Elements Of Surface Hardening (1945)

Summary

El texto describe varios métodos de endurecimiento superficial de acero para lograr una dureza alta en la superficie y una resistencia interna. Estos incluyen el endurecimiento por inmersión en carburante, el carburado en gas y el tratamiento de inmersión en cianuro. Se discuten también los métodos de endurecimiento por llama, como el endurecimiento por llama y el endurecimiento por inducción de alta frecuencia. Además, se menciona el nitriding, que solo es aplicable a ciertos aceros al silicio, cromo o molibdeno, y que puede alcanzar durabilidades superiores a las de otros tratamientos. Todos estos métodos permiten a las partes de acero tener una capa dura mientras se mantienen esenciales en suavidad.

Takeaways

• 🔧 Los componentes de acero a menudo requieren una alta dureza superficial y al mismo tiempo deben tener un núcleo resistente.
• 🛠️ El tratamiento de carburización es un método para aumentar la concentración de carbono en la superficie del acero, lo que permite obtener una superficie más dura que el interior.
• 🔥 El proceso de carburización requiere de 8 a 16 horas a una temperatura de alrededor de 1700 grados Fahrenheit.
• 🧱 La dureza superficial deseada es de 60 a 63 en la escala de Rockwell C, y el tratamiento de carburización es una forma de alcanzarla.
• 🌡️ Después del carburización, los componentes se endurecen al ser calentados por encima de la temperatura crítica superior y luego se enfrían rápidamente en aceite.
• 💧 El enfriamiento en agua produce una superficie más dura pero más frágil que el aceite.
• 🔁 El gas carburización es un método eficiente para piezas pequeñas, donde el gas ciudadano actúa como un medio carburante.
• 🌀 El nitriding es un método de endurecimiento superficial que solo se puede utilizar con ciertos aceros aliópados y alcanza durabilidades superiores.
• 🔥 El flame hardening y el induction hardening no añaden elementos al acero, sino que solo producen la dureza de la que el acero original es capaz.
• 🛠️ El flame hardening es adecuado para grandes piezas donde solo se necesita endurecer áreas seleccionadas.
• ⚙️ El induction hardening es un método muy rápido de endurecimiento superficial donde el calor es inducido por una corriente eléctrica de alta frecuencia.
• 📏 La carburización en bañera de cianuro es una técnica para obtener una capa delgada y resistente, adecuada para piezas que requieren una capa fina de dureza.

Q & A

¿Por qué se requiere una alta dureza superficial en algunas partes de acero?

Se requiere una alta dureza superficial para mejorar la resistencia al desgaste y la erosión en las partes de acero, mientras que una núcleo duro mantiene la resistencia al impacto y la tenacidad.

¿Cómo se supera la dificultad de obtener una superficie endurecida y un núcleo duro en el acero?

Se puede superar al tomar acero de bajo contenido de carbono y aumentar el contenido de carbono en la región superficial. Después de calentamiento y endurecimiento por refrigeración, la superficie del acero alcanza una dureza mucho mayor que la sección interior con un contenido de carbono más bajo.

¿Qué es el tratamiento de carburización y qué propósito sirve?

El tratamiento de carburización es un proceso en el que las partes de acero son someidas a una fuente de carbono, como carbón activado energizado, para aumentar el contenido de carbono en la superficie. Esto forma una capa de acero de alto contenido de carbono llamada capa, que es más dura que el acero interior.

¿Cuánto tiempo toma el proceso de carburización en un horno?

El carburizado requiere de 8 a 16 horas a una temperatura de alrededor de 1700 grados Fahrenheit (大约927 grados Celsius).

¿Cómo se logra la endurecimiento completo de las partes después del carburizado?

Para lograr un endurecimiento completo, las partes deben ser calentadas por encima de la temperatura crítica superior y luego se refrescan en aceite o agua. Este proceso de enfriamiento rápido se conoce como refrigeración.

¿Qué es la carburización en gas y cómo se diferencia de la carburización en paquete?

La carburización en gas es un proceso en el que las partes son sometidas a un ambiente de gases carburizantes, como el gas ciudadano, en un horno rotativo. La diferencia principal es que no requiere de un medio carburizante sólido como el carbón y permite un manejo más fácil, especialmente para piezas pequeñas.

