Tesis - Diorki Reategui - Final

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA”
Facultad de Ingeniería de Minas y Metalurgia
Escuela Profesional de Ingeniería Metalúrgica
TÍTULO:
INFLUENCIA DEL TIEMPO DE CEMENTACIÓN GASEOSA EN HORNOS DE
LECHO FLUIDIZADO
TESIS
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO METALÚRGICO
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN
Ciencias naturales, ingeniería y tecnologías sostenibles.

PRESENTADO POR:
BACH. REATEGUI SANCHEZ, RENE DIORKI
ASESOR
DR. DÁVALOS CALDERÓN ANGEL GUSTAVO
Nasca – Perú
1
2023
DEDICATORIA
Dedicado a mis padres, pilares

fundamentales en mi vida.
Su tenacidad y lucha insaciable han
hecho de ellos el gran ejemplo a seguir y
destacar, no solo para mí, sino para mis
hermanos y familia en general.
ii
AGRADECIMIENTO .
Agradecimiento a mi asesor Dr. Angel

Gustavo Dávalos Calderón, por sus
orientaciones, y a la empresa por permitir
realizar los experimentos.
3iii
INDICE
DEDICATORIA
AGRADECIMIENTO
ÍNDICE
ÍNDICE DE TABLASx
ÍNDICE DE FIGURAS
RESUMEN
ABSTRACT
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN
1.1. INTRODUCCIÓN
1.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
1.3. PROBLEMA FUNDAMENTAL
1.3.1. PROBLEMA GENERAL
1.3.2. PROBLEMAS ESPECÍFICOS
1.4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1. JUSTIFICACIÓN TECNOLÓGICA
1.4.2. IMPORTANCIA
1.5. OBJETIVOS
1.5.1. OBJETIVO GENERAL
1.5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1.6. ANTECEDENTES DEL ESTUDIO
1.6.1. ANTECEDENTES INTERNACIONALES
1.6.2. ANTECEDENTES NACIONALES
1.6.3. ANTECEDENTES LOCALES
II. CAPITULO
ESTRATEGIA METODOLÓGICA
iv
4
2.1. BASE TEÓRICO - CIENTÍFICO
2.1.1. DIFUSIÓN
2.1.1.1. MECANISMOS DE DIFUSIÓN

2.1.1.2. LEYES DE FICK
2.1.1.3. COEFICIENTE DE DIFUSIÓN Y LA TEMPERATURA
2.1.1.4. LA ENERGIA DE ACTIVACIÓN Y EL MECANISMO DE DIFUSIÓN7
2.1.1.5 TIEMPO DE DIFUSIÓN8
2.1.2. CEMENTACIÓN GASEOSA
2.1.2.1. CEMENTACIÓN GASEOSA EN LECHO FLUIDIZADO

2.1.3. TRATAMIENTOS POSTERIORES A LA CEMENTACIÓN CON TEMPLE
DIRECTO
2.1.4. MEDIOS DE TEMPLE
2.1.5. HORNOS DE LECHO FLUIDIZADO
2.1.6. FLUIDIZACIÓN
2.1.7. TEMPLE POR INDUCCIÓN
2.1.8. REVENIDO
2.2. MARCO CONCEPTUAL
2.3. HIPÓTESIS
2.3.1. HIPÓTESIS GENERAL
2.3.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICAS
2.4. VARIABLES
2.4.1. IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES
2.4.2. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
2.5. TIPO Y DISEÑO DE INVESTIGACIÓN
2.5.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN
2.5.2. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN
2.5.3. NIVEL DE INVESTIGACIÓN
2.5.4. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN
v5
2.6. UNIDAD DE ANÁLISIS
2.7. POBLACIÓN Y MUESTRA DEL ESTUDIO
2.7.1. POBLACIÓN
2.7.2. MUESTRA
2.8. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN
2.9. INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN
2.10...............................................TÉCNICAS DE ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS
CAPÍTULO III
RESULTADOS
3.1. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1.1. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1.2. MATERIAL DE ESTUDIO
3.1.2.1. ..................................CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL DE ESTUDIO
3.1.2.2. ........................................PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO 16NC6
3.1.2.3. ................CARACTERÍSTICAS METALOGRÁFICAS DEL ACERO 16NC6
3.1.2.4. ...............................................EQUIPOS, MATERIALES E INSTRUMENTOS
3.2. METODOLOGÍA DEL ENSAYO
3.2.1......................PROCESO DE TRATAMIENTO TERMOQUÍMICO: CEMENTACIÓN
3.2.2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL DE CEMENTACIÓN
3.2.3. METODOLOGÍA PARA LA VERIFICACIÓN DE LA CAPA CEMENTADA
3.2.3.1. ....................RESULTADOS DEL ESPESOR DE CAPA CARBURIZADA (X)
3.2.4. ENSAYO DE DUREZA
3.2.4.1. .............................RESULTADOS
vi DEL ENSAYO DE DUREZA DE LA CAPA
SUPERFICIAL
3.2.5. METALOGRAFÍA
3.3. PRUEBAS EXPERIMENTALES DE CEMENTACIÓN GASEOSA EN PROBETAS DE

