Porque é que algumas engrenagens falham apesar do fabrico preciso? Este artigo analisa os defeitos comuns na carburação de engrenagens, explorando questões como a sobre-carburação, o endurecimento superficial e o endurecimento desigual. Ficará a conhecer as causas subjacentes a estes problemas e medidas preventivas eficazes, garantindo um desempenho e longevidade óptimos das engrenagens. Compreender estes defeitos e as suas soluções ajudá-lo-á a aumentar a durabilidade e a fiabilidade das engrenagens em várias aplicações.
O tratamento incorreto das engrenagens cementadas pode levar a uma carburação excessiva da superfície, resultando em carbonetos em blocos e em forma de rede na superfície.
Isto reduz a capacidade da engrenagem para se deformar plasticamente durante a utilização, enfraquece a sua resistência ao impacto, diminui o desempenho à fadiga por flexão na raiz do dente, torna a ponta do dente frágil e propensa a lascar.
Após a têmpera, as engrenagens cementadas são susceptíveis de fissurar durante as operações de retificação.
(1) Quando as engrenagens são cementadas em meios sólidos, o potencial de carbono no interior da caixa de cementação é demasiado elevado e não pode ser ajustado arbitrariamente.
Por conseguinte, quanto mais elevada for a temperatura de cementação e quanto mais longo for o tempo, maior será o grau de sobrecarbonetação da superfície.
Particularmente para a cementação de aços que contêm fortes elementos formadores de carbonetos como Cr e Mo, a difusão do carbono é mais lenta, levando a uma maior concentração de carbono na superfície da camada de engrenagem cementada.
O resultado é uma camada sobre-carbonetada que, quando arrefecida, forma uma distribuição em forma de rede a partir da precipitação de corpos carbonetados da austenite limites de grão.
(2) Durante a carburação num meio gasoso, se o potencial de carbono no interior do forno de carburação for demasiado elevado e o tempo de carburação forte for demasiado longo, pode também ocorrer uma carburação excessiva da superfície da engrenagem.
(1) Durante a cementação sólida, para evitar a cementação excessiva devido ao elevado potencial de carbono, utilizar uma temperatura de cementação mais baixa ou um agente de cementação mais fraco.
(2) Durante cementação a gásPara evitar uma carburação excessiva da superfície, organizar uma fase de difusão após a carburação. A duração das fases de cementação intensa e de difusão deve ser determinada de acordo com o processo de tratamento térmico.
(3) No caso de engrenagens com carburação superficial excessiva, difundi-las num forno de carburação com baixo teor de carbono ou temperá-las após a esferoidização do carboneto recozimento tratamento.
A dureza da superfície das engrenagens cementadas é baixa, causando não só uma redução da resistência da camada superficial endurecida à descamação, mas também uma diminuição da vida útil.
(1) Durante o processo de carburação, o tempo de carburação é demasiado curto, a temperatura de carburação é demasiado baixa e a camada de carburação é pouco profunda.
A distribuição desigual da temperatura efectiva da zona de aquecimento no forno, o controlo inadequado do potencial de carbono durante as fases de carburação forte e de difusão, a não limpeza das manchas de óleo nas engrenagens antes de as colocar no forno e o volume de carga excessivo que deixa espaços demasiado pequenos contribuem para a camada de endurecimento superficial das engrenagens carburadas.
(2) O material selecionado para o aço das engrenagens e a sua fraca temperabilidade, associados a um desempenho de arrefecimento insuficiente do meio de arrefecimentoresultam numa camada de endurecimento pouco profunda após a têmpera normal por cementação.
(1) Escolher aço com endurecimento adequado como material para engrenagens cementadas, controlar rigorosamente a qualidade do aço para engrenagens e efetuar controlos de qualidade normalizados do aço antes da sua entrada na fábrica.
(2) Controlar rigorosamente a qualidade da superfície das engrenagens antes da cementação, o volume de carga no forno, a temperatura no forno, a atmosfera de potencial de carbono no forno, o tempo de cementação intensa e de difusão, a temperatura de arrefecimento após a cementação, a meio de arrefecimento, etc.
(3) As engrenagens com carburação insuficiente devem ser submetidas a uma carburação suplementar.
A profundidade desigual da camada endurecida na superfície da engrenagem resulta num desempenho descontínuo em diferentes áreas. Causa danos iniciais em zonas mais fracas, levando subsequentemente à falha geral da engrenagem e afectando gravemente a sua vida útil.
(1) Durante a cementação sólida, existem diferenças significativas de temperatura dentro da caixa de cementação, e a distribuição desigual do agente de cementação leva a grandes disparidades na profundidade de cementação.
Além disso, o tamanho da caixa de cementação, o volume de carga, o método de carregamento, a taxa de aquecimento e a baixa condutividade térmica do carvão do agente de cementação terão impacto na profundidade da camada cementada.