¿Cómo se logra una capa delgada de alta dureza en el proceso de cianuración?

La cianuración se logra sumergiendo las piezas en un baño de cianuro fundido a una temperatura entre 1400 y 1500 grados Fahrenheit (aproximadamente entre 760 y 816 grados Celsius) durante 10 a 15 minutos. El cianuro actúa como un carburante en el acero, formando una capa delgada y resistente.

¿Cuál es el proceso de nitriding y qué tipos de acero lo pueden soportar?

El nitriding es un método de endurecimiento superficial en el que las piezas de acero son calentadas en un horno en una corriente de gas ammoniaco. Solo ciertos tipos de acero al silicio, al cromo o al molibdeno pueden ser sometidos a este proceso, que puede alcanzar durabilidades superiores a las obtenidas por otros métodos.

¿Cómo se realiza el endurecimiento por flamenco y en qué se diferencia del endurecimiento por inducción?

El endurecimiento por flamenco se realiza con un soplete de acetileno y oxígeno, seguido inmediatamente del enfriamiento con agua. No añade elementos al acero y es especialmente adecuado para grandes piezas donde solo ciertas áreas necesitan ser endurecidas. El endurecimiento por inducción utiliza una corriente de alta frecuencia para inducir calor en la superficie de la pieza, lo que resulta en un endurecimiento rápido y secilo.

¿Por qué el nitriding puede lograr durabilidades que superan a las alcanzables por otros tratamientos de acero?

El nitriding puede lograr durabilidades superiores porque la temperatura de tratamiento es baja, lo que reduce la distorsión de las piezas de precisión y permite que el nitrógeno se una a algunos elementos del acero para formar una capa muy dura.

¿Cómo se logra el endurecimiento por inducción y cuánto tiempo toma?

El endurecimiento por inducción se logra mediante un flujo de corriente de alta frecuencia a través de un bobina, lo que induce corrientes en la pieza y calienta la capa superficial en cuestión de segundos. El proceso de calentamiento es muy rápido y se completa en pocos segundos, seguido de un enfriamiento inmediato con una rociada de agua.

¿Qué ventajas tiene el endurecimiento por inducción sobre otros métodos de endurecimiento superficial?

El endurecimiento por inducción es muy rápido y se puede dirigir a áreas específicas de la pieza, lo que reduce el tiempo de procesamiento y mejora la eficiencia. Además, no requiere el uso de químicos ni la manipulación física del material, lo que lo hace más limpio y preciso.

Outlines

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🔧 Tratamiento del acero por carburización

Este párrafo describe el proceso de carburización, que aumenta el contenido de carbono en la superficie del acero para lograr una dureza alta en la superficie y una resistencia interna. Se menciona el uso de acero de bajo carbono y el aumento temporal del contenido de carbono en la superficie. Se detalla el procedimiento de carburización, incluyendo el uso de carbón activado en un horno cerrado herméticamente a una temperatura de alrededor de 1700 grados Fahrenheit durante 8 a 16 horas. Luego, los componentes son endurecidos y templados para alcanzar la dureza final deseada.

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🔥 Carburización por gas y otros métodos

Se discuten dos métodos de carburización: el carburizado por gas y el baño de cianuro. El carburizado por gas es similar al método de carbón, pero utiliza gas de la ciudad en un horno rotativo. Los componentes no requieren limpieza y se endurecen directamente del horno. El baño de cianuro es una técnica rápida para obtener una delgada capa dura en los componentes, que se sumergen en cianuro fundido a una temperatura de 1400-1500°F durante 10-15 minutos. Se destaca la ventaja de que el agua utilizada para enfriar también elimina el cianuro. Además, se mencionan otros métodos de endurecimiento como la nitrógeno y el endurecimiento por llama o inducción eléctrica.

