El potencial de carbono (CP) es el contenido de carbono, expresado como porcentaje en masa, que tendría el hierro puro en equilibrio con la atmósfera del horno a una temperatura determinada. Si el potencial supera el contenido de carbono del acero, favorece la cementación. Si es inferior, favorece la descarburación. Si ambos son iguales, la atmósfera es neutra respecto al carbono. Como referencia, la etapa inicial de cementación suele situarse en torno al 1,0–1,2 % y la de difusión, en torno al 0,8 %. Antes del temple se puede ajustar el potencial al contenido de carbono del acero.
- La unidad de potencial de carbono es el porcentaje en masa (%C), que se define por el contenido de carbono en equilibrio del hierro puro.
- CP > Contenido de carbono del acero → cementación; CP < Contenido de carbono del acero → descarburación; igual → neutro
- El potencial de carbono se determina mediante una combinación de temperatura, presión parcial de oxígeno (o CO₂/H₂O) y contenido de CO.
- El contenido real de carbono de la superficie del acero de aleación debe corregirse por el factor de aleación
Definición
El potencial de carbono describe La "capacidad" de la atmósfera para transferir carbono al acero. La definición estricta es: a una cierta temperatura, si el hierro puro se coloca en la atmósfera durante un tiempo suficientemente largo hasta que alcance el equilibrio, el contenido de carbono en la superficie del hierro puro es el potencial de carbono de la atmósfera. Está directamente relacionado con la actividad del carbono en la atmósfera.
Debido a que es el "contenido de carbono en equilibrio", la unidad de potencial de carbono es la misma que el contenido de carbono del acero, expresado como un porcentaje en masa, por ejemplo, CP. = 0,80% o abreviado como 0,80.
La relación entre el potencial de carbono y el acero: cementación, neutralidad o descarburación
| Situación | Potencial de carbono en el horno frente al contenido de carbono del acero | Resultado |
|---|---|---|
| Cementación (cementación) | El potencial de carbono es mayor que el contenido de carbono del acero. | El carbono entra en la superficie del acero desde la atmósfera |
| calefacción neutra | El potencial de carbono es aproximadamente igual al contenido de carbono del acero. | La composición de la superficie permanece inalterada |
| descarbonización | El potencial de carbono es menor que el contenido de carbono del acero. | El carbono se pierde de la superficie del acero |
Por lo tanto, el mismo valor de potencial de carbono puede ser una atmósfera de cementación para 20CrMnTi y puede ser una atmosfera de descarburación para acero que lleva GCr15.Cuando se enfría y se calienta, el potencial de carbono debe establecerse de acuerdo con el contenido de carbono del material.
Rangos de configuración comunes (referencia)
- Fuerte etapa de cementación: aproximadamente 1,0%-1,2%, limitado por el límite de saturación de carbono de austenita a temperatura. Si es demasiado alto, precipitará negro de carbono;
- Etapa de difusión de cementación: aproximadamente 0,75%-0,9% para lograr el contenido de carbono de la superficie objetivo;
- Inactivación y calentamiento de acero al carbono medio y acero para cojinetes: se establece de acuerdo con el contenido de carbono del material (como aproximadamente 0,4%, 1,0%).
Los valores específicos deben determinarse en función del material, los requisitos de las piezas y las especificaciones del proceso.
¿Qué determina el potencial de carbono?
En una atmósfera que contiene CO, H₂, CO₂ y H₂O, el potencial de carbono se determina por los siguientes factores:
- temperaturaCuanto mayor sea la temperatura, menor será el potencial de carbono de la misma atmósfera;
- componentes oxidantes: Cuanto menor sea la presión parcial de oxígeno, CO₂ o H₂O (punto de rocío), mayor será el potencial de carbono;
- Contenido de CO: Cuanto mayor sea el CO, mayor será el potencial de carbono.
Por lo tanto, hay tres rutas de medición comunes para controlar el potencial de carbono: sonda de oxígeno (mide la presión parcial de oxígeno), analizador de infrarrojos (mide CO₂) y medidor de punto de rocío (mide H₂O). Esencialmente miden "componentes oxidantes" y luego combinan la temperatura y el CO% para convertir el potencial de carbono.
Por qué se debe controlar el potencial de carbono
- demasiado bajo: Descarburación de la superficie, dureza insuficiente, resistencia a la fatiga reducida y vida útil significativamente reducida de engranajes, resortes y otras partes;
- demasiado altoCarburos de red excesivos, austenita retenida excesiva e incluso depósitos de carbono en el horno aparecen en la superficie;
- inestable: La profundidad de la capa y la dureza de la superficie fluctúan de lote a lote y no pasan las auditorías del proceso, como CQI-9.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la relación entre el potencial de carbono y el punto de rocío?
En una atmósfera endotérmica, cuando el CO y la temperatura son constantes, cuanto menor sea el punto de rocío (cuanto menor sea la humedad), mayor será el potencial de carbono. El punto de rocío es uno de los métodos de medición indirectos del potencial de carbono, pero el potencial de carbono no puede derivarse directamente del punto de rocío solo. Debe convertirse combinando la temperatura y la composición de la atmósfera.
¿Por qué el potencial de carbono mostrado por el controlador es diferente del medido por la lámina de verificación de carbono?
Las razones comunes incluyen: envejecimiento de la sonda de oxígeno o depósitos de carbono, desviación de la temperatura del horno, valor real de CO% diferente del valor establecido, fuga del cuerpo del horno y factor de aleación no corregido. Se necesitan métodos de calibración para encontrar desviaciones y factores de proceso correctos.
¿Cuanto mayor sea el potencial de carbono, más rápida será la cementación?
Sí, dentro de un cierto rango. Cuanto mayor sea el potencial de carbono, mayor será el gradiente de concentración de carbono en la superficie y más rápida será la velocidad de penetración. Sin embargo, exceder el límite de saturación de austenita producirá negro de carbón y carburos excesivos, por lo que el proceso segmentado de "penetración-difusión fuerte" se usa comúnmente para tener en cuenta tanto la velocidad como la estructura.