(2) Durante a cementação a gás, as temperaturas irregulares do forno e a má circulação da atmosfera do forno, as manchas de óleo não limpas na engrenagem antes do carregamento e os depósitos de negro de fumo na superfície da engrenagem podem contribuir para uma profundidade irregular da camada de cementação.
(1) As engrenagens que são produzidas em massa devem evitar a cementação sólida tanto quanto possível. Se a cementação sólida tiver de ser efectuada, é necessário respeitar rigorosamente os procedimentos operacionais: volumes de carga adequados e mistura completa do agente de cementação e do carvão vegetal.
A caixa de cementação deve ser colocada no meio do forno, onde a temperatura é homogénea, e a posição da caixa deve ser ajustada adequadamente durante o processo de cementação.
(2) Durante a cementação a gás, assegurar uma circulação suficiente da atmosfera do forno, uma temperatura uniforme do forno, a remoção de manchas de óleo na superfície da engrenagem e volumes de carga adequados.
O forno de cementação deve ser bem vedado, os recipientes das muflas que apresentem fugas devem ser imediatamente substituídos e é necessária uma manutenção regular do forno de cementação.
A dureza reduzida da superfície das engrenagens cementadas pode levar a uma redução da resistência ao desgaste e da resistência à fadiga, afectando negativamente as propriedades de resistência ao atrito e de resistência ao desgaste da engrenagem.
(1) Superfície descarbonizaçãoA formação de uma camada de descarbonetação, detectada num exame metalográfico, resulta de uma proteção insuficiente durante o recozimento ou a têmpera após a carburação.
(2) A baixa velocidade de arrefecimento é evidente no exame microscópico, onde a estrutura da superfície é sorbite, não martensite.
Na observação metalográfica, a martensite em forma de agulha é claramente resistente à corrosão, enquanto a sorbite aparece mais escura (mais suscetível à corrosão). Existe uma diferença significativa quando a dureza é verificada com um aparelho de microdureza.
(3) Quantidades excessivas de resíduos austenite na superfície após a têmpera são causadas pela temperatura de cementação das engrenagens e pela temperatura de têmpera demasiado elevada.
(4) Fraca temperabilidade do material da engrenagem e capacidade de arrefecimento insuficiente do meio de arrefecimento.
(5) Temperatura de revenido elevada após a têmpera e duração excessiva do isolamento.
1. Para engrenagens com pouca superfície teor de carbonoAplicar um tratamento de cementação adequado.
2. Selecionar materiais com endurecimento adequado e meios de arrefecimento com capacidades de arrefecimento adequadas para a têmpera.
3. Tomar medidas preliminares para reduzir o volume residual de austenite após a têmpera.
Para engrenagens cementadas com austenite residual excessiva, realizar uma têmpera a alta temperatura a 650-670°C durante mais de 3 horas, permitindo a precipitação parcial de carbonetos de liga, reduzindo assim a estabilidade da austenite durante a têmpera de reaquecimento e promovendo a transformação da austenite em martensite.
4. A cementação e a têmpera por reaquecimento das engrenagens devem ser efectuadas sob atmosfera protetora.
As engrenagens que apresentem oxidação devem ter as suas camadas de óxido removidas, sendo depois submetidas a uma cementação superficial antes da têmpera.
5. Se a dureza da superfície da engrenagem for demasiado baixa devido a temperaturas de têmpera elevadas, volte a temperar a engrenagem, seleccionando uma temperatura adequada para a têmpera.
O núcleo da engrenagem cementada requer um determinado nível de dureza. Se a dureza for demasiado baixa, o ponto de escoamento do material da engrenagem diminui, o que pode levar a deformações plásticas no núcleo.
Isto, por sua vez, reduz a resistência da camada superficial endurecida à fragmentação e enfraquece o desempenho à fadiga por flexão na raiz da engrenagem.
(1) Baixa temperabilidade do material da engrenagem, qualidade inferior da engrenagem e estrutura de bandas severas no aço.
(2) Antes do arrefecimento direto após a cementação, a temperatura de pré-arrefecimento é demasiado baixa, ou a temperatura de arrefecimento é insuficiente durante o arrefecimento após a cementação.
(3) A velocidade de arrefecimento não é suficiente. Após exame metalográfico, a estrutura não é de martensite de baixo teor de carbono, mas sim de sorbite.
(4) Há uma abundância de não dissolvido ferrite no núcleo, o que é causado por uma temperatura de aquecimento demasiado baixa ou por um tempo de aquecimento inadequado.
(1) Utilizar um meio de arrefecimento com propriedades de arrefecimento superiores para a têmpera, de modo a obter um baixo teor de carbono estrutura martensítica no núcleo.
(2) Escolher a temperatura de têmpera adequada e a duração do aquecimento para obter uma estrutura austenítica uniforme no núcleo, permitindo a formação de uma estrutura martensítica após a têmpera.
(3) Selecionar um aço com boa temperabilidade e qualidade como material para as engrenagens de cementação.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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