ACERO
3.3.1. PRUEBA DE CEMENTACIÓN GASEOSA DE PROBETA 1
6
3.4. MEDICIÓN DEL ESPESOR DE LA CAPA CEMENTADA
3.5. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CAPA CEMENTADA DE LA PROBETA
CAPÍTULO IV
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
4.1. DISCUSIÓN DE RESULTADOS DE PRUEBAS EXPERIMENTALES DE

CEMENTACIÓN, TEMPLE Y REVENIDO
4.1.1. PRUEBA DE CEMENTACIÓN GASEOSA DE LA PROBETA 1
4.1.6. PRUEBA DE CEMENTACIÓN GASEOSA DE LA PROBETA 6 A TIEMPO 240´
4.2. EFECTO DEL TIEMPO SOBRE LA DUREZA SUPERFICIAL
4.2.1. DUREZA DE PRUEBAS DE CEMENTACIÓN GASEOSA DE 1.5 Y 4 HORAS
4.3. EFECTO DEL TIEMPO SOBRE LA DUREZA DE LA PROBETA EN EL NÚCLEO
4.4. TEMPLE Y REVENIDO DE LA PROBETA CEMENTADA
4.5. TEMPERATURA Y TIEMPO DE REVENIDO

vii
4.6. EFECTO DEL TIEMPO DE CARBURIZACIÓN
4.6.1. PROFUNDIDAD DE CAPA EN PRUEBAS DE CEMENTACIÓN GASEOSA DE

1.5 Y 4 HORAS
4.6.2. ANALISIS MACROGRÁFICO DE PRUEBAS DE CEMENTACIÓN GASEOSA
4.6.3. DUREZA DEL NÚCLEO DE PRUEBAS DE CEMENTACIÓN GASEOSA
CAPÍTULO V
7
5.1. CONCLUSIONES
CAPÍTULO VI
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO VII
7.1. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CAPÍTULO VIII
ANEXOS
ÍNDICE DE TABLAS
viii
Tabla 1 Difusión a 500°C y 1000°C para los sistemas difusión de soluto y solvente..........................28
Tabla 2 Forma abreviada de la función error........................................................................................30
Tabla 3 Profundidad del recubrimiento calculado por la ecuación Harris............................................39
Tabla 4 Composición, tamaño de grano y templabilidades de algunos aceros para cementado..........43
Tabla 5 Operacionalización de las variables.........................................................................................69
Tabla 6 Composición química de acero de bajo carbono micro aleado 16NC6 ..................................72
Tabla 7 Propiedades mecánicas del acero 16NC6................................................................................73
8
Tabla 8 Rango del coeficiente de correlación de variables...................................................................73
Tabla 9 Composición química de la probeta 01....................................................................................74
Tabla 10 Composición química y grados de acero...............................................................................75
Tabla 11 Condiciones para el tratamiento térmico de la barra de prueba y tratamientos de los aceros
según Norma Francesa y Norma Americana.........................................................................................76
Tabla 12 Tiempo de cementación y profundidad de capa carburizada ................................................83
Tabla 13 Proceso de cementación gaseosa por 1.5 hrs y temple de probeta 1.....................................87
Tabla 14 Dosificación de gases en porcentaje en el proceso de cementación gaseosa ........................88
Tabla 15 Dureza según profundidad medidos en la escala H15N, conversión aproximada a HRC ....88
Tabla 16 Proceso de cementación gaseosa por 2 hrs. Y temple de probeta 2.......................................89
Tabla 17 Dureza según profundidad medidos en escala H15N, conversión aproximada a HRC en la
probeta 2................................................................................................................................................89
Tabla 18 Proceso de cementación gaseosa por 2.5 hrs. y temple de la probeta 3.................................91
Tabla 19 Dureza según profundidad medidos en la escala H15N, conversión aproximada a HRC, de
la probeta 3.............................................................................................................................................91
Tabla 21 Dosificación de gases en procentaje en el proceso de cementación gaseosa.........................92
probeta 4................................................................................................................................................93
probeta 5................................................................................................................................................94

