Cuatro procesos de tratamiento térmico para engranajes helicoidales: una comparación directa.
| Proceso | Dureza superficial | Dureza del núcleo | Profundidad del caso | σ_H lim (MPa) | Distorsión | Rectificado posterior al HT | Costo relativo |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| QT (templado y revenido) | HB 220–350 | Misma sección transversal | Ningún caso, a través de endurecidos | 490–680 | Mínimo | Opcional (fresado adecuado) | 1.0× |
| Endurecimiento por inducción | HRC 50–58 | HRC 28–38 (núcleo QT) | 0,5–5 mm (controlado por frecuencia) | 820–1050 | Moderado: estrés térmico local | Requerido para la clase DIN 5–6 | 1,4–1,8× |
| Carburización gaseosa + Q + T | HRC 58–62 | HRC 30–38 | 0,5–3,0 mm (controlado por tiempo) | 1500–1800 | Alto: ciclo completo del horno | Obligatorio para las clases DIN 5–7 | 2,0–2,8× |
| Nitruración gaseosa | HV 700–1050 (HRC 62+) | HRC 28–38 (QT pre-HT) | 0,1–0,6 mm (poco profundo) | 1100–1450 | Muy baja (máximo 520 °C) | Normalmente no es necesario | 2,2–2,8× |
Proceso 1: Temple y revenido (QT) — Línea base del flanco blando del diente
QT (temple y revenido) es el tratamiento térmico más simple para engranaje helicoidal Grados de acero: la pieza forjada o en barra se austeniza a 820–880 °C, se enfría en aceite o agua y luego se revene a 550–680 °C hasta alcanzar la dureza deseada. El resultado es una sección transversal uniformemente endurecida y resistente, sin capa superficial endurecida. La dureza superficial está limitada por la temperatura de revenido: HB 220 corresponde a un revenido de aproximadamente 630 °C; HB 320 a un revenido de aproximadamente 560 °C.
QT engranajes helicoidales Los dientes del engranaje se cortan después del ciclo QT; se tallan o conforman en el estado final endurecido (HB 220–350 es fácilmente comercializable en Asia). No se aplica ningún tratamiento térmico posterior al corte de los dientes, por lo que no se necesita recuperación de la distorsión y se puede lograr una precisión DIN Clase 7–9 mediante tallado directo. QT es la especificación correcta cuando: la carga de aplicación está dentro del rango σ_H lim de 490–680 MPa; no se planea rectificar; y el engranaje está en un accionamiento industrial general no crítico por debajo de 15 m/s de velocidad de línea de paso.
Proceso 2: Carburización con gas: el estándar para engranajes helicoidales de primera calidad.
Carburizado engranaje helicoidal — La superficie HRC 58–62, típicamente con una profundidad de capa efectiva de 0,8–2,0 mm (hasta HV 550), proporciona un σ_H lim de 1500–1800 MPa y representa la mayoría de las aplicaciones de precisión en automoción, vehículos eléctricos, CNC, sector naval e industria pesada. engranaje helicoidal producción mundial
El ciclo de carburación: parámetros del proceso
La carburación gaseosa enriquece la superficie del diente de un engranaje helicoidal Acero aleado con bajo contenido de carbono (típicamente 20CrMnTi o 17CrNiMo6) con carbono al exponerlo a una atmósfera de gas endotérmico + gas de enriquecimiento (propano o gas natural) a 880–940 °C. El carbono se difunde hacia el interior desde la superficie, estableciendo un gradiente de concentración de carbono que, después del temple y el revenido, produce una superficie martensítica dura sobre un núcleo tenaz de menor contenido de carbono:
Temperatura de austenización
Entre 880 y 940 °C. Las temperaturas más altas aumentan la velocidad de difusión del carbono, pero conllevan el riesgo de crecimiento de grano en algunos aceros. El acero 17CrNiMo6 tolera 940 °C sin crecimiento de grano; el 20CrMnTi está limitado a un máximo de 920 °C.
control del potencial de carbono
Potencial de carbono atmosférico C_P = 0,75–0,85% durante la carburización; reducido a 0,65–0,70% durante la fase de difusión para aplanar el perfil de la capa. Monitorizado mediante sonda de CO₂ u O₂ en el horno.
