Tratamiento térmico de engranajes: cementación y nitruración
Procesos de tratamiento térmico de engranajes: cementación y temple, revenido y nitruración. Parámetros, materiales aplicables y durezas HRC resultantes.
Notas diarias de aprendizaje — Proceso de tratamiento térmico de engranajes
Fecha: 2026-07-09 | Tema: Tratamiento térmico (proceso central de engranajes)
Puntos técnicos#
1. Cementación y temple (Carburizing & Quenching)#
- Materiales aplicables: Acero de bajo carbono / acero aleado de bajo carbono (p. ej., 20CrMnTi, 20CrMo)
- Proceso: En atmósfera de cementación a 900–950°C, se difunden átomos de carbono → enfriamiento por temple → revenido a baja temperatura
- Profundidad de capa endurecida: 0.8–1.5mm (según módulo y carga)
- Dureza superficial: HRC 58–64; dureza del núcleo: HRC 30–42
- Características: Superficie dura y resistente al desgaste, núcleo tenaz y resistente al impacto; el más adecuado para engranajes de cajas de cambios automotrices
2. Nitruración (Nitriding)#
- Materiales aplicables: Acero aleado de medio carbono / acero bonificado (p. ej., 40Cr, 38CrMoAl)
- Proceso: En atmósfera de descomposición de amoníaco a 500–550°C, se difunden átomos de nitrógeno; no requiere temple
- Profundidad de capa endurecida: 0.2–0.5mm (más superficial)
- Dureza superficial: HV 800–1200 (extremadamente alta)
- Características: Deformación mínima; puede ser directamente la operación final; adecuada para engranajes de precisión y piezas de pared delgada
3. Temple por inducción (Induction Hardening)#
- Materiales aplicables: Acero de medio carbono / acero aleado de medio carbono (p. ej., acero 45, 40Cr)
- Proceso: Calentamiento por inducción de alta frecuencia de la superficie del diente hasta la temperatura de temple → enfriamiento por aspersión de líquido
- Capa endurecida: Solo se calienta la superficie del diente; el núcleo permanece en estado bonificado
- Características: Alta eficiencia, calentamiento localizado, deformación controlable; adecuado para engranajes de módulo grande
4. Control de parámetros clave del proceso#
| Parámetro | Cementación y temple | Nitruración | Temple por inducción |
|---|---|---|---|
| Temperatura | 900–950°C | 500–550°C | 800–950°C |
| Tiempo | 4–10h | 24–80h | Segundos |
| Profundidad de capa | 0.8–1.5mm | 0.2–0.5mm | 1–4mm |
| Deformación | Media | Muy pequeña | Controlable |
Experiencia práctica#
- Selección de la profundidad de la capa cementada: Según la fórmula empírica del módulo del engranaje (m): profundidad de capa ≈ (0.15–0.25)×m. Si es demasiado profunda, aumenta la fragilidad; si es demasiado superficial, la resistencia al desgaste es insuficiente.
- Limitaciones de la nitruración: La capa endurecida es delgada, no es adecuada para condiciones con gran carga de impacto; sin embargo, su resistencia al desgaste y resistencia al agarrotamiento son excelentes, adecuada para engranajes de alta velocidad y carga ligera.
- Selección del medio de temple: El temple en aceite tiene una velocidad de enfriamiento más lenta y menor deformación; el temple en agua tiene una velocidad de enfriamiento rápida y es propenso a grietas. Para aceros aleados, se prefiere el temple en aceite.
- Oportunidad del revenido: Después del temple, se debe realizar el revenido dentro de 2h; de lo contrario, la transformación de austenita residual aumenta el riesgo de agrietamiento.
- Elementos de inspección: Después del tratamiento térmico, es imprescindible inspeccionar: dureza superficial, dureza del núcleo, profundidad efectiva de la capa endurecida (a HV 550), microestructura metalográfica (nivel de martensita, cantidad de austenita residual).
Resumen en una frase: La vida útil de un engranaje: la mitad está en el material, la mitad en el tratamiento térmico. Solo eligiendo el proceso correcto y controlando bien los parámetros se puede aprovechar al máximo el rendimiento límite del material.