Cementación: núcleo blando y capa dura

El concepto de "núcleo blando" y "capa dura" define la estructura dual de una pieza cementada. Al utilizar aceros con bajo contenido en carbono (generalmente inferior al 0,25 %), la pieza resultante presenta dos zonas con propiedades mecánicas diferenciadas:

• Capa dura (o capa cementada): Es la zona periférica donde, mediante la difusión de átomos de carbono a altas temperaturas (entre 900 ºC y 950 ºC), se ha incrementado la concentración de carbono hasta niveles eutectoides (0,7 % - 1,0 %). Tras el temple, esta capa se transforma en martensita, una fase cristalina de altísima dureza que proporciona resistencia a la abrasión y al desgaste por contacto.
• Núcleo blando: Es el interior de la pieza que mantiene su composición original de bajo carbono. Al no haber sufrido el enriquecimiento, este núcleo no alcanza la dureza extrema de la superficie durante el temple, conservando una elevada tenacidad y ductilidad. Esto es crítico para que la pieza pueda absorber impactos, vibraciones y esfuerzos dinámicos sin fracturarse de forma catastrófica.

Parámetros técnicos del proceso

La eficacia del tratamiento depende de un control riguroso de las variables de proceso. Según datos de la literatura técnica, la velocidad de penetración del carbono en la superficie es de aproximadamente 0,1 a 0,2 mm por hora de tratamiento a 900 ºC. La profundidad de la capa efectiva suele oscilar entre 0,5 mm y 3 mm, dependiendo de la aplicación.

El proceso se realiza habitualmente en hornos de atmósfera controlada o mediante baños de sales. Los pasos fundamentales son:

1. Preparación: Las piezas deben estar limpias, libres de óxidos, aceites o grasas que impidan la difusión uniforme del carbono.
2. Carburación: Se introduce la pieza en un entorno rico en carbono (gaseoso, sólido o líquido) a temperaturas de austenización (900-950 ºC). El carbono difunde hacia el interior de la pieza.
3. Temple: Tras la carburación, la pieza se enfría rápidamente (generalmente en aceite) para inducir la transformación martensítica en la capa enriquecida.
4. Revenido: Se realiza un calentamiento a baja temperatura (típicamente < 200 ºC) para aliviar tensiones internas y mejorar la tenacidad de la martensita sin reducir drásticamente su dureza.

En el sector del mecanizado, empresas como Izadi Mecanizados aplican estos tratamientos para garantizar que componentes críticos cumplan con las tolerancias dimensionales y las exigencias de fatiga requeridas en aplicaciones industriales de alta responsabilidad.

Este tratamiento es indispensable para componentes que sufren desgaste por fricción, rodadura o impacto. Ejemplos comunes incluyen engranajes, piñones, ejes de transmisión, casquillos, bulones y levas.

Requisitos y normas

El cumplimiento de las especificaciones técnicas es vital para la seguridad y vida útil de los componentes. Las normas internacionales, como las publicadas por la ISO (International Organization for Standardization)^[1] y las normas UNE (Una Norma Española)^[2] gestionadas por la Asociación Española de Normalización, establecen los requisitos para los aceros de cementación (ej. serie EN ISO 683-3).

Los requisitos típicos incluyen:

• Profundidad de capa efectiva: Medida hasta una dureza específica (habitualmente 550 HV).
• Dureza superficial: Controlada mediante ensayos Rockwell (HRC) o Vickers (HV).
• Microestructura: Ausencia de carburos en red o estructuras no deseadas que puedan fragilizar la capa.
• Tolerancias dimensionales: Debido a que el tratamiento térmico puede provocar ligeras deformaciones, es habitual dejar sobremedidas de mecanizado (entre 0,05 mm y 0,1 mm) para un rectificado posterior.

Para profundizar en la selección de materiales y los procesos de acabado, puedes consultar nuestra guía sobre procesos de mecanizado.

• Normas ISO sobre aceros para cementación (ISO 683-3)^[1]
• UNE: Asociación Española de Normalización^[2]
• Guía técnica de tratamientos térmicos industriales (Inspenet)^[3]
• Imesaza: Tratamientos térmicos y termoquímicos^[4]