Control de profundidad de la caja
Profundidad efectiva de la capa (hasta HV 550) ≈ 0,18 × √tiempo a temperatura [horas]. Objetivo 0,8 mm: aproximadamente 20 horas de ciclo total. Objetivo 1,5 mm: aproximadamente 70 horas. El tiempo representa el coste del proceso.
Templar y revenerar
Enfriamiento en aceite a 820–840 °C hasta temperatura ambiente. Revenido a 150–200 °C durante 2 horas: reduce la tensión residual y la fragilidad, manteniendo una dureza HRC de 58–62. Temperaturas de revenido más elevadas reducen la dureza superficial por debajo de las especificaciones.
Proceso 3: Endurecimiento por inducción: Endurecimiento superficial selectivo para engranajes grandes
El endurecimiento por inducción utiliza la inducción electromagnética para calentar el material. engranaje helicoidal La superficie del diente se calienta rápidamente (normalmente entre 1 y 10 segundos por diente o por pasada de escaneo) hasta la temperatura de austenización, seguida de un enfriamiento inmediato. Solo la superficie dentro de la profundidad de penetración electromagnética se calienta y endurece; el núcleo permanece con su dureza previa a la inducción (normalmente QT HB 280–320 para 42CrMo). El resultado: superficie dura, núcleo tenaz, con el límite entre la capa y el núcleo ubicado a una profundidad controlada determinada por la frecuencia del inductor.
| Frecuencia del inductor | Profundidad de penetración | Módulo de engranajes adecuado | Patrón de endurecimiento |
|---|---|---|---|
| 450 kHz (HF) | 0,3–0,8 mm | M2–M5 | Solo superficie; contorno que sigue el perfil del diente. |
| 10–30 kHz (MF) | 1,0–2,5 mm | M5–M16 | Caso parcial siguiendo el contorno del diente; a través del diente para módulos más pequeños. |
| 1–3 kHz (LF) | 3–6 mm | M16–M40+ | Endurecimiento a través del diente para módulos grandes; límite entre la carcasa y el núcleo por debajo de la raíz. |
El endurecimiento por inducción es particularmente adecuado para módulos grandes. engranajes helicoidales (M16–M50) para aplicaciones mineras, de molienda de cemento y de laminación, donde la carburación gaseosa requeriría ciclos de horno excesivamente largos (70–200 horas para una profundidad de capa de 2–5 mm) y causaría una distorsión incontrolable en las piezas en bruto de gran sección. El endurecimiento por inducción calienta y enfría localmente, lo que genera una distorsión total menor que un ciclo de horno completo; sin embargo, el complejo gradiente térmico aún requiere un rectificado posterior al endurecimiento para las clases DIN 5–7.
Proceso 4: Nitruración gaseosa — Estabilidad dimensional para engranajes de máquinas herramienta
La nitruración gaseosa difunde nitrógeno en la superficie de un pre-QT. engranaje helicoidal acero (típicamente 38CrMoAl, pero también 42CrMo y 40Cr para engranajes industriales) a 490–530 °C, muy por debajo de la temperatura de transformación. El nitrógeno se combina con los elementos de aleación (Cr, Mo, Al) para formar precipitados de nitruro extremadamente duros, produciendo una dureza superficial HV 700–1050 sin ninguna transformación de fase. La ausencia de transformación significa:
- Distorsión mínima: El cambio dimensional durante la nitruración suele ser de 0,010–0,030 mm, en comparación con 0,05–0,25 mm para la carburización. engranaje helicoidal Las piezas mecanizadas con precisión según la norma DIN Clase 6 antes de la nitruración suelen mantener la clasificación DIN Clase 6-7 después de la nitruración, sin necesidad de rectificado adicional.
