¿Cuáles son los indicadores técnicos para piezas de cementación y temple?

La carburación y el templado forman una capa de martensita con alto contenido de carbono en la superficie de la pieza, que tiene una gran dureza, un alto contenido de carburo y una gran resistencia al desgaste. El núcleo es una estructura de martensita con bajo contenido de carbono, por lo que la tensión de compresión superficial es grande. La tenacidad general es alta. Estas características hacen que la cementación y el temple se utilicen ampliamente en engranajes y otras piezas que requieren alta resistencia al desgaste, alta resistencia a la fatiga y alta resistencia a la fatiga por contacto. El endurecimiento por inducción tiene las características de calentamiento rápido y enfriamiento rápido, lo que aumenta significativamente el tamaño de grano del material. Al tiempo que obtiene una dureza ultra alta, obtiene un mayor índice de tenacidad, mejorando así el rendimiento de las piezas.

1. Resistencia a la abrasión

Las piezas carburadas y templadas tienen una alta resistencia al desgaste debido a la alta dureza y los carburos en la superficie. El endurecimiento por inducción puede obtener una alta dureza con un bajo contenido de carbono, y la resistencia al desgaste también está relacionada con su microestructura.

El enfriamiento por cementación 20CrMnTiH3 y el enfriamiento por inducción de acero 45 se fabrican en muestras de desgaste estándar, con una dureza de 62～62.5HRC, se prueban en la máquina de prueba de desgaste M-200 y las piezas de desgaste se apagan con T10. Después de 1.6 millones de veces de desgaste, la muestra cementada perdió 4.0 mg y la muestra templada por inducción perdió 2.1 mg. ¿Cuál es el mecanismo que hace que las probetas templadas por inducción tengan mayor resistencia al desgaste? Vale la pena estudiar.

2. Fuerza

Generalmente se cree que la fuerza está relacionada con la dureza, y la misma dureza puede tener la misma fuerza. Para partes específicas, ¿qué otros parámetros están relacionados con él? Probamos las muestras estándar de tracción en forma de mancuerna hechas de cementación y temple 20CrMnTiH3 y temple por inducción de acero 45, 40CrH, 40MnBH. El diámetro efectivo de la pieza de la muestra fue de 20 mm y las resistencias a la tracción medidas fueron de 819 MPa, 1184 MPa, 1364 MPa. A 1369 MPa, la resistencia de varias muestras de acero al carbono medio después del enfriamiento por inducción es significativamente mayor que la de las piezas carburadas.

Se comparan los resultados de los dos procesos. La superficie de la muestra carburada y templada es martensita con alto contenido de carbono, la capa carburada es de 1.25 mm, la dureza es de 62-63HRC, el núcleo es martensita con bajo contenido de carbono y la dureza es de 32HRC. La superficie de la muestra endurecida por inducción es martensita de carbono medio, la profundidad de la capa endurecida es de 3.6 mm, la dureza es de 62 HRC y el núcleo es de sorbita templada, la dureza es de 26 HRC. Se puede encontrar que hay una gran diferencia en la profundidad de la capa superficial endurecida obtenida por los dos métodos de tratamiento, y el endurecimiento por inducción puede obtener una capa endurecida más profunda, obteniendo así una mayor resistencia parcial. Por lo tanto, al discutir qué proceso de fortalecimiento es mejor, no solo debemos analizarlo desde una perspectiva micro, sino también considerarlo desde una perspectiva macro.

3. Resistencia a la fatiga

Después de la cementación y el endurecimiento por inducción, la superficie de las piezas se fortalece de manera efectiva y se forma una mayor tensión de compresión residual, y ambas tienen una mayor resistencia a la fatiga.

Las piezas de engranajes con un módulo de 2.5 se seleccionaron para la investigación y se cementaron y templaron con 20CrMnTiH3 con una profundidad de cementación de 1.2 mm; El acero 45 y el 42CrMo se templaron por inducción con una profundidad de enfriamiento de la raíz del diente de 2.0 mm. La dureza es de 61～63HRC y los dientes se muelen después del tratamiento térmico. Realice la prueba en la máquina de prueba de fatiga de acuerdo con el método de carga que se muestra en la Figura 1. Las cargas de presión última de fatiga media por flexión de los tres materiales diferentes y los dientes de engranaje tratados térmicamente son 18.50 kN, 20.30 kN y 28.88 kN, respectivamente. La resistencia a la fatiga de los engranajes endurecidos por inducción con 42CrMo es un 56 % más alta que la de la cementación y enfriamiento con 20CrMnTiH3, lo que tiene ventajas significativas. Para analizar su mecanismo, es necesario comenzar con la estructura de la capa endurecida, el nivel de tensión de compresión de la superficie, la estructura del corazón y la dureza.

4. Resistencia a la fatiga por contacto

Para las piezas de engranajes, la falla por fatiga de contacto de la superficie del diente también es el principal modo de falla. Los engranajes de servicio liviano tienen requisitos relativamente bajos para la fatiga por contacto, y si el endurecimiento por inducción puede reemplazar la cementación y el endurecimiento en engranajes de servicio pesado específicos, este índice es un contenido que debe evaluarse. Nuestra investigación en esta área no es lo suficientemente profunda.

5. Deformación de enfriamiento

El proceso de cementación tiene alta temperatura, mucho tiempo y una gran deformación por enfriamiento. El proceso de esmerilado posterior adelgazará la superficie con la mayor resistencia y el mayor esfuerzo de compresión, lo que resultará en una disminución de la resistencia de la pieza. La carburación y el enfriamiento rápido de engranajes utilizan cada vez más la tecnología de enfriamiento rápido a presión, el propósito es reducir la deformación del enfriamiento rápido. La deformación del endurecimiento por inducción es relativamente pequeña y, debido al espesor de la capa templada, el impacto del rectificado en la profundidad de endurecimiento es relativamente pequeño.