¿Alguna vez se ha preguntado cómo el proceso oculto del tratamiento térmico transforma el acero al carbono ordinario en un material versátil para piezas mecánicas? Este blog se adentra en el fascinante mundo del tratamiento térmico de los aceros #45 y 40Cr, revelando cómo los procesos precisos de calentamiento y enfriamiento pueden mejorar significativamente su resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste. Al comprender estas técnicas, descubrirá cómo componentes críticos como engranajes y ejes alcanzan su notable durabilidad y rendimiento. Prepárese para conocer la ciencia que se esconde tras la resistencia de la maquinaria cotidiana.
Tratamiento térmico del acero: Se refiere al proceso de calentamiento, conservación del calor y enfriamiento del acero macizo de forma adecuada para obtener la estructura y las propiedades requeridas.
El tratamiento térmico puede utilizarse no sólo para reforzar el acero y mejorar las prestaciones de servicio de las piezas mecánicas, sino también para mejorar las prestaciones tecnológicas del acero.
El punto en común es que sólo se modifica la estructura organizativa interna sin cambiar la forma y el tamaño de la superficie.
El proceso de tratamiento térmico puede mejorar significativamente la propiedades mecánicas del aceroAumentan la resistencia, la tenacidad y la vida útil de las piezas, y mejoran la dureza y la resistencia al desgaste.
Por ello, las piezas de máquinas y herramientas importantes deben someterse a tratamiento térmico.
El tratamiento térmico también puede mejorar el rendimiento de procesamiento de la pieza, mejorando así la productividad y la calidad del procesamiento.
Por lo tanto, el tratamiento térmico desempeña un papel muy importante en la industria de fabricación de maquinaria.
Tomemos como ejemplo el acero #45 y el acero 40Cr.
El revenido a alta temperatura después del temple se denomina "temple y revenido" en la producción. Las piezas después del temple y revenido tienen buenas propiedades mecánicas integrales y se utilizan ampliamente en diversas piezas estructurales importantes, especialmente bielas, pernos, engranajes y ejes que trabajan bajo carga alterna.
Sin embargo, la dureza de la superficie es baja y no es resistente al desgaste.
La dureza superficial de las piezas puede mejorarse mediante temple y revenido + temple superficial.
El acero #45 se denomina en GB, S45C en JIS, 1045080M46 en ASTM y C45 en DIN;
El acero #45 es un acero estructural al carbono de alta calidad, con una composición química: contenido de carbono (C) de 0,42~0,50%, contenido de Si de 0,17~0,37%, contenido de Mn de 0,50~0,80%, contenido de Cr de<=0,25%.
El rendimiento de procesamiento en frío y en caliente es bueno, el rendimiento mecánico es bueno, y el precio es bajo, y la fuente es amplia, por lo que es ampliamente utilizado.
Su mayor debilidad es que no deben utilizarse piezas con baja templabilidad, gran tamaño de sección y elevados requisitos.
La temperatura recomendada para el tratamiento térmico del acero #45: normalizado a 850℃, temple a 840℃, revenido a 600℃.
① El acero #45 se califica si su dureza es superior a HRC55 (hasta HRC62) después del temple y antes del revenido.
La mayor dureza en la aplicación práctica es HRC55 (temple de alta frecuencia HRC58).
② El proceso de tratamiento térmico de carburación y temple no se adopta para el acero #45.
Temple y revenido del acero #45: La temperatura de enfriamiento del acero #45 es A3+(30~50) ℃. En la práctica, se suele tomar el límite superior.
Una temperatura de enfriamiento más elevada puede acelerar la velocidad de calentamiento de la pieza, reducir la oxidación de la superficie y mejorar la eficacia del trabajo.
Para homogeneizar la austenita de la pieza, se requiere un tiempo de retención suficiente.
Si la cantidad de carga real es grande, es necesario prolongar adecuadamente el tiempo de mantenimiento.
De lo contrario, puede producirse una dureza insuficiente debido a un calentamiento desigual.
Sin embargo, si el tiempo de mantenimiento es demasiado largo, los defectos de grano grueso y oxidación grave descarburización afectando a la calidad del enfriamiento.
Creemos que el tiempo de calentamiento y mantenimiento debe ampliarse en 1/5 si la cantidad de carga es superior a la especificada en el documento de proceso.
Dado que la templabilidad del acero #45 es baja, debe utilizarse una solución salina 10% con alta velocidad de enfriamiento.
Después de enfriar la pieza en agua, debe templarse, pero no enfriarse del todo.
Si la pieza se enfría en agua salada, puede agrietarse.
Esto se debe a que cuando la pieza se enfría a unos 180 ℃, el austenita se transforma rápidamente en martensita, lo que provoca una tensión estructural excesiva.
Por lo tanto, cuando la pieza templada se enfría rápidamente hasta este intervalo de temperatura, debe adoptarse el método de enfriamiento lento.
Dado que la temperatura del agua de salida es difícil de dominar, debe manejarse con experiencia. Cuando la pieza de trabajo en el agua deja de agitarse, el agua de salida puede enfriarse por aire (si es posible, es mejor el enfriamiento por aceite).
Además, la pieza debe moverse en lugar de permanecer estática al entrar en el agua. Debe moverse regularmente según la forma geométrica de la pieza.
La estática medio refrigerante más la pieza de trabajo estática dará lugar a una dureza desigual y una tensión desigual, lo que provocará una gran deformación e incluso el agrietamiento de la pieza de trabajo.
La dureza de templado y revenido Las piezas de acero #45 deben alcanzar HRC56~59, y la posibilidad de sección grande es menor, pero no puede ser inferior a HRC48.
