Resolvendo Problemas de Nitretação de Gás de Engrenagem: Contramedidas Eficazes

1. Prefácio

A nitretação a gás tem diversas vantagens sobre a nitretação iônica, incluindo facilidade de operação, alta repetibilidade do processo, estrutura de equipamento simples e capacidade de obter controle automático do processo.

Um dos benefícios mais significativos da nitretação a gás é a melhoria da temperatura e da uniformidade da atmosfera durante o processo.

Em particular, a profundidade da camada de nitretação na raiz do dente e no círculo primitivo de engrenagens de módulos pequenos é mais uniforme durante a nitretação a gás em comparação com a nitretação iônica.

Nos últimos anos, o processo de nitretação a gás tem visto avanços significativos, como o desenvolvimento de processos de pré-oxidação e nitretação a gás e várias outras técnicas de nitretação a gás.

Esses avanços reduziram o tempo do ciclo de produção entre a nitretação iônica e a nitretação gasosa em vários graus.

No entanto, é essencial prestar atenção a possíveis problemas durante o processo de controle da atmosfera durante a nitretação das engrenagens.

2. Limpeza antes da nitretação a gás

Antes de passar pela nitretação e carga a gás, a engrenagem deve ser cuidadosamente limpa para garantir que não haja água ou impurezas presentes.

Se esta etapa não for concluída corretamente, a superfície nitretada resultante poderá ter uma aparência irregular e poderão aparecer manchas escuras.

Embora não haja diferença significativa na profundidade da camada nitretada, na dureza ou na estrutura metalográfica entre as áreas manchadas e as áreas normais, essas manchas podem impactar significativamente a qualidade geral da aparência da engrenagem.

A macromorfologia dessas áreas pontilhadas irregulares foi analisada usando um estereomicroscópio de ultraprofundidade de campo (como visto na Figura 1).

Fig. 1 macro morfologia da área de manchas da face da extremidade da engrenagem

A morfologia microscópica da área manchada foi analisada utilizando um microscópio eletrônico de varredura (como visto na Figura 2). As áreas que pareciam brancas a olho nu foram observadas ao microscópio eletrônico de varredura.

Fig. 2 micromorfologia da área de manchas da face da extremidade da engrenagem

A composição química da área manchada com aparência anormal na face final da engrenagem foi comparada e analisada com a área normal na face final da engrenagem. Os resultados dessa comparação são apresentados na Tabela 1.

Tabela 1 resultados de comparação (fração mássica) (%) da determinação da composição química na microárea da face final da engrenagem

Conforme visto na Tabela 1, o conteúdo do elemento O na área manchada anormal é maior do que na área normal. Além de maior teor de O, também contém vestígios de Na, S, Cl, K, Ca, Mg, Al e outros elementos provenientes de resíduos de água, agentes de limpeza e óleo de barbear.

Esta análise mostra que o aparecimento da nitretação a gás é causado pela má limpeza antes do processo de nitretação. Portanto, os seguintes pontos devem receber atenção especial durante a limpeza de engrenagens de nitretação a gás:

• Ao usar um agente de limpeza à base de água, a temperatura da água para o enxágue final não deve ser muito alta. Se a temperatura da água estiver muito alta, ela evaporará rapidamente e deixará resíduos na superfície da peça de trabalho. É melhor reduzir a temperatura de enxágue e usar uma pistola de ar de alta pressão para secar a peça de trabalho.
• A limpeza com substâncias como acetona ou gasolina é possível, mas essas substâncias têm baixo ponto de inflamação. É importante garantir ventilação adequada e segurança contra incêndio no ambiente de limpeza.
• A peça de trabalho deve ser completamente seca antes de ser limpa com um limpador de hidrocarboneto.
• A qualidade da água utilizada no processo de limpeza deve ser considerada, e água pura deve ser utilizada tanto quanto possível.

3. Controle da distorção da nitretação de engrenagens

A distorção que ocorre durante a nitretação de engrenagens é influenciada por vários fatores, incluindo formato da engrenagem, tensão residual de usinagem, material da engrenagem, ferramentas de nitretação, processo de nitretação e velocidade de resfriamento da engrenagem após a nitretação.

Na produção típica, as pessoas tendem a se concentrar nos primeiros fatores, mas muitas vezes ignoram a velocidade de resfriamento da engrenagem após a nitretação. Isto é especialmente relevante para o furo interno de engrenagens de paredes finas, que são particularmente sensíveis à velocidade de resfriamento após a nitretação.

Por exemplo, considere a engrenagem mostrada na Figura 3.

Fig. 3 tamanho da engrenagem

O tamanho do furo interno antes da nitretação era de φ 52-0,02-0,035 mm. A Tabela 2 apresenta a relação entre o tempo de resfriamento da engrenagem e a expansão do furo interno.

Tabela 2 Relação entre tempo de resfriamento da engrenagem e expansão do furo interno

Os resultados dos testes mostram que a tendência de distorção dos furos internos da engrenagem em diferentes velocidades de resfriamento é consistente e geralmente aumenta, mas a extensão da distorção varia. Quando a taxa de resfriamento após a nitretação é lenta, a distorção do furo interno é maior, e quando a taxa de resfriamento após a nitretação é rápida, a distorção do furo interno é menor.

Para garantir uma distorção estável do furo interno da engrenagem e melhorar a taxa de qualificação do furo interno da engrenagem após a nitretação, a velocidade de resfriamento da engrenagem durante a nitretação a gás deve ser cuidadosamente controlada.

4. Remédio para oxidação causada por vazamento de gás do forno de nitretação a gás

Se ocorrer um vazamento de gás no forno de nitretação a gás devido à vedação ou outros problemas, a superfície da peça ficará oxidada. Esta oxidação não afeta a qualidade interna da peça, mas não atende aos padrões de qualidade de aparência. Em tal situação, o processo de redução descrito na Tabela 3 pode ser utilizado para reparo.

Tabela 3 Processo de reparo de peças oxidadas

A aparência da engrenagem após nitretação a gás, oxidação e redução de vazamento de gás é mostrada na Figura 4.

Fig. 4 aparência das engrenagens antes e depois da redução do vazamento de gás amônia

É importante ressaltar que durante o processo de redução da aparência, a temperatura de nitretação não deve ultrapassar a primeira temperatura de nitretação. Tipicamente, a temperatura de nitretação durante a redução deve ser cerca de 20°C inferior à última temperatura de nitretação. A duração do processo de redução pode ser ajustada com base na extensão da oxidação.

5. Conclusão

Os três problemas e soluções acima destacam a importância de prestar atenção a cada detalhe no processo de tratamento térmico. Com uma consideração cuidadosa de cada etapa, é possível resolver com eficácia quaisquer problemas que possam surgir.