Cementación y temple de engranajes: capa y distorsión
La cementación y temple de engranajes con aceros como 20CrMnTi logra HRC 58-62 en superficie, núcleo HRC 30-42 y controla la deformación en 0.05-0.15 mm.
Tecnología de endurecimiento por cementación y temple de engranajes: método central para la uniformidad de la profundidad y el control de la deformación
Conclusión clave: La cementación y el temple son el proceso de tratamiento termoquímico más común para que los componentes de transmisión de engranajes obtengan un rendimiento de “duro por fuera y tenaz por dentro”. Los aceros aleados de bajo carbono como 20CrMnTi, después de cementación a 920–950°C + temple + revenido a baja temperatura, pueden alcanzar una dureza de la superficie del diente de HRC 58–62, mantener una dureza del núcleo de HRC 30–42 y aumentar la vida a fatiga de 3 a 5 veces. Poder controlar la deformación por tratamiento térmico dentro de 0.05–0.15 mm determina directamente el grado de precisión final del engranaje.
I. Principio del proceso de cementación y temple#
1.1 Definición del proceso#
El proceso de cementación y temple consiste en calentar acero de bajo carbono (contenido de carbono 0.10%–0.25%) en un medio rico en carbono, hacer que los átomos de carbono se difundan en la capa superficial y luego someterlo a temple y revenido, formando una estructura en gradiente de capa superficial de martensita de alto carbono + núcleo de martensita revenida de bajo carbono.
1.2 Comparación de tres medios de cementación#
| Método de cementación | Medio | Rango de temperatura | Velocidad de cementación (mm/h) | Control de deformación | Aplicación |
|---|---|---|---|---|---|
| Cementación gaseosa | Propano + gas portador | 920–950°C | 0.15–0.35 | Producción en lote, engranajes cementados | |
| Cementación al vacío | Acetileno | 950–1050°C | 0.25–0.50 | Engranajes de alta precisión, coronas dentadas internas | |
| Cementación en baño de sal | Sales de cianuro | 900–930°C | 0.20–0.40 | Engranajes de módulo pequeño |
La cementación al vacío, al no presentar oxidación interna y minimizar la deformación, se ha convertido en la solución ideal para engranajes de transmisión de precisión.
II. Parámetros técnicos clave y criterios de evaluación#
2.1 Profundidad efectiva de la capa endurecida (Effective Case Depth, ECD)#
| Módulo de engranaje m (mm) | ECD recomendado (mm) | Método de inspección |
|---|---|---|
| m ≤ 3 | 0.4–0.8 | Método de dureza Vickers HV1 |
| 3 < m ≤ 6 | 0.8–1.2 | Método de dureza Vickers HV5 |
| m > 6 | 1.2–2.0 | Método de dureza Vickers HV10 |
| Criterio de evaluación: La profundidad efectiva de la capa endurecida es la distancia perpendicular desde la posición con valor de dureza de 550 HV hasta la superficie. |
2.2 Factores clave para el control de la deformación#
- Tratamiento térmico preliminar: La normalización + revenido a alta temperatura puede eliminar tensiones de mecanizado y reducir la deformación por temple en 30%–50%
- Temperatura de temple: Es adecuado que esté 30–50°C por encima de Ac3; una temperatura excesiva aumenta el riesgo de deformación
- Medio de enfriamiento: El aceite caliente (80–120°C) produce una deformación 40%–60% menor que el aceite frío
- Método de carga al horno: Colocar los engranajes en posición vertical o suspenderlos con utillaje especializado, evitando el apilamiento y la compresión
III. Defectos comunes y contramedidas#
| Tipo de defecto | Fenómeno | Causa principal | Medidas de mejora |
|---|---|---|---|
| Dureza insuficiente | Superficie del diente < HRC 55 | Concentración de carbono de cementación baja o enfriamiento de temple insuficiente | Aumentar el potencial de carbono a 0.8%–1.0%C, verificar la temperatura del aceite |
| Deformación excesiva | Desviación de dirección del diente > 0.15 mm | Tensiones de temple desiguales, margen de mecanizado insuficiente | Añadir un proceso de recocido para eliminación de tensiones, optimización del diseño de la pieza en bruto del engranaje |
| Descarburación superficial | Aparece ferrita en la capa superficial | Potencial de carbono del gas del horno demasiado bajo o sellado deficiente | Controlar la presión del horno + calibración periódica de la sonda de oxígeno |
| Oxidación interna | Estructura reticular negra en los límites de grano | La atmósfera contiene impurezas de O₂/H₂O | Aumentar la pureza del gas portador, adoptar la cementación al vacío |
IV. Experiencias prácticas#
Experiencia uno: En un proyecto de engranajes cónicos espirales de módulo m=5 que la empresa emprendió, el cliente exigía grado de precisión DIN 6. Después de 3 rondas de ajuste, finalmente se adoptó el esquema de cementación al vacío + temple escalonado, la deformación se controló dentro de 0.08 mm y la tasa de aprobación en la primera inspección de entrega alcanzó el 92%. Experiencia dos: Añadir un recocido para eliminación de tensiones de 650°C × 2h antes de la cementación y el temple puede reducir la tasa de grietas por rectificado en el rectificado posterior de dientes del 5% a menos del 0.3%, con un aumento de costo de solo unos 8 yuanes (CNY)/pieza. Experiencia tres: Frecuencia de inspección recomendada: al menos 3 probetas por carga de horno, utilizadas respectivamente para examen metalográfico, medición del gradiente de dureza y análisis de fractura. Para engranajes de módulo grande, se recomienda inspeccionar la dureza de la superficie de cada diente en cada pieza.
V. Referencias#
- GB/T 9450-2005 «Determinación y verificación de la profundidad de la capa endurecida por cementación y temple de piezas de acero»
- AGMA 2001-D04 «Guía para el endurecimiento de flancos dentados y el tratamiento térmico»
- Manual de procesos de Geyontech — Volumen de tratamiento térmico (material interno)
- Conozca más sobre capacidad de mecanizado de precisión de engranajes y soluciones de engranajes personalizados Notas de estudio diarias · Geyontech · 2026-07-10