Comparación de aceros para engranajes: conversión GB, DIN, JIS, AISI y riesgos de sustitución

Título del artículo: Cómo comparar las designaciones de acero para engranajes: conversión entre los cuatro sistemas GB, DIN, JIS y AISI y riesgos de sustitución

Markdown bloque 1/1 — traducir:

Para la misma pieza de engranaje, el plano chino indica 20CrMnTi, el plano del cliente alemán indica 16MnCr5 o 20MnCr5, el plano japonés indica SCM420 y el plano estadounidense indica 8620: estas cuatro designaciones tienen un significado similar, pero no pueden equipararse directamente. La comparación de designaciones consiste en mapear la designación de acero de un sistema de normas a la designación más cercana de otro sistema, según el rango de composición química y los requisitos de templabilidad; se trata de una correspondencia aproximada. La sustitución (utilizar otra designación para reemplazar el material especificado en el plano) requiere, sobre esta base, verificar de nuevo los límites superior e inferior de composición, los datos de templabilidad Jominy, los requisitos de inclusiones y los parámetros de tratamiento térmico. A continuación se presentan de forma clara las tablas de comparación entre los cuatro sistemas para los tres tipos de acero para engranajes de uso común (acero cementado, acero bonificado y acero nitrurado), los rangos de propiedades mecánicas de las designaciones GB, y los cinco puntos que deben verificarse antes de una sustitución.

I. Primero, distinguir claramente la definición de tres términos#

Comparación de designaciones: según la relación aproximada entre el rango de composición química y las propiedades mecánicas, se corresponde la designación de acero del sistema de normas A con la designación más cercana del sistema B. Lo que ofrece es un rango de candidatos, no una autorización de sustitución.

Sustitución (reemplazo de material): el plano del cliente especifica una designación y el proveedor la produce con otra designación. Este paso requiere reconfirmar la composición, la templabilidad, la limpieza (pureza) y el proceso de tratamiento térmico, y normalmente necesita la confirmación por escrito del cliente.

Templabilidad: la capacidad del acero para obtener una profundidad determinada de capa endurecida durante el temple, medida mediante el ensayo Jominy, ejecutado en China según GB/T 225. Dos designaciones con el mismo nombre o nombre similar pueden tener curvas de templabilidad diferentes; este es uno de los puntos que más problemas genera en las sustituciones.

II. Comparación entre los cuatro sistemas de aceros cementados para engranajes#

Las posiciones marcadas con «—» en la tabla indican que ese sistema no tiene una designación de uso común directamente correspondiente; no significa que no se pueda usar acero cementado alemán para el mismo engranaje, sino que hay que pasar por el paso de verificación de templabilidad y composición, y sustituir tras la confirmación de ambas partes. A la inversa, cuando el cliente especifica aceros cementados de norma alemana como 16MnCr5 o 20MnCr5, el proveedor también debe considerar primero las dimensiones de la sección y la profundidad de capa endurecida requerida antes de decidir qué designación elegir.

III. Comparación entre los cuatro sistemas de aceros bonificados para engranajes#

La correspondencia en el tramo de los aceros bonificados es más ordenada que la de los aceros cementados, porque los aceros bonificados con cromo y con molibdeno tienen series maduras en todos los sistemas. Pero hay que tener en cuenta: aunque la correspondencia entre el acero C45 y C45, S45C es habitual, el acero C45 por sí mismo tiene templabilidad limitada; cuando la sección es grande, la caída de dureza a lo largo de la sección es más marcada que en el 42CrMo, por lo que en piezas de sección grande debe ser prudente usar acero C45 bonificado.

IV. Comparación de aceros nitrurados para engranajes#

Los aceros nitrurados tienen pocas designaciones en cada sistema, y el margen de elección es menor que el de los aceros cementados. La ventaja del tratamiento de nitruración es la pequeña deformación y la alta dureza superficial del diente; se usa a menudo en piezas de precisión en las que no es conveniente rectificar los dientes después del tratamiento térmico, a costa de una capa endurecida delgada, por lo que no es adecuado para condiciones de impacto fuerte.