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🛠 Diferentes técnicas de endurecimiento de superficie

Este párrafo compara y contrasta diferentes técnicas de endurecimiento de superficie del acero. La carburización, el nitriding y el cyaniding agregan elementos al acero para lograr una dureza superficial más alta que la del acero original. La carburización utiliza carbón activado y el nitriding utiliza gas ammoniaco para formar una capa dura. Por otro lado, el endurecimiento por llama y la inducción no agregan elementos al acero, sino que aprovechan la dureza inherente del acero. El endurecimiento por llama es adecuado para áreas seleccionadas de grandes componentes, mientras que la inducción es un método rápido de endurecimiento de superficie. Todas estas técnicas permiten dar a las piezas de acero una capa dura en toda la superficie o en áreas seleccionadas, manteniendo su resistencia esencial.

Keywords

💡Dureza superficial

La dureza superficial se refiere a la resistencia a la desgaste de una superficie de un material, en este caso, del acero. Es un atributo deseado en muchas partes de acero que deben resistir el desgaste. En el video, se menciona que el tratamiento de carburización y luego el endurecimiento logran una dureza superficial alta, como se requiere en un cilindro de freno, que necesita una dureza Rockwell C de 60 a 63.

💡Dureza interior

La dureza interior es importante para mantener la resistencia al impacto y la tenacidad del núcleo del acero, lo que es esencial para partes que soportan cargas o impactos. El video destaca la necesidad de un núcleo duro y resistente en contraste con la superficie endurecida, logrado a través del tratamiento de carburización y posteriormente deltempering.

💡Acero de bajo carbono

El acero de bajo carbono es un tipo de acero que contiene menos de 0.25% de carbono en su composición. Se utiliza en el proceso de carburización para aumentar la concentración de carbono en la superficie del acero, lo que permite alcanzar una dureza superficial más alta sin sacrificar la tenacidad del núcleo, como se describe en el video.

💡Carburización

El proceso de carburización implica aumentar la concentración de carbono en la superficie del acero mediante el uso de un medio carburante, como el carbón activado. Este proceso es crucial para lograr una capa de acero de alto contenido de carbono en la superficie, que luego se endurece, como se detalla en el video.

💡Endurecimiento por inmersión

Este método implica sumergir las partes en un baño de ciclono a una temperatura entre 1400 y 1500 grados Fahrenheit. El proceso es rápido y resulta en una capa delgada de acero endurecido, adecuado para piezas que requieren una resistencia superficial limitada, como se menciona en el video.

💡Nitriding

El nitriding es un proceso de endurecimiento en el que las piezas de acero se calientan en una corriente de gas ammoniaco. Este método es adecuado solo para ciertos aceros al silicio, al cromo o al molibdeno, y puede lograr una dureza superior a la obtenible por otros métodos, como se destaca en el video.

💡Tempering

El tempering, o templado, es el proceso de calentar y enfriar lentamente las piezas de acero después del endurecimiento para mejorar su tenacidad y reducir la fragilidad. Se menciona en el video como un paso necesario para alcanzar la dureza y la tenacidad deseadas después del endurecimiento por carburización.

💡Flame Hardening

El Flame Hardening, o endurecimiento por llama, es un proceso que implica calentar solo áreas seleccionadas de una pieza de acero con una antorcha y enfriar inmediatamente con agua. Este método es útil para piezas grandes donde solo se requiere endurecer áreas específicas, como se describe en el video.

💡Induction Hardening

El endurecimiento por inducción utiliza una corriente de alta frecuencia para calentar rápidamente la superficie de la pieza de acero, seguido de un enfriamiento inmediato con un spray de agua. Este proceso es muy rápido y se destaca en el video como un método eficaz para el endurecimiento de superficies seleccionadas.

💡Cilindro de freno

Un cilindro de freno es una parte que requiere una dureza superficial alta para resistir el desgaste, pero también necesita tener una tenacidad interna para soportar las presiones. En el video, se utiliza como ejemplo de una pieza que se somete a tratamiento de carburización y endurecimiento para alcanzar estas propiedades.

💡Energizado charcoal

El carbón activado es un material compuesto en gran parte de carbono que se utiliza como medio carburante en el proceso de carburización. En el video, se menciona que el carbón activado rodea a las piezas en un contenedor y, bajo calor sostenido, el carbono del carbón migra hacia la superficie del acero, formando una capa de acero de alto contenido de carbono.

