación gráfica de la función de error Fer(z).
Fuente: Ref. [25]
86
ANEXO C. REACTIVOS
Para producir una buena Carbonitruración es indispensable crear una atmósfera

apropiada, la cual es formada por un gas endotérmico que contiene
Trietanolamina o amoniaco y etanol los que se descomponen y proporcionan
Nitrógeno y Carbono a la superficie del material.
TRIETANOLAMINA
Esta sustancia orgánica fue utiliza en este estudio para producir la atmósfera
deseada proporcionando el Nitrógeno requerido para el proceso de
Carbonitruración, esta se descompone por encima de 500 °C dando como
resultado 5.5 %N, 33.5 %CO 22% CH4 y 39% H2. Es un compuesto químico
orgánico derivado del amoniaco el cual es una amina terciaria, su fórmula química
es C6H15NO3. Se presenta como un líquido higroscópico viscoso (aunque cuando
es impuro puede presentarse como un sólido, dependiendo de la temperatura),
incoloro o de color amarillo pálido, y volátil, totalmente soluble en agua y miscible
con la mayoría de los solventes orgánicos oxigenados. Posee un olor amoniacal
suave. [11].
Se utiliza como aditivo antiestático en la molienda de cemento y en la construcción

como aditivo para el concreto ya que reduce el tiempo de secado e incrementa la
resistencia al agrietamiento por baja temperatura. También se utiliza en la
fabricación de intermediarios cosméticos, en aditivos para lubricantes,
farmacéuticos, líquidos automotrices, pigmentos y colorante, poliuretanos,
purificación de gas, tratamiento de agua, aditivo para textiles, herbicidas e
insecticidas, gel para cabello, como agente surfactante( en gran variedad de
jabones, detergentes y shampoos), es un ajustador de pH, entre otros. [12].
AMONIACO
87
Este reactivo fue usado en este estudio en el proceso de Carbonitruración para
crear una de las atmósferas gaseosas deseadas para la generación de Nitrógeno
requerido en la capa superficial debido a que este difunde el nitrógeno atómico al
interior del acero. El amoníaco es un compuesto químico cuya molécula consiste
en un átomo de nitrógeno (N) y tres átomos de hidrógeno (H) de acuerdo con la
fórmula NH3.
El amoníaco, a temperatura ambiente, es un gas incoloro de olor muy penetrante y

nauseabundo. Se produce naturalmente por descomposición de la materia
orgánica y también se fabrica industrialmente. Es fácilmente soluble y se evapora
rápidamente. Generalmente se vende en forma líquida. [13].
ETANOL
Este alcohol se utiliza como gas portador para producir la atmósfera deseada en el
proceso de Carbonitruración, el cual genera en gran parte el carbono requerido
para obtener la capa superficial deseada y este genera una atmósfera adecuada al
encontrarse con una pureza del 95% y a temperaturas elevadas entre 850 y 950
°C. Este alcohol se presenta en condiciones normales de presión y temperatura
como un líquido incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78 °C.
Mezclable con agua en cualquier proporción; a la concentración de 95% en peso
se forma una mezcla azeotrópica. [14].
88
ANEXO D. INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN
La presencia de los elementos de aleación y del carbono cambia la cinética de

formación de la capa carbonitrurada, con el crecimiento de las interfases
saturadas, se forma al mismo tiempo los nitruros de los elementos de adición CrN,
MoN, así como los carbonitruros del tipo Fe3 (C,N), la alta dureza se debe más a
los nitruros de los elementos de aleación que a los del Fe. [8]
De los elementos de aleación comúnmente usados en los aceros comerciales el

aluminio, cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno son beneficiosos en
carbonitruración porque ellos forman nitruros. Otros elementos de aleación tales
como el níquel, cobre, silicio y manganeso tienen pequeño efecto sobre las
características de nitruración.
Puesto que a temperaturas adecuadas todos los aceros son capaces de formar
nitruros en presencia de nitrógeno naciente, los resultados de carbonitruración son
más favorables en los aceros que contienen uno o más de los mejores elementos
de aleación para la formación de nitruros.
a.- El carbono.- El contenido de carbono de todos estos aceros de carbonitruración

no influye en la dureza, ni en la profundidad de la capa carbonitrurada,
utilizándose diversos porcentajes de acuerdo con las características mecánicas
que se quieren obtener en el núcleo.
Hay que evitar en las piezas descarburizaciones superficiales, eliminando por

mecanizado las que hubiera antes de la carbonitruración, porque en las zonas
donde el porcentaje de carbono es muy bajo, se forman capas con nitruros de
hierro que son muy frágiles y pueden ocasionar el desprendimiento de las capas
superficiales.
b.- El molibdeno.- El molibdeno aumenta la dureza de la capa exterior, mejora la

tenacidad del núcleo y evita la fragilidad de Krupp, que suelen presentar los
89
aceros sin molibdeno al permanecer durante mucho tiempo a temperaturas de
580ºC esto es el caso de los aceros que hayan sido previamente templados y
revenidos.
c.- El cromo.- El cromo es un intenso formador de carburos y estrecha la región

gamma. Cuando se añade para incrementar la resistencia a la corrosión, se debe
disolver totalmente en la matriz y no debe formar carburo alguno.
El cromo aminora en proporción importante, la velocidad crítica de enfriamiento

para el temple, por lo que los aceros que contienen más del 12% de Cr. Templan
incluso por enfriamiento al aire.
Este elemento, incrementa la resistencia a la tracción el límite elástico, la

resistencia mecánica en caliente, la dureza, la templabilidad, la resistencia a la
fatiga, la resistencia al desgaste, la tenacidad, la resistencia al calor, la resistencia
a la corrosión, a la formación de cascarilla, a la remanencia y a la fuerza
coercitiva.
Por las mejoras que produce al acero, se le emplea en los aceros para cementar,
templar, revenir y para carbonitrurar, por ser altamente favorecedor de la
formación de nitruros. El Cromo ayuda a incrementar la capa dura y la influencia
del aluminio y del molibdeno.
90