V. Rangos de propiedades mecánicas de las designaciones GB de uso común#

Los datos sirven para juzgar rápidamente el nivel de la designación; los valores concretos deben regirse por el certificado de calidad del acero y la reinspección a la entrada.

De esta tabla se desprende una línea: la resistencia de los aceros cementados se obtiene mediante la capa endurecida superficial, con la dureza del núcleo contenida en 30~45 HRC para conservar tenacidad; la resistencia de los aceros bonificados se obtiene mediante el temple a través de toda la sección, con la dureza situada en el intervalo de 240~320 HB. El criterio para elegir entre las dos rutas es cuál de las dos condiciones es más crítica, si la tensión de contacto en el flanco del diente o la tensión de flexión en el pie del diente, no cuál designación suena más avanzada.

VI. La dureza es la unidad común para la comparación entre sistemas#

Los planos de distintos sistemas pueden indicar HRC, HB o HV por separado, y al comparar la misma pieza de engranaje hay que convertir. Escalas de uso común (valores aproximados):

Escalas de requisitos de dureza comunes en engranajes:

Las relaciones de conversión solo son válidas dentro de un rango aproximado: cuando el HRC es inferior a 20 debe usarse la escala HRB; cuando el HB es inferior a 450, el HRC y el HB pueden estimarse de forma aproximada según HRC ≈ (HB − 200) / 10. En la zona con dureza inferior a 20 HRC, la medición con la escala Rockwell C presenta un error grande, por lo que en la aceptación debe acordarse la escala de medición.

VII. Los cinco puntos que deben verificarse antes de la sustitución#

VIII. Experiencia práctica#

En pedidos de exportación, preguntar primero al cliente según qué norma se acepta. El plano indica 20CrMnTi pero el cliente en Alemania acepta según norma alemana; el problema normalmente no es si se puede fabricar, sino según qué valores se entrega para inspección. Añadir en el acuerdo técnico una frase con el número de norma del material y el rango de composición ahorra más problemas que discutir después.

Los datos del ensayo Jominy son más fiables que el nombre de la designación. Una misma designación procedente de distintas acerías tiene diferente ancho de banda de templabilidad. En piezas con requisitos de templabilidad, conviene escribir los valores J en los requisitos de compra y compararlos en la reinspección a la entrada; es más seguro que mirar solo la designación en el certificado de calidad.

Al cambiar de material hay que modificar también los parámetros de tratamiento térmico. Tras la sustitución, limitarse a cambiar la anotación en el plano y reutilizar el proceso de cementación tal cual es una fuente habitual de un tipo de anomalía en lotes: al cambiar el contenido de níquel, la profundidad de capa endurecida obtenida con el mismo potencial de carbono y el mismo tiempo también cambia.

En el informe de inspección, escribir completos la designación, el número de norma y el estado de tratamiento térmico. En la inspección de mercancías de exportación, si en el informe solo figura información como «acero aleado, HRC58», el cliente no puede corresponderlo con los requisitos de su plano; escribiendo los tres puntos completos, la cadena de trazabilidad queda cerrada.

Desde la designación del material hasta el engranaje terminado, en el medio hay que pasar por varias etapas: el mecanizado y la inspección de engranajes cilíndricos de precisión , el torneado, fresado y tratamiento térmico de piezas de transmisión tipo eje y el mecanizado de precisión y el proceso de rectificado de dientes . En las piezas de serie estándar (como las cremalleras), el material se indica directamente en la referencia: en GY-CSTGH-020-10-S, la posición del material C representa S45C y M representa SCM440; el código de especificación 020 es módulo M2 y 10 es longitud 1000mm. Si tiene un plano y necesita una revisión de ingeniería según el material y el tratamiento térmico, puede contactarnos .