Elements Of Surface Hardening (1945)
Summary
TLDREl 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
🔧 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.
🔥 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.
🛠 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.
Mindmap
Keywords
💡Dureza superficial
💡Dureza interior
💡Acero de bajo carbono
💡Carburización
💡Endurecimiento por inmersión
💡Nitriding
💡Tempering
💡Flame Hardening
💡Induction Hardening
💡Cilindro de freno
💡Energizado charcoal
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
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