- Sin saciar: El engranaje se enfría lentamente en la atmósfera del horno, eliminando por completo la deformación inducida por el temple.
- Formación de la capa blanca: La capa más externa, de 5 a 20 µm, forma una capa compuesta (capa blanca, ε-Fe₂₋₃N + γ'-Fe₄N) que es dura pero frágil. Para aplicaciones en dientes de engranajes, esta capa debe controlarse para que su espesor sea inferior a 15 µm y así evitar el desprendimiento de fragmentos superficiales frágiles. La capa blanca se elimina normalmente mediante pulido o especificando parámetros de nitruración controlados que minimicen su espesor.
Cómo especificar el tratamiento térmico en el dibujo de un engranaje helicoidal
| Proceso | Ejemplo de anotación en un dibujo | Método de verificación |
|---|---|---|
| QT | 42CrMo4 según DIN EN 10083 — Q + T — HB 280–320 | Ensayo Brinell en la cara del engranaje (3 puntos); probeta de ensayo de tracción de la misma colada |
| Inducción | 42CrMo4 QT HB 280 pre-HT — Endurecido por inducción — HRC 50–55; profundidad de capa efectiva mín. 1,0 mm a HRC 45 | Ensayo de Rockwell en el flanco del diente; sección metalográfica que confirma la profundidad del límite entre la caja y el núcleo. |
| Carburización | 20CrMnTi — carburizado en gas, templado en aceite, revenido a 180 °C — flanco del diente HRC 58–62; profundidad de capa efectiva 0,8–1,2 mm (hasta HV 550); núcleo HRC ≥ 30 | Ensayo Rockwell en la superficie del flanco del diente; medición de dureza (Vickers 5 kg) desde la superficie hasta el núcleo; sección metalográfica |
| Nitruración gaseosa | 38CrMoAl QT HRC 32–36 pre-HT — nitrurado en gas a 520 °C durante 50 h — HV superficial mín. 750 (profundidad de prueba de ±25 µm); capa compuesta máx. 15 µm | Microdureza Vickers a 25–50 µm; espesor de la capa blanca mediante sección metalográfica de ataque con nital. |
Korea Ever-Power: los cuatro procesos se realizan internamente.
Flanco de diente duro engranaje helicoidal — carburizado, templado en aceite, revenido y luego rectificado HÖFLER según la clase DIN 5: la combinación de dos procesos que proporciona una resistencia a la fatiga por contacto de 1500–1800 MPa junto con una rugosidad superficial Ra en el flanco del diente de ≤0,4 µm y una profundidad de capa confirmada mediante un análisis de dureza.
Korea Ever-Power realiza internamente tratamientos térmicos, endurecimiento por inducción, carburación gaseosa y nitruración gaseosa, y se proporcionan registros de hornos, estudios de dureza e informes de secciones metalográficas como documentación de inspección estándar con cada pedido. engranaje de corte helicoidal Para pedidos que requieren la presencia de un testigo de la sociedad de clasificación del tratamiento térmico (DNV, LR, ABS, KR), Korea Ever-Power organiza la asistencia del inspector y proporciona el registro de tratamiento térmico sellado por la clase requerido. Como proveedor directo fabricante de engranajes helicoidales Al centralizarse todos los procesos en un mismo lugar, la trazabilidad del tratamiento térmico es ininterrumpida, desde la pieza en bruto forjada hasta el engranaje terminado, lo que elimina las lagunas en la documentación que surgen cuando el tratamiento térmico se subcontrata.