De lo contrario, significa que la pieza no se ha templado completamente, y puede haber sorbita o incluso estructura de ferrita en la estructura, que todavía se conserva en la matriz después del temple, y el propósito de temple y revenido no se puede lograr.
El templado a alta temperatura del acero #45 después del enfriamiento, la temperatura de calentamiento suele ser de 560~600 ℃, y el requisito de dureza es HRC22~34.
Dado que la finalidad del revenido es obtener propiedades mecánicas completas, la gama de durezas es relativamente amplia.
Sin embargo, si el dibujo tiene requisitos de dureza, la temperatura de revenido se ajustará en función de los requisitos del dibujo para garantizar la dureza.
Por ejemplo, algunas piezas del eje requieren una gran resistencia y dureza;
Sin embargo, para algunos engranajes y piezas de eje con chaveteros, los requisitos de dureza son menores debido al fresado y ranurado después del temple y revenido.
El tiempo de conservación del calor de revenido depende de los requisitos de dureza y del tamaño de la pieza.
Creemos que la dureza después del revenido depende de la temperatura de revenido y tiene poca relación con el tiempo de revenido, pero debe penetrar hacia atrás.
Generalmente, el tiempo de conservación del calor de revenido de la pieza es superior a una hora.
Si se utiliza el acero #45 para la carburación, duro y quebradizo martensita aparecerá en el núcleo después del temple, y se perderán las ventajas del tratamiento de cementación.
En la actualidad, el contenido en carbono de los materiales carburizados no es alta, y la resistencia del núcleo puede alcanzar muy alto por 0.30%, que es raro en la aplicación.
0,35% nunca han visto ejemplos, sólo se introducen en los libros de texto.
Se puede adoptar el proceso de temple y revenido + temple superficial de alta frecuencia, y la resistencia al desgaste es ligeramente peor que la del carburizado.
40Cr pertenece a GB3077 "Acero estructural aleado".
El contenido de carbono del acero 40Cr es de 0,37% ～ 0,44%, ligeramente inferior al del acero #45. El contenido de Si y Mn es equivalente, con 0,80% ～ 1,10% Cr.
En el caso del suministro de laminado en caliente, el 1% Cr básicamente no funciona, y las propiedades mecánicas de los dos son aproximadamente las mismas.
Dado que el precio del 40Cr es aproximadamente la mitad que el del acero #45, resulta innecesario para quienes pueden utilizar el acero #45 por razones económicas.
Tratamiento de temple y revenido del acero 40Cr: La función principal del Cr en el tratamiento térmico es mejorar la templabilidad del acero.
Debido a la mejora de la templabilidad, la resistencia, dureza, tenacidad al impacto y otras propiedades mecánicas del 40Cr tras el tratamiento de temple (o revenido) son también significativamente superiores a las del acero #45.
Sin embargo, debido a la fuerte templabilidad, el tensión interna de 40Cr durante el enfriamiento es también mayor que la del acero #45.
En las mismas condiciones, la inclinación de la grieta del material 40Cr también es mayor que la del acero #45.
Por lo tanto, para evitar el agrietamiento de las piezas de trabajo, el aceite con baja conductividad térmica se utiliza principalmente como medio de enfriamiento durante el enfriamiento del 40Cr (a veces también se utiliza el método de doble enfriamiento líquido, comúnmente conocido como enfriamiento en agua y refrigeración por aceite), mientras que el agua con alta conductividad térmica se utiliza como medio de enfriamiento para el acero 45Cr.
Por supuesto, la elección del agua y el aceite no es absoluta, y también está estrechamente relacionada con la forma de la pieza.
El temple en agua también puede utilizarse para piezas de 40Cr con formas sencillas, mientras que enfriamiento en aceite o incluso baño de sal puede utilizarse para piezas de acero #45 con formas complejas.
Para el temple y revenido de la pieza de 40Cr, se especifican varios parámetros en la ficha de proceso.
Nuestra experiencia en funcionamiento real es la siguiente:
(1) Se adoptará la refrigeración por aceite para las piezas de 40Cr después del temple.
El acero 40Cr tiene buena templabilidad, se puede templar cuando se enfría en aceite, y la deformación y la tendencia al agrietamiento de las piezas de trabajo son pequeñas.
Sin embargo, en el caso de un suministro de aceite escaso, las pequeñas empresas pueden enfriar la pieza con forma no complicada en agua sin que se agriete, pero el operario debe controlar estrictamente la temperatura de entrada y salida del agua basándose en la experiencia.
(2) La dureza de la pieza de trabajo de 40Cr sigue siendo alta después del revenido, y la segunda temperatura de revenido aumentará en 20~50 ℃, de lo contrario, es difícil reducir la dureza.
(3) Después del revenido a alta temperatura, las piezas de 40Cr con formas complejas se enfrían en aceite y simplemente se enfrían en agua para evitar el impacto del segundo tipo de fragilidad del temple.
Las piezas después del revenido y enfriamiento rápido se someterán a un tratamiento de alivio de tensiones si es necesario.
La dureza máxima del acero de carbono medio después del tratamiento térmico es de aproximadamente HRC55 (HB538), σb es 600~1100MPa.
Por lo tanto, el acero al carbono medio es el más utilizado en diversas aplicaciones con un nivel de resistencia medio.
Además de utilizarse como material de construcción, también se emplea ampliamente en la fabricación de diversas piezas mecánicas.
Mientras el acero medio al carbono tenga suficiente temperatura y tiempo de mantenimiento, generalmente es posible alcanzar este valor de dureza, y es imposible si no se deforma.
La primera es tener margen de mecanizado, y luego utilizar una rectificadora para el mecanizado, y la segunda es el temple superficial.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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