Control de atmósferas y de baños de tratamiento térmico: potencial de carbono, punto de rocío y composición

Fundamento

El potencial de carbono de una atmósfera —el contenido de carbono que alcanzaría el acero en equilibrio con ella— se determina de tres maneras que se usan como control cruzado. La sonda de oxígeno, un electrolito sólido de circonia que genera una tensión función de la presión parcial de oxígeno, es el instrumento de control habitual y calcula el potencial a partir de esa tensión, de la temperatura y del contenido de monóxido de carbono, que se supone constante y que por eso hay que verificar. El analizador infrarrojo mide de manera directa monóxido y dióxido de carbono y metano, y permite recalcular el potencial sin ese supuesto. El punto de rocío, medido con espejo enfriado, es el método clásico y sigue siendo la verificación independiente más usada. El control final y sin supuestos es el ensayo de lámina de acero, que expone una lámina delgada de composición conocida hasta el equilibrio y determina su carbono por combustión: es lento pero es la referencia contra la que se ajustan los demás. En baños de sales se controlan la composición y el contenido de carbonatos y de cianuros por análisis químico, con la advertencia de que las sales cianuradas son extremadamente tóxicas y su manejo y su disposición están regulados. En nitruración se controla el potencial de nitrógeno por la relación entre amoníaco e hidrógeno.

Analito (qué se mide)

Potencial de carbono, oxígeno, monóxido de carbono, hidrógeno y agua en la atmósfera del horno

Matriz (en qué muestra)

Atmósferas de hornos de cementación y de carbonitruración; atmósferas protectoras de recocido; baños de sales de tratamiento; hornos de vacío y de nitruración; generadores de atmósfera

Equipamiento necesario¿Dónde lo compro?

Sondas de oxígeno de circonia con sus instrumentos; analizadores infrarrojos de gases; higrómetro de punto de rocío de espejo enfriado; equipo de determinación de carbono por combustión; equipo de titulación para baños de sales; analizador de hidrógeno y de amoníaco.

Reactivos¿Dónde lo compro?

Gases patrón de calibración; láminas de acero de composición certificada; reactivos de titulación de baños; gases de proceso.

Material de laboratorio¿Dónde lo compro?

Portasondas y líneas de muestreo calefaccionadas; recipientes de muestreo de sales; planillas de control por horno y por turno.

Consumibles¿Dónde lo compro?

Gases patrón; láminas de ensayo; reactivos; sondas, que tienen vida limitada.

Unidad

kg/kg · potencial de carbono por sonda, por infrarrojo y por punto de rocío (%) · diferencias entre métodos · punto de rocío (°C) y composición de la atmósfera (%) · carbono de la lámina de ensayo (%) · composición del baño de sales y carbonatos (%)

Rango de referencia

Los tres métodos deben coincidir dentro de unas centésimas de por ciento de potencial de carbono; una divergencia sostenida entre la sonda y el punto de rocío indica que el supuesto de monóxido constante dejó de valer o que la sonda está sucia, y es la señal que anticipa los lotes fuera de especificación

Norma que lo exige

Las especificaciones aeroespaciales y automotrices de tratamiento térmico, que exigen el control del potencial de carbono y su verificación periódica por métodos independientes; las normas de producto sobre piezas cementadas y sobre profundidad de capa; las normas ambientales y de seguridad sobre baños de sales cianuradas y sobre su disposición como residuo peligroso; las normas sobre atmósferas inflamables en hornos

Norma que describe la técnica

Las especificaciones de tratamiento térmico sobre control de atmósferas y sus métodos de verificación; las normas internacionales sobre determinación del potencial de carbono por sonda de oxígeno, por punto de rocío y por lámina; las normas sobre análisis de baños de sales; los manuales de los fabricantes de sondas y de generadores de atmósfera

Edición y vigencia de la norma

Especificaciones de tratamiento térmico y normas de control de atmósferas vigentes

Volumen de muestra

No destructivo para el horno. Consume láminas y muestras de gas y de sales

Conservación y transporte

La sonda de oxígeno se limpia con quemado de hollín según el procedimiento y se verifica contra un método independiente con la frecuencia que fija la especificación; una sonda con hollín lee bien durante un tiempo y después se desvía sin dar señales. Las líneas de muestreo se mantienen calefaccionadas y estancas, porque una entrada de aire cambia por completo el análisis. Los baños de sales cianuradas se manipulan con procedimiento estricto y sus residuos y aguas de lavado se gestionan como residuo peligroso: el contacto con ácidos libera cianuro de hidrógeno.

Límite de detección típico

Los analizadores detectan los gases de interés en el orden de partes por millón

Incertidumbre típica

Del orden de 0,02 a 0,05 % de potencial de carbono entre métodos bien mantenidos

Área

Metalurgia; Química analítica; Instrumentación y control

Fecha de última actualización: 10/9/2026