Quais são os indicadores técnicos para cementação e têmpera de peças?

A cementação e têmpera formam uma camada de martensita com alto teor de carbono na superfície da peça, que possui alta dureza, alto teor de carboneto e alta resistência ao desgaste. O núcleo é uma estrutura de martensita de baixo carbono, então a tensão de compressão da superfície é grande. A resistência geral é alta. Essas características tornam a cementação e a têmpera amplamente utilizadas em engrenagens e outras peças que exigem alta resistência ao desgaste, alta resistência à fadiga e alta resistência à fadiga de contato. O endurecimento por indução tem as características de aquecimento rápido e resfriamento rápido, o que aumenta significativamente o tamanho do grão do material. Ao obter dureza ultra-alta, obtém maior índice de tenacidade, melhorando assim o desempenho das peças.

1. Resistência à abrasão

Peças cementadas e temperadas possuem alta resistência ao desgaste devido à alta dureza e carbonetos na superfície. O endurecimento por indução pode obter alta dureza sob baixo teor de carbono, e a resistência ao desgaste também está relacionada à sua microestrutura.

A têmpera de cementação 20CrMnTiH3 e a têmpera por indução de aço 45 são feitas em amostras de desgaste padrão, com dureza de 62 ~ 62.5 HRC, testadas na máquina de teste de desgaste M-200, e as peças de desgaste são temperadas com T10. Após 1.6 milhão de vezes de desgaste, a amostra cementada perdeu 4.0 mg e a amostra temperada por indução perdeu 2.1 mg. Qual é o mecanismo que faz com que os corpos de prova endurecidos por indução tenham maior resistência ao desgaste? Vale a pena estudar.

2. Força

Geralmente acredita-se que a resistência está relacionada à dureza, e a mesma dureza pode obter a mesma resistência. Para peças específicas, quais outros parâmetros estão relacionados a ela? Testamos os espécimes de tração padrão em forma de haltere feitos de cementação e têmpera 20CrMnTiH3 e têmpera por indução de aço 45, 40CrH, 40MnBH. O diâmetro efetivo da peça do corpo de prova foi de 20 mm, e as resistências à tração medidas foram de 819 MPa, 1184 MPa, 1364 MPa, a 1369 MPa, a resistência de várias amostras de aço carbono médio após têmpera por indução é significativamente maior do que a de peças cementadas.

Os resultados dos dois processos são comparados. A superfície da amostra cementada e temperada é martensita de alto carbono, a camada cementada é de 1.25 mm, a dureza é 62-63HRC e o núcleo é martensita de baixo carbono e a dureza é 32HRC. A superfície da amostra endurecida por indução é martensita de carbono médio, a profundidade da camada endurecida é de 3.6 mm, a dureza é 62HRC e o núcleo é sorbita temperada, a dureza é 26HRC. Pode-se constatar que existe uma grande diferença na profundidade da camada endurecida superficial obtida pelos dois métodos de tratamento, sendo que o endurecimento por indução pode obter uma camada endurecida mais profunda, obtendo assim maior resistência da peça. Portanto, ao discutir qual processo de fortalecimento é melhor, devemos não apenas analisá-lo sob uma perspectiva micro, mas também considerá-lo sob uma perspectiva macro.

3. Força de fadiga

Após cementação e endurecimento por indução, a superfície das peças é efetivamente reforçada, e uma maior tensão residual de compressão é formada, e ambas têm maior resistência à fadiga.

As peças de engrenagem com módulo de 2.5 foram selecionadas para pesquisa, sendo cementadas e temperadas com 20CrMnTiH3 com profundidade de cementação de 1.2mm; O aço 45 e o 42CrMo foram endurecidos por indução com uma profundidade de têmpera da raiz do dente de 2.0 mm. A dureza é 61~63HRC, e os dentes são retificados após o tratamento térmico. Teste na máquina de teste de fadiga de acordo com o método de carregamento mostrado na Figura 1. As cargas de pressão final de fadiga mediana de flexão dos três materiais diferentes e dentes de engrenagem tratados termicamente são 18.50kN, 20.30kN e 28.88kN, respectivamente. A resistência à fadiga das engrenagens endurecidas por indução 42CrMo é 56% maior do que a cementação e têmpera 20CrMnTiH3, que tem vantagens significativas. Para analisar seu mecanismo, é necessário começar com a estrutura da camada endurecida, nível de tensão de compressão da superfície, estrutura do coração e dureza.

4. Força de fadiga de contato

Para peças de engrenagem, a falha por fadiga de contato da superfície do dente também é o principal modo de falha. Engrenagens leves têm requisitos relativamente baixos para fadiga de contato, e se o endurecimento por indução pode substituir a cementação e endurecimento em engrenagens pesadas específicas, esse índice é um conteúdo que deve ser avaliado. Nossa pesquisa nesta área não é suficientemente profunda.

5. Deformação de têmpera

O processo de cementação tem alta temperatura, longo tempo e grande deformação de têmpera. O processo de retificação subsequente afinará a superfície com a maior resistência e a maior tensão de compressão, resultando em uma diminuição na resistência da peça. A cementação e têmpera de engrenagens está usando cada vez mais a tecnologia de têmpera por prensa, o objetivo é reduzir a deformação de têmpera. A deformação do endurecimento por indução é relativamente pequena e, devido à espessura da camada temperada, o impacto da retificação na profundidade de endurecimento é relativamente pequeno.