Indicadores de tecnologia de endurecimento de indução

A carburação e a têmpera criam uma camada martensítica de alto carbono na superfície de uma peça, com alta dureza e teor de carbono, proporcionando excelente resistência ao desgaste. O núcleo é composto de tecido martensítico de baixo carbono, resultando em alta tensão superficial e tenacidade geral. Isso torna a carburação e a têmpera amplamente utilizadas para peças como engrenagens que requerem alta resistência ao desgaste, resistência à fadiga e resistência à fadiga de contato.

O endurecimento por indução é caracterizado por aquecimento e resfriamento rápidos, resultando em tamanhos de grãos significativamente menores e maior tenacidade, ao mesmo tempo em que atinge dureza ultra-alta.

Resistência ao desgaste do endurecimento por indução

A excelente resistência ao desgaste das peças carburadas é devido à sua alta dureza superficial e teor de carbono. O endurecimento por indução pode atingir alta dureza em níveis mais baixos de carbono, e a resistência ao desgaste também depende da microestrutura.

Os espécimes de teste de desgaste padrão foram feitos de peças carburadas 20CrMnTiH3 e 45 peças endurecidas por indução de aço com dureza variando de 62-62, 5 HRC. Testado em um testador de desgaste M-200 com a peça de desgaste sendo resfriada T10, os espécimes carburados perderam 4,0 mg e os espécimes endurecidos por indução perderam 2,1 mg após 1,6 milhão de ciclos de desgaste. Vale a pena estudar o mecanismo por trás da melhor resistência ao desgaste dos espécimes endurecidos por indução.

Força de endurecimento por indução

A força é geralmente considerada relacionada à dureza, e a mesma dureza deve resultar na mesma resistência.

Para partes específicas, quais fatores estão envolvidos? Testamos espécimes de tração de halteres padrão feitos de peças carburadas de 20CrMnTiH3, peças endurecidas por indução de 45, 40CrH e 40MnBH, com um diâmetro de peça efetivo de 20mm. As medições de resistência à tração foram 819MPa, 1184MPa, 1364MPa e 1369MPa, respectivamente, com as peças endurecidas por indução tendo uma resistência significativamente maior do que as peças carburizadas.

Comparando os dois processos, os espécimes carburados têm uma camada superficial martensítica de alto carbono com uma profundidade de 1,25mm e uma dureza de 62-63HRC, e um núcleo martensítico de baixo carbono com uma dureza de 32HRC. Os espécimes endurecidos por indução têm uma camada superficial martensítica de carbono médio com uma profundidade de 3,6mm e uma dureza de 62HRC, e um núcleo de sorbita temperado com uma dureza de 26HRC. Pode ser visto que os dois métodos de tratamento resultam em profundidades de camada de endurecimento superficial significativamente diferentes, com o endurecimento por indução alcançando uma camada de endurecimento mais profunda e, portanto, maior resistência parcial. Portanto, ao discutir qual processo de fortalecimento é melhor, é necessário analisar não apenas de uma perspectiva micro, mas também de uma perspectiva macro.

Resistência à fadiga do endurecimento por indução

Tanto a carburação quanto o endurecimento por indução podem efetivamente fortalecer e criar uma tensão de compressão residual significativa na superfície das peças, resultando em alta resistência à fadiga.

Estudamos uma peça de engrenagem com um módulo de 2,5, usando carburação 20CrMnTiH3 com profundidade de 1,2mm e 45 aço e endurecimento por indução de 42CrMo com profundidade de têmpera de 2,0mm. As durezas eram todas 61-63HRC e foram usinadas após o tratamento térmico.

O limite de fadiga dos três materiais diferentes e dentes de engrenagem tratados termicamente foi de 18,50kN, 20,30kN e 28,88kN, respectivamente. A resistência à fadiga da engrenagem endurecida por indução 42CrMo foi 56% maior do que a engrenagem carburada 20CrMnTiH3, mostrando uma vantagem significativa. Para analisar seu mecanismo, precisamos começar a partir da estrutura da camada endurecida, nível de tensão compressiva da superfície, estrutura do núcleo e dureza.

Resistência à fadiga de contato do endurecimento por indução

Para peças de engrenagem, a falha de fadiga de contato da superfície do dente também é a principal forma de falha. As engrenagens de carga leve têm requisitos relativamente baixos para fadiga de contato, enquanto se o endurecimento por indução pode substituir a cementação em engrenagens de carga pesada específicas é uma área crucial que precisa ser examinada.

Deformação causada pelo endurecimento por indução

O processo de cementação tem alta temperatura e longa duração, resultando em deformação de têmpera significativa. As operações de moagem subsequentes diluirão a camada superficial com a maior resistência e tensão de compressão máxima, causando uma redução na resistência da peça. A carburação de engrenagem usa cada vez mais técnicas de têmpera de pressão para reduzir a deformação por têmpera. O endurecimento por indução resulta em deformação relativamente pequena e, devido à maior profundidade de endurecimento, a moagem tem menos efeito na profundidade de endurecimento.