Carburizacion

CARBURIZACION DE ALEACIONES HP40+Nb Y AISI 304
BAJO MEZCLAS H2, H2O, CO, CO2 Y CH4
Juan Aguilar, Ubaldo Ortiz, José Cavazos, Ricardo Viramontes*
Universidad Autónoma de Nuevo León
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Programa de Doctorado en Ingeniería de Materiales
Apartado Postal 076 "F", Cd. Universitaria
San Nicolás de los Garza, N.L. 66450
*

HYLSA S.A. de C.V.
Departamento deInvestigación y Desarrollo
Apartado Postal 996, Monterrey, N.L. 64000

I.

RESUMEN

En este trabajo se resumen los resultados de los estudios sobre el comportamiento de
aleaciones HP40+Nb y AISI 304 expuestas a atmósferas reductoras de diferente
composición a 800oC, tomando en cuenta el efecto de la actividad de carbono sobre la
estabilidad de las fases. Se encuentra que el proceso de carburización delas aleaciones
HP40+Nb y AISI 304 sigue, para la etapa inicial, una cinética parabólica, para la
cual se han calculado las constantes de reacción a partir de los datos experimentales.
Se incluyen en la discusión aspectos relacionados con la construcción de diagramas
que consideren a las fronteras cinéticas. Este trabajo es parte de un estudio sobre
cinética de carburización de aleaciones expuestas aatmósferas reductoras de alta
actividad de carbono y azufre.
II.

INTRODUCCION

Se dice que un material es avanzado cuando posee características excepcionales para
una aplicación dada. Algunos procesos someten a los materiales a condiciones severas
de operación, ya sea por temperatura, por medio ambiente o por una combinación de
ambos. Un caso frecuente se refiere a los intercambiadores de calor,generalmente
formados por tubos, que se utilizan en la industria petroquímica o en gasificadores de
combustóleo, en los que los componentes se presentan una degradación corrosiva por
estar expuestos a atmósferas complejas que contienen varios compuestos o elementos
reactivos, tales como azufre, oxígeno y carbono, y que producen sulfurización,
oxidación y carburización respectivamente. Talesfenómenos se ven favorecidos de
manera importante por la temperatura. Dado que los procesos que se llevan a cabo en

medios agresivos son así por naturaleza, la única respuesta inmediata a esta situación
es la utilización de aleaciones especiales que resistan estas condiciones. En la
literatura se reportan los estudios que se han llevado a cabo1-3 por muchos
investigadores sobre el comportamiento demateriales involucrados en procesos que
implican carburización de aleaciones. Adicionalmente a las variables del proceso,
existen parámetros del material, tales como la condición superficial, microestructura y
la composición química que deben ser tomados en cuenta.
Las aleaciones estudiadas en este trabajo fueron expuestas a varias mezclas H2, H2O,
CO, CO2 y CH4 a 800oC, durante períodos de hasta250 horas.
El objetivo de este trabajo es la descripción del comportamiento de la aleación
HP40+Nb en la etapa inicial de exposición a atmósferas reductoras comparada con
otras aleaciones, considerando el efecto de la actividad de carbono.
III.

CARBURIZACION DE ALEACIONES

Los materiales que se consideran resistentes a la carburización a altas temperaturas,
son en general, aleaciones a base decromo, níquel y hierro como balance, el cromo
las hace resistentes a la oxidación, mientras que una matriz austenítica las hace
resistentes a la termofluencia. La carburización de aleaciones expuestas a atmósferas
reductoras consiste esencialmente en que la composición química de la atmósfera en
ciertas condiciones presenta una tendencia termodinámica a depositar carbono. Este
carbono posteriormentedifunde dentro de la muestra en donde puede permanecer en
solución, o bien formar carburos. En el caso de la formación de carburos, éstos tienen
un parámetro de red diferente al de la matriz, por lo que introducen esfuerzos que
deforman a la estructura y que afectan a las fronteras de grano, y finalmente hacen
que éstos se desprendan de la matriz. Lo anterior disminuye el espesor del
componente...