Highlights

Many steel parts require a very high surface hardness while maintaining a tough core.

Quench hardening a high carbon steel sacrifices toughness.

Low carbon steel can be carburized to increase the carbon content of the surface region.

Carburizing allows the steel skin to attain a much higher hardness than the interior section.

The stop cylinder is an example of a part that requires surface hardness and internal toughness.

Carburizing, hardening and tempering can achieve the desired final hardness of Rockwell C 60 to 63.

The current hardness of 20 Rockwell C is lower than the desired hardness at the surface or core.

Carburizing involves placing the parts in a container surrounded by a carburizing medium like energized charcoal.

The sealed container is held at red heat for 8 to 16 hours at 1700 degrees Fahrenheit.

The carbon in the energized charcoal migrates to and penetrates the surface of the part, forming a high carbon steel case.

Gas carburizing is an efficient method for small parts, using an atmosphere of carburizing gases.

Gas carburizing imparts an additional carbon content to the part surfaces in a similar manner to pack carburizing.

Cyanide carburizing can quickly produce an extremely thin hard case on steel by brief immersion in molten cyanide.

Nitriding is a highly effective method for case hardening finished parts, but is only possible with certain alloy steels.

Nitriding achieves hardnesses exceeding those obtainable by any other known treatment, up to 80 on the Rockwell scale.

Flame hardening and induction hardening do not add elements to the steel, but can produce the original steel's maximum hardness.

Flame hardening uses an oxy-acetylene torch for localized heating, followed by water cooling.

Induction hardening heats the surface layer using high frequency currents, followed by rapid quenching.

These methods allow steel parts to be given a hard case on their entire surface or selected areas while retaining toughness.