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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA”

Facultad de Ingeniería de Minas y Metalurgia

Escuela Profesional de Ingeniería Metalúrgica

INFLUENCIA DEL TIEMPO DE CEMENTACIÓN GASEOSA EN HORNOS DE

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO METALÚRGICO

Ciencias naturales, ingeniería y tecnologías sostenibles.

BACH. REATEGUI SANCHEZ, RENE DIORKI

DR. DÁVALOS CALDERÓN ANGEL GUSTAVO

Dedicado a mis padres, pilares

Agradecimiento a mi asesor Dr. Angel

1.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

1.3. PROBLEMA FUNDAMENTAL

1.3.1. PROBLEMA GENERAL

1.3.2. PROBLEMAS ESPECÍFICOS

1.4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN

1.4.1. JUSTIFICACIÓN TECNOLÓGICA

1.5.1. OBJETIVO GENERAL

1.5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1.6. ANTECEDENTES DEL ESTUDIO

1.6.1. ANTECEDENTES INTERNACIONALES

1.6.2. ANTECEDENTES NACIONALES

1.6.3. ANTECEDENTES LOCALES

2.1.1.1. MECANISMOS DE DIFUSIÓN

2.1.2.1. CEMENTACIÓN GASEOSA EN LECHO FLUIDIZADO

2.1.4. MEDIOS DE TEMPLE

2.1.5. HORNOS DE LECHO FLUIDIZADO

2.1.7. TEMPLE POR INDUCCIÓN

2.2. MARCO CONCEPTUAL

2.3.1. HIPÓTESIS GENERAL

2.3.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICAS

2.4.1. IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES

2.4.2. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES

2.5. TIPO Y DISEÑO DE INVESTIGACIÓN

2.5.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN

2.5.2. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN

2.5.3. NIVEL DE INVESTIGACIÓN

2.5.4. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN

2.7. POBLACIÓN Y MUESTRA DEL ESTUDIO

2.8. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN

2.9. INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN

2.10...............................................TÉCNICAS DE ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS

3.1. MATERIALES Y MÉTODOS

3.1.1. MATERIALES Y MÉTODOS

3.1.2. MATERIAL DE ESTUDIO

3.1.2.1. ..................................CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL DE ESTUDIO

3.1.2.2. ........................................PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO 16NC6

3.1.2.3. ................CARACTERÍSTICAS METALOGRÁFICAS DEL ACERO 16NC6

3.1.2.4. ...............................................EQUIPOS, MATERIALES E INSTRUMENTOS

3.2. METODOLOGÍA DEL ENSAYO

3.2.1......................PROCESO DE TRATAMIENTO TERMOQUÍMICO: CEMENTACIÓN

3.2.2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL DE CEMENTACIÓN

3.2.3. METODOLOGÍA PARA LA VERIFICACIÓN DE LA CAPA CEMENTADA

3.2.3.1. ....................RESULTADOS DEL ESPESOR DE CAPA CARBURIZADA (X)

3.2.4. ENSAYO DE DUREZA

3.3. PRUEBAS EXPERIMENTALES DE CEMENTACIÓN GASEOSA EN PROBETAS DE

3.3.1. PRUEBA DE CEMENTACIÓN GASEOSA DE PROBETA 1

3.3.3. PRUEBA DE CEMENTACIÓN GASEOSA DE PROBETA 3

3.3.4. PRUEBA DE CEMENTACIÓN GASEOSA DE PROBETA 4

3.3.5. PRUEBA DE CEMENTACIÓN GASEOSA DE PROBETA 5