Cementación y templado de engranajes: parámetros y control
La cementación y el temple de engranajes: profundidad de capa, dureza superficial y núcleo. Potencial de carbono en ±0.05%C y temple en Ac3+30~50℃.
Puntos clave y control de calidad del proceso de cementación y temple de engranajes
Conclusión clave: La cementación y el temple son el proceso de tratamiento térmico más común para engranajes de servicio pesado; la profundidad de la capa cementada, la dureza superficial y la profundidad efectiva de la capa endurecida son tres indicadores clave. Controlar la precisión del potencial de carbono en ±0.05%C y la temperatura de temple en Ac3+30~50℃ es la línea base de ingeniería para garantizar una tenacidad del núcleo del engranaje ≥40J/cm² y una dureza superficial de 58~62HRC.
I. Principio del proceso de cementación y temple#
La cementación y temple (Carburizing & Quenching) consiste en someter engranajes de acero de bajo carbono (normalmente 20CrMnTi, 20CrNiMo, 18CrNiMo7-6, etc.) a calentamiento en una atmósfera rica en carbono hasta la temperatura de austenización (900~950℃), para que los átomos de carbono activo penetren en la superficie de la pieza y, posteriormente, mediante enfriamiento rápido (temple), se obtenga una estructura de martensita de alto carbono. Así se forma en la superficie del engranaje una capa de alta dureza y resistencia al desgaste, mientras el núcleo conserva una buena tenacidad, en una estructura compuesta. Geyon Transmission, al emprender proyectos de engranajes de alta precisión para cargas pesadas , cumple estrictamente con los criterios de evaluación de la calidad de la capa endurecida de ISO 6336-5.
II. Tres parámetros clave del proceso y su control#
2.1 Profundidad de la capa cementada (Case Depth)#
| Módulo del engranaje m (mm) | Profundidad efectiva de la capa endurecida CHD (mm) | Tiempo de cementación recomendado (h) |
|---|---|---|
| 3 ~ 5 | 0.8 ~ 1.2 | 6 ~ 9 |
| 5 ~ 8 | 1.2 ~ 1.8 | 9 ~ 14 |
| 8 ~ 12 | 1.8 ~ 2.5 | 14 ~ 20 |
| 12 ~ 18 | 2.5 ~ 3.5 | 20 ~ 30 |
Referencia de fórmula: CHD ≈ 0.2 × (módulo + 1) es el valor límite inferior de estimación empírica.
2.2 Control de la concentración de carbono superficial#
La fracción másica de carbono superficial debe controlarse en 0.75% ~ 0.95%C. Un potencial de carbono demasiado alto (>1.0%C) provoca:
- Precipitación de carburos en red, lo que reduce la vida a fatiga por contacto
- Aumento de la cantidad de austenita residual (>20%), disminución de la dureza Un potencial de carbono demasiado bajo (<0.7%C) hace que la dureza superficial no sea suficiente para cumplir con el requisito de 58HRC.
2.3 Temperatura de temple y velocidad de enfriamiento#
La temperatura de temple recomendada es Ac3 + 30~50℃ (habitualmente 810~840℃). Selección de la velocidad de enfriamiento:
- Temple en aceite: adecuado para engranajes con módulo ≤8, deformación controlable
- Baño de sales/temple por prensa: adecuado para engranajes de precisión de pared delgada o grandes, la deformación puede controlarse dentro de 0.05mm
III. Defectos de calidad comunes y contramedidas#
3.1 Deformación fuera de tolerancia#
- Causa: calentamiento desigual, velocidad de enfriamiento de temple excesiva, estructura del engranaje asimétrica
- Contramedida: mantener a 500℃ durante 30min en la etapa de precalentamiento + temple por prensa puede controlar eficazmente la deformación
3.2 Dureza superficial insuficiente (<58HRC)#
- Causa: temperatura de temple demasiado baja o enfriamiento insuficiente
- Contramedida: verificar la temperatura del aceite de temple (control óptimo en 40~80℃), reemplazar el medio de enfriamiento degradado
3.3 Desprendimiento de la capa cementada#
- Causa: gradiente de concentración de carbono en la capa de transición demasiado abrupto
- Contramedida: prolongar la etapa de difusión 1~2h para que la concentración de carbono disminuya de forma gradual
IV. Experiencias prácticas#
Geyon Transmission resume en la producción real: el éxito o el fracaso del proceso de cementación depende en un 60% del modo de carga del horno. Durante la cementación de engranajes, colocar las superficies dentadas hacia arriba y un espaciado uniforme (separación entre dientes ≥10mm) puede asegurar un flujo de gas uniforme y evitar el defecto asimétrico de “cementación insuficiente en la raíz del diente y potencial de carbono excesivo en la punta del diente”. Se recomienda realizar una inspección por disección de la primera pieza (método de microdureza) para validar los parámetros del proceso y, después de la producción en serie, realizar muestreos por lote.
V. Referencias#
- ISO 6336-5: Cálculo de la capacidad de carga de engranajes — Calidad del material y del tratamiento térmico
- GB/T 3480.5-2008 Método de cálculo de la capacidad de carga de engranajes cilíndricos de evolvente
- AGMA 2004-B89: Manual de materiales y tratamiento térmico de engranajes
- Especificación de proceso de fábrica de Geyon Transmission Este artículo es una nota de aprendizaje técnico, recopilada y editada por Geyon Transmission (www.geyontech.com )