Diseño y construcción de un prototipo controlado para carburización gaseosa de aceros utilizando alcoholes

Designing and constructing a controlled prototype for steel gaseous carburisation using alcohols

En esta investigación se realizó el diseño, construcción y prueba de un equipo a escala de laboratorio para tratamientos térmicos con atmósfera controlada para el estudio de la carburización gaseosa de aceros con alcoholes. El equipo posee las siguientes caracterÍsticas: producción controlada de una atmósfera gaseosa compuesta hasta por tres gases y dos lÍquidos volátiles, una zona de reacción isotérmica, inerte y hermética, y una zona de análisis de gases que retiene sólidos y líquidos condensables y que cuenta con sensores de presión y de dióxido de carbono. Se hicieron ocho ensayos con el alcohol metÍlico, etílico, n-propílico, isopropílico y tertbutanol, encontrándose que el alcohol metÍlico carburiza y produce una bala cantidad de hollín pero profundiza poco en la pieza, el etanol descarboniza y forma grandes cantidades de hollín, el n-propanol, isopropanol y el tertbutanol proveen buenos potenciales de carbono y profundidades de capa con una gran formación de hollín y alquitrán, siendo en orden ascendente en producción de hollín y alquitrán el n-propanol, el tertbutanol y el isopropanol.

Introducción

Muchos de los elementos de máquinas, herramientas, equipos y demás piezas en  acero  que  actúan  bajo  condiciones de desgaste necesitan de procesos que  aumenten  su dure za superficial sin modificar la tenacidad del núcleo, para aumentar el tiempo de servicio. Este objetivo se puede  alcanzar por varios métodos, pero los más comunes son los tratamientos termoquímicos, donde al aumentar la concentración superficial de un elemento químico las características mecánicas cambian notablemente; es el caso de la carburización gaseosa con alcoholes, donde se aumenta la concentración superficial de carbono por la diferencia de concentración entre la pieza y una atmósfera rica en carbono, procedente de alcoholes.

Este tratamiento térmico ha sido estudiado desde mediados del siglo XX (Wyss, 1963, 1978 y 1979; Main, 1980; Béguin, 1981; Slycke y Sproge, 1988; Holm, 1989; Lanham, 1997; Sullivan 1997), dado que es una mejor alternativa respecto de técnicas como la carburización en fase sólida, carburización en fase líquida, y la carburización gaseosa por generación endotérmica. La carburización con alcoholes, desde sus inicios, fue bautizada como gaseosa por goteo de alcoholes Drip feed (Wyss, 1963, 1978 y 1979) debido a que el método típico de ingreso del alcohol al horno es el goteo; sin embargo, por la metodología utilizada en el presente artículo el nombre más preciso es el de carburización gaseosa con alcoholes.

Desde mediados de los años ochenta la carburización gaseosa con alcoholes ha sido estudiada por la industria y por los centros de investigación. En la Universidad Nacional (Baldrich, 1986; Bohórquez, 2001; Meléndez, 1993; Nieto, 1987; Quijano, 1989; Rodríguez y Junca, 1984; Vargas y Fajardo, 1997), se dio inicio a esta investigación en 1986 (Baldrich) con el diseño y construcción de un horno a escala para carburización gaseosa con alcoholes. El horno se construyó como una réplica a menor escala de los hornos industriales usados para estos procesos.