Carbonitruracion Expo

Cargado por

Copyright:

Formatos disponibles

Carbonitruracion Expo

Cargado por

Información del documento

Descripción original:

Derechos de autor

Formatos disponibles

Compartir este documento

Compartir o incrustar documentos

Opciones para compartir

¿Le pareció útil este documento?

¿Este contenido es inapropiado?

Copyright:

Formatos disponibles

Carbonitruracion Expo

Cargado por

Copyright:

Formatos disponibles

CARBONITRURACIÓN DE ACEROS AISI-SAE 8620, 1020 EN ATMÓSFERAS

DE AMINAS MEZCLADAS CON ALCOHOL PARA LA EMPRESA IMATT SAS.

NANCY LILIANA RIBERO RUGELES

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

NANCY LILIANA RIBERO RUGELES

Trabajo de Grado para optar al título de

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

Nancy Liliana Ribero Rugeles

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 71

TÍTULO: CARBONITRURACIÓN DE ACEROS AISI-SAE 8620, 1020 EN ATMÓSFERAS DE

AUTORA: RIBERO RUGELES NANCY LILIANA

PALABRAS CLAVES: Carbonitruración, trietanolamina, amoniaco, tratamiento termoquímico,

DESCRIPCIÓN: En el presente estudio se realizó la comparación de dos aceros AISI-SAE 1020 y

Se realizó la caracterización de ambos aceros después del tratamiento y se evaluó la profundidad

Las conclusiones de este estudio fue la obtención de un incremento de dureza y profundidad de

TITTLE: AISI-SAE 8620 STEEL CARBONITRIDING, 1020 IN AMINES ATMOSPHERES MIXED

AUTHOR: RIBERO RUGELES NANCY LILIANA

KEYWORDS: Carbonitriding, Triethanolamine, ammonia, Thermochemical treatment, Vickers

La labor de mejorar las propiedades de funcionamiento de los materiales metálicos

Una de estas técnicas es el proceso de carbonitruración gaseosa que consiste en

En la actualidad a nivel industrial para el proceso de carbonitruración se usa

Lo novedoso de este estudio es la utilización de aminas que sean amigables con

Este proceso de Carbonitruración gaseosa con una nueva atmósfera se desea

El presente estudio propone como objetivo determinar la mejor mezcla alcohol -

1.1. OBJETIVO GENERAL

 Realizar el proceso de Carbonitruración de aceros AISI-SAE 8620, 1020 en

1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

 Determinar la mejor mezcla alcohol - amina, teniendo en cuenta el espesor

 Caracterizar la capa endurecida mediante ensayos de metalografía y

 Calcular los costos del proceso de carbonitruración propuesto y compararlo

2.1. DEFINICIÓN DE TRATAMIENTO TÉRMICO

El Tratamiento Térmico involucra varios procesos de calentamiento y enfriamiento

2.1.1. TRATAMIENTO TÉRMOQUIMICO

Los tratamientos termoquímicos son procesos de endurecimiento superficial por

Estos tratamientos requieren el uso de calentamientos y enfriamientos controlados

Este tratamiento termoquímico consiste en endurecer superficialmente el acero,

Los campos de aplicación son los mismos que en el caso de la cementación, ya

La Carbonitruración es un tratamiento con el que se consigue endurecer una capa

Por el efecto del mejoramiento de la templabilidad en los aceros, la

Es un tratamiento térmico que al hacer un calentamiento y enfriamiento a una

Este tratamiento consiste en calentar el acero hasta una temperatura de

Es un tratamiento complementario del temple, que regularmente sigue a éste. A la

2.2.1. ACERO AISI-SAE 1020

Es un acero clasificado en el grupo de los aceros de bajo carbono. Su

Se usa principalmente para partes de maquinaria que no estén sometidas a

Análisis químico según Norma Nacional NMX B-300 (% en peso):

%C % Mn % P máx. % S máx. % Si máx.

O.18 – 0.23 0.3 – 0.6 0.04 0.05 0.15 – 0.3

Fuente: Ref. [9].

Figura 1. Barras de acero y piezas de acero AISI-SAE 1020.

Fuente: Ref. [9].

2.2.2. ACERO AISI-SAE 8620

Es un acero aleado al cromo – níquel – molibdeno muy utilizado para cementación

Es utilizado en la fabricación de engranajes, piñones, mordazas, coronas, moldes

Análisis químico según Norma Nacional NMX B-300 (% en peso):

Tabla 2. Composición química Acero AISI SAE 8620.

O.18 – 0.70 – 0.035 0.040 0.15 – 0.40 – 0.40 - 0.15 –

Fuente: Ref. [10].

Figura 2. Barras y engranajes en acero AISI-SAE 8620.