Transcripts

many steel parts require a very high

surface hardness and at the same time

must have a tough core obtaining surface

hardness like quench hardening a steel

of high carbon content would sacrifice

toughness this difficulty can be

overcome by taking low carbon steel and

increasing the carbon content of the

surface region then after heating and

quench hardening the skin of the steel

attains a much higher hardness than the

interior section with its lower carbon

content here for example is a stop

cylinder which require surface hardness

and internal toughness this is the ink

treatment specified carburizing

hardening and tempering to the desired

final hardness a surface hardness of

Rockwell C 60 to 63 the test reveals

that the present hardness is 20 Rockwell

C this is lower than the hardness

desired at either the surface or the

core to carburized them the parts are

placed in a container they are

surrounded by a carburizing medium such

as energized charcoal a material

composed largely of carbon the parts in

the container are completely covered

with the charcoal tapping the container

settles the charcoal more evenly around

the part the container must be sealed

airtight to prevent oxidation of the

parts during the carburizing treatment

to do this a cover is placed on top of

the charcoal and carefully cement it in

place with fire clay

the sealed container is placed in the

carburizing furnace where it will be

held at red heat for a considerable

length of time carburizing requires from

8 to 16 hours at a temperature of about

1700 degrees Fahrenheit here we see what

happens under the influence of the

elevated and sustained temperature the

carbon in the energized charcoal

migrates to and penetrates the surface

of the part it encloses forming a skin

of high carbon steel called the Kate

the carbon penetrates to a depth of

about 1/16 of an inch to carburized

to this depth on this part takes about

12 hours after the container has been

removed from the furnace and cooled the

carburized parts are taken out after

cleaning they are returned to the

furnace for hardening

to achieve full hardening the parts are

needed to above the upper critical

temperature then they are taken out and

quenched in oil with some types of steel

water is the quenching medium the parts

are purposely hardened somewhat above

the specified hardness subsequently

tempering will achieve the desired

toughness and hardness

if the requirements and sizes of the

parts to be kinked hardened warrant the

gas carburizing method may be used it is

just as efficient as pack carburizing

convenience in mechanical handling

determines the method used large pieces

lend themselves better to pack

carburizing while small parts like these

bearing rollers are handled more readily

in gas here the small parts are charged

from a hopper into a rotary type furnace

in which they will be tumbled at high

temperature in an atmosphere of

carburizing guests ordinary City gas is

suitable for this purpose the gas will

impart an additional carbon content to

the surfaces of the part in essentially

the same manner as the charcoal does in

the tack method the furnace opening is

sealed airtight and the exhaust gases

are ignited this method requires a

somewhat longer time than pack

carburizing after the required number of

hours the furnace is reopened one of the

advantages of gas carburizing over the

plank method is that the parts do not

have to be cleaned but can be quench

hardened directly from this furnace the

parts are suited into a quench tank of

oil sunk in the floor a few test pieces

being removed and quenched separately

there are numerous industrial

applications where an extremely thin

surface of fie hardness is adequate

these levers for example require a hard

case but only to adapt to a few

thousands of an inch such a case can be

obtained quickly in a bath of molten

cyanide at a temperature between 1400

and 1500 and 50 degrees Fahrenheit these

parts obtain their thin case during a

brief immersion in the hot cyanide

solution the cyanide as a carburizing

action on the steel not unlike the

action in solid or gaseous carburizing

after 10 to 15 minutes the parts are

removed from the cyanide that they are

quenched in water some kinds of steel

would be quenched in oil water has the

advantage of washing off the cyanide

also it produces a harder but more

brittle surface than oil the quench

completes the case hardening nitriding

is a highly effective method of kinks

hardening finished parts however it can

be used only with certain alloy Steel's

notably those containing aluminum

chromium or molybdenum in this process

steel parts are heated in a furnace in a

stream of ammonia gas fed to a closed

retort containing the parts the buffle

acts as a flow indicator nitriding

requires from one to three days in the

furnace it takes place at a temperature

between 900 and 1000 degrees Fahrenheit

followed by partial cooling before the

parts are removed in this case the parts

which were put in the furnace Tuesday at

5:00 p.m. are taken out on Friday at the

same time under heat the ammonia gas

circulating over the part that

decomposed forming nitrogen and hydrogen

the nitrogen has combined with some of

the elements of the steel to form a very

hard nitrated case since the nitriding

temperatures are low distortion of these

precision parts is negligible nitriding

can achieve hardnesses exceeding those

obtainable by any other known treatment

of Steel through this treatment parts

attain a hardness range of 72 to 80 on

the rockwell tester the highest hardness

obtained by other method is about 68

flame hardening unlike the surface

hardening processes previously observed

does not add elements to the steel

heating is achieved with an oxy

acetylene torch and is followed

immediately by water cooling this method

is especially suited to large parts

where only selected areas need to be

hardened the torch flame moves slowly

along the surface to be hardened heating

it to the quenching temperature and is

followed immediately by a spray of water

which quenches the heated zone here is a

cross-section diagram of a flame

hardened gear-tooth it has been hardened

only on specified areas on either side

of the tooth surface the treated zones

are the areas where the gear is most

subject to wear

somewhat similar principles are involved

in an electrical method in which the

surface heating is accomplished by high

frequency induction a current of high

frequency ranging from two thousand to

one hundred thousand cycles per second

flows through this coil inducing

currents in the part which heat the

surface layer to be hardened extremely

rapid the heating is completed in a

matter of seconds the current shuts off

automatically and the part is

immediately quenched with a water spray

to review carburizing Zion IDing and

nitriding add elements to the steel to

achieve a surface hardness higher than

that obtainable with the original steel

that carburizing utilizes energized

charcoal under the influence of high

sustained heat to form a skin of high

carbon content on the part gas

carburizing also produces a high carbon

case it is a process better suited to

small parts

syan iding is a method of obtaining an

extremely thin hard case by immersing

steel in a molten brass nitriding

possible only with certain alloy steels

is a process in which steel is heated in

a furnace to which ammonia gas is being

fed it can achieve a case hardness

higher than obtainable by any other

method flame hardening and induction

hardening do not add elements to the

steel and can produce only that hardness

of which the original steel is capable

flame hardening with the oxy acetylene

torch is an effective method of

hardening selected areas of apart

induction hardening is a very rapid

means of kinks hardening where the heat

is induced by an electric current of

high frequency

by these methods steel parts can be

given a hard case either on their entire

surface or on a selected area only and

yet retain their essential toughness