La selección del material del engranaje y su tratamiento térmico se basa principalmente en las condiciones de trabajo, como el modo de transmisión, las propiedades y el tamaño de la carga, la velocidad de transmisión y los requisitos de precisión del engranaje.
Al mismo tiempo, también es necesario considerar la templabilidad del acero y los requisitos de endurecimiento de la superficie del diente, la coincidencia del material y el valor de dureza del par de engranajes según el módulo del engranaje y el tamaño de la sección.
Los engranajes pueden estar hechos de diversos materiales, incluidos hierro fundido, acero, materiales pulvimetalúrgicos, aleaciones no ferrosas (como aleaciones de cobre) y materiales no metálicos.
El acero es el material más utilizado para los engranajes y puede ser acero con bajo contenido de carbono, acero con medio carbono, acero con alto contenido de carbono o acero aleado. Un tratamiento térmico adecuado, como normalización, recocido, temple y revenido, carburación, nitruración o temple superficial, puede mejorar el rendimiento del material y la capacidad de corte, así como la calidad del procesamiento y la vida útil de los engranajes.
A continuación se detallan las características y condiciones aplicables de diversos materiales de acero y métodos de tratamiento térmico para engranajes.
1. Acero templado y revenido
Calidades de acero: 45, 35SiMn, 42SiMn, 37SiMn2MoV, 40MnB, 45MnB, 40Cr, 45Cr, 35CrMo, 42CrMo, etc.
Proceso 1: Temperamento o Normalización
(1) Los engranajes de acero templado y revenido tienen buena resistencia y tenacidad, normalmente con un rango de dureza de 220-300 HBW.
(2) Si la dureza de un piñón endurecido no se puede mejorar debido a limitaciones de la herramienta, se puede utilizar un engranaje grande normalizado para mantener la diferencia de dureza entre los engranajes grandes y pequeños. Sin embargo, los engranajes normalizados tienen menor resistencia que los engranajes endurecidos.
(3) Se puede utilizar un corte fino para eliminar la distorsión causada por el tratamiento térmico y mantener la precisión del engranaje.
(4) Los engranajes estandarizados no requieren tratamiento térmico especial ni equipo de acabado de la superficie del diente, lo que los hace relativamente baratos de fabricar.
(5) Los engranajes estandarizados tienen una menor dureza de la superficie de los dientes, lo que puede limitar su capacidad de carga.
Condiciones aplicables: Los engranajes normalizados se utilizan ampliamente para aplicaciones generales de velocidad media y baja con requisitos bajos de resistencia y precisión, así como para engranajes grandes que son difíciles de tratar térmicamente y terminar.
Proceso 2: Endurecimiento de superficies (endurecimiento por inducción, endurecimiento por llama)
(1) Los engranajes de superficie endurecida tienen una alta dureza de la superficie del diente, resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste. La superficie endurecida produce tensión residual, lo que mejora significativamente la resistencia de la raíz del diente. El rango general de dureza de la superficie del diente es 45-55 HRC para acero aleado y 40-50 HRC para acero al carbono.
(2) El tratamiento de enfriamiento y revenido se puede realizar antes del enfriamiento de la superficie para mejorar aún más la resistencia del núcleo.
(3) El tiempo de endurecimiento por inducción es corto.
(4) La profundidad y dureza de la capa de endurecimiento pueden variar a lo largo de la superficie del diente.
(5) El calentamiento y enfriamiento rápidos pueden causar grietas.
Condiciones aplicables: Los engranajes de superficie endurecida se utilizan ampliamente para aplicaciones de carga elevada y volumen pequeño.
2. Carburación de acero
Grados de acero: 20Cr, 20CrMnTi, 20CrMnMo, 20CrMo, 22CrMo, 20CrNiMo, 18Cr2Ni4W, 20Cr2Ni4A, etc.
Proceso: Carburación y Temple
(1) Los engranajes carburados y endurecidos tienen una alta dureza de la superficie del diente, resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste. La superficie endurecida produce tensión residual, lo que mejora significativamente la resistencia de la raíz del diente. El rango general de dureza de la superficie del diente es 56-63 HRC.
(2) Los engranajes con carburador tienen un buen rendimiento de corte.
(3) La carburación y el enfriamiento causan una distorsión significativa en el tratamiento térmico, lo que requiere una molienda posterior al tratamiento térmico para obtener una alta precisión. Esto aumenta el tiempo y el costo de procesamiento.
Condiciones aplicables: Los engranajes carburados y endurecidos se utilizan ampliamente para engranajes medianos y pequeños con alta capacidad de carga, resistencia al impacto, precisión y pequeño volumen.
3. Acero de nitruración
Grados de acero: 38CrMoAlA, 30CrMoSiA, 25Cr2MoV, etc.
Proceso: tratamiento de nitruración
(1) Los engranajes nitrurados tienen una dureza superficial de los dientes, resistencia a la corrosión por picaduras y resistencia al desgaste muy altas. El núcleo tiene buena fuerza. El acero con contenido medio de carbono suele ser templado y revenido primero para mejorar la resistencia del núcleo.
(2) Debido a las bajas temperaturas de calentamiento, la distorsión del tratamiento térmico es mínima y los dientes no requieren rectificado después del tratamiento de nitruración.
(3) La capa endurecida es delgada, lo que hace que el engranaje sea menos adecuado para cargas de impacto y con menor capacidad de carga que los engranajes carburados y endurecidos.
(4) El tratamiento de nitruración lleva más tiempo y es más caro que otros tratamientos térmicos.
Condiciones aplicables: Los engranajes nitrurados son adecuados para aplicaciones de carga grandes y estables y para situaciones en las que no se dispone de equipos de acabado de superficies dentales pero se requieren superficies dentales duras.
4. Acero fundido
Grados de acero: ZG310-570, ZG340-640, ZG42SiMn, ZG50SiMn, ZG40Cr1, ZG35CrMnSi, etc.
(1) Este proceso es adecuado para fabricar engranajes grandes con formas complejas.
(2) La resistencia de los engranajes fabricados mediante este proceso es menor que la del acero templado y revenido del mismo tipo y tratamiento térmico.
(3) Este proceso puede provocar defectos de fundición.
Condiciones aplicables: Este proceso es adecuado para engranajes grandes que no se pueden forjar.
5. Hierro fundido
Grado de acero: diversos hierros fundidos grises, hierro dúctil, hierro fundido maleable, etc.
(1) El hierro fundido tiene un bajo costo de material.
(2) Los engranajes de hierro fundido tienen buena resistencia al desgaste.
(3) Este proceso es adecuado para fabricar engranajes grandes con formas complejas.
(4) El hierro fundido tiene buenas tecnologías de fundición y corte.
(5) Los engranajes de hierro fundido tienen menor capacidad de carga que otros materiales.
Condiciones aplicables: el hierro fundido gris y el hierro fundido maleable son adecuados para engranajes sin impacto, de baja velocidad y carga ligera. El hierro dúctil se puede utilizar para engranajes con grandes cargas e impactos.