Preguntas frecuentes
Con la misma dureza superficial nominal (por ejemplo, HRC 58), un carburizado gaseoso engranaje helicoidal Tiene mayor resistencia a la fatiga por contacto que un engranaje endurecido por inducción debido a tres factores combinados. Primero, la capa carburizada tiene un gradiente gradual de carbono que produce tensiones residuales de compresión en la zona subsuperficial, oponiéndose directamente a la propagación de grietas por picadura. Segundo, las aleaciones 20CrMnTi o 17CrNiMo6 utilizadas para la carburización tienen una estructura de grano más fino después del ciclo de carburización, lo que proporciona mayor resistencia a la fatiga por unidad de dureza. Tercero, la profundidad de la capa carburizada (0,8–2,5 mm) es mayor que la de las capas endurecidas por inducción a frecuencias más altas, manteniendo el pico de tensión de Hertz bien dentro de la capa para aplicaciones de alta tensión de contacto.
Solo si el acero base es de grado carburizante (bajo contenido de carbono, por ejemplo, 20CrMnTi). A engranaje helicoidal El acero 42CrMo ya cortado (carbono medio, 0,38–0,45% C) no se puede carburizar; el contenido de carbono base ya está por encima del carbono objetivo de la capa, por lo que el control del potencial de carbono en el horno en realidad descarburizaría la superficie en lugar de enriquecerla. El proceso correcto para el 42CrMo es el endurecimiento por inducción o la nitruración, no la carburización. Intentar carburizar un 42CrMo engranaje helicoidal Esto da como resultado una mala formación de la carcasa y es un error de especificación común que se detecta en la etapa de revisión de planos de Korea Ever-Power.
Quemadura por molienda en un engranaje helicoidal Se produce cuando el calor generado durante el rectificado supera la tasa de disipación de calor local, calentando brevemente la superficie del flanco del diente por encima de la temperatura de revenido y creando una zona delgada revenida de dureza reducida, visible como un tinte de calor amarillo a azul bajo la iluminación adecuada, o como una firma anómala de ruido de Barkhausen. En casos extremos, la superficie se vuelve a endurecer (una capa blanca de martensita sin revenir visible en la sección metalográfica con ataque de nital). La quemadura por rectificado reduce la vida útil por fatiga de contacto en 30–70% y es el principal riesgo de calidad en el rectificado posterior a la carburización. Detección: ataque de nital de una muestra de cada lote (práctica estándar de Korea Ever-Power), o escaneo de ruido de Barkhausen 100% para la industria automotriz de precisión. engranajes helicoidales.
Profundidad efectiva del caso (ECD) para un engranaje helicoidal es la profundidad a la que la dureza cae a HV 550 (HRC 52), el límite por debajo del cual la dureza es insuficiente para resistir la iniciación de grietas por picadura. La profundidad total de la capa (TCD) es la profundidad a la que la dureza es igual a la dureza del núcleo + 50 HV, el límite exterior del enriquecimiento de carbono. La ECD siempre es menos profunda que la TCD en 20–50%, dependiendo de la aleación y las condiciones de temple. Para engranaje helicoidal Especificación: especifique siempre ECD (hasta HV 550 o según se requiera para la tensión de contacto), porque ECD determina directamente la profundidad de la resistencia a la fatiga en el engranaje helicoidal la profundidad de la zona resistente a la fatiga. Si solo se especifica TCD, el engranaje puede parecer tener una profundidad de capa adecuada en el laboratorio, pero una profundidad de resistencia a la fatiga insuficiente en servicio.
Confirme el tratamiento térmico para su aplicación de engranajes helicoidales.
El equipo de ingeniería de Korea Ever-Power confirma el proceso de tratamiento térmico adecuado, la dureza objetivo, la profundidad de la capa endurecida y las especificaciones del plano para su aplicación, en función de la carga transmitida, el grado del material, el tamaño del engranaje y los requisitos de rectificado posterior al tratamiento. Los cuatro procesos se realizan internamente con documentación completa.
QT · Inducción · Carburización gaseosa · Nitruración gaseosa · Ensayo de dureza · Recorrido de profundidad de la capa · Testigo de la sociedad de clasificación disponible
Editor: Cxm
