As engrenagens são os heróis desconhecidos do mundo da mecânica, trabalhando silenciosamente nos bastidores para manter as máquinas a funcionar sem problemas. Mas já se interrogou sobre os materiais de que são feitos estes componentes críticos? Neste artigo, vamos mergulhar no fascinante mundo dos materiais de aço para engrenagens, explorando as propriedades e características que os tornam ideais para várias aplicações. Quer seja um engenheiro, um mecânico ou simplesmente um curioso sobre o funcionamento interno das máquinas, este artigo fornecerá informações valiosas sobre o mundo dos materiais para engrenagens.
A seleção do material da engrenagem e do seu tratamento térmico baseia-se principalmente nas condições de trabalho, tais como o modo de transmissão, a propriedade e o tamanho da carga, a velocidade de transmissão e os requisitos de precisão da engrenagem.
Ao mesmo tempo, é também necessário ter em conta a temperabilidade do aço e os requisitos de endurecimento da superfície do dente, a correspondência do material e o valor de dureza do par de engrenagens de acordo com o módulo da engrenagem e o tamanho da secção.
As engrenagens podem ser feitas de vários materiais, incluindo ferro fundido, aço, materiais de metalurgia do pó, ligas não ferrosas (como ligas de cobre) e materiais não metálicos.
O aço é o material mais utilizado nas engrenagens e pode ser aço de baixo carbono ou aço de médio carbono, aço de alto carbonoou ligas de aço. Tratamento térmico correto, como a normalização, recozimentoA têmpera e o revenido, a cementação, a nitretação ou a têmpera superficial podem melhorar o desempenho do material e a capacidade de corte, bem como a qualidade de processamento e a vida útil das engrenagens.
Apresentamos de seguida as características e condições aplicáveis a vários materiais de aço e métodos de tratamento térmico para engrenagens.
Classes de aço: 45, 35SiMn, 42SiMn, 37SiMn2MoV, 40MnB, 45MnB, 40Cr, 45Cr, 35CrMo, 42CrMo, etc.
Processo 1: Têmpera ou Normalização
(1) Temperado e revenido As engrenagens de aço apresentam boa resistência e tenacidade, tipicamente com uma gama de dureza de 220-300 HBW.
(2) Se a dureza de um pinhão temperado não puder ser melhorada devido a limitações da ferramenta, pode ser utilizada uma engrenagem grande normalizada para manter a diferença de dureza entre as engrenagens grandes e pequenas. No entanto, as engrenagens normalizadas têm menor resistência do que as engrenagens temperadas.
(3) O corte fino pode ser utilizado para eliminar a distorção causada pelo tratamento térmico e manter a precisão da engrenagem.
(4) As engrenagens normalizadas não requerem tratamento térmico especial nem equipamento de acabamento da superfície dos dentes, o que torna o seu fabrico relativamente económico.
(5) As engrenagens normalizadas têm uma dureza inferior na superfície dos dentes, o que pode limitar a sua capacidade de suporte.
Condições de aplicação: As engrenagens normalizadas são amplamente utilizadas para aplicações gerais de média e baixa velocidade com requisitos de baixa resistência e precisão, bem como para engrenagens de grandes dimensões que são difíceis de tratar termicamente e de terminar.
Processo 2: Têmpera superficial (têmpera por indução, têmpera por chama)
(1) As engrenagens com superfície temperada têm uma elevada dureza da superfície do dente, resistência à perfuração e resistência ao desgaste. A superfície endurecida produz tensão residualmelhorando consideravelmente a resistência da raiz do dente. A gama geral de dureza da superfície do dente é de 45-55 HRC para liga de aço e 40-50 HRC para o aço-carbono.
(2) O tratamento de têmpera e revenido pode ser efectuado antes da têmpera superficial para melhorar ainda mais a resistência do núcleo.
(3) O tempo de endurecimento por indução é curto.
(4) A profundidade e a dureza da camada de endurecimento podem variar ao longo da superfície do dente.
(5) O aquecimento e o arrefecimento rápidos podem provocar fissuras.
Condições de aplicação: As engrenagens com superfície temperada são amplamente utilizadas para aplicações de carga elevada e de pequeno volume.
Classes de aço: 20Cr, 20CrMnTi, 20CrMnMo, 20CrMo, 22CrMo, 20CrNiMo, 18Cr2Ni4W, 20Cr2Ni4A, etc.
Processo: Carburação e têmpera
(1) As engrenagens cementadas e temperadas têm uma elevada dureza da superfície do dente, resistência à perfuração e resistência ao desgaste. A superfície endurecida produz tensão residual, melhorando consideravelmente a resistência da raiz do dente. A gama geral de dureza da superfície do dente é 56-63 HRC.
(2) As engrenagens cementadas apresentam um bom desempenho de corte.
(3) A cementação e a têmpera provocam uma distorção significativa do tratamento térmico, exigindo uma retificação pós-tratamento térmico para obter uma elevada precisão. Isto aumenta o tempo de processamento e o custo.
Condições de aplicação: As engrenagens cementadas e temperadas são amplamente utilizadas para engrenagens médias e pequenas com elevada capacidade de carga, resistência ao impacto, precisão e pequeno volume.
Classes de aço: 38CrMoAlA, 30CrMoSiA, 25Cr2MoV, etc.
Processo: nitretação tratamento
(1) As engrenagens nitretadas têm uma dureza muito elevada da superfície do dente, resistência à corrosão por pite e resistência ao desgaste. O núcleo tem uma boa tenacidade. O aço de carbono médio é frequentemente temperado e revenido primeiro para melhorar a resistência do núcleo.
(2) Devido às baixas temperaturas de aquecimento, a distorção do tratamento térmico é mínima e os dentes não necessitam de ser rectificados após o tratamento de nitruração.
(3) A camada endurecida é fina, tornando a engrenagem menos adequada para cargas de impacto e com menor capacidade de suporte do que as engrenagens cementadas e temperadas.
(4) O tratamento de nitruração é mais demorado e mais caro do que os outros tratamentos térmicos.
Condições de aplicação: As engrenagens nitretadas são adequadas para aplicações de carga grande e estável e para situações em que o equipamento de acabamento da superfície do dente não está disponível, mas são necessárias superfícies dentadas duras.
Classes de aço: ZG310-570, ZG340-640, ZG42SiMn, ZG50SiMn, ZG40Cr1, ZG35CrMnSi, etc.
(1) Este processo é adequado para o fabrico de engrenagens de grandes dimensões com formas complexas.
(2) A resistência das engrenagens fabricadas por este processo é inferior a aço temperado e revenido do mesmo tipo e tratamento térmico.
(3) Este processo pode resultar em defeitos de fundição.
Condições de aplicação: Este processo é adequado para engrenagens de grandes dimensões que não podem ser forjadas.
Grau de aço: diversos ferro fundido cinzentoferro fundido, ferro fundido dúctil, ferro fundido maleável, etc.
(1) O ferro fundido tem um baixo custo de material.
(2) As engrenagens de ferro fundido apresentam uma boa resistência ao desgaste.
(3) Este processo é adequado para o fabrico de grandes engrenagens com formas complexas.
(4) O ferro fundido possui boas tecnologias de fundição e de corte.
(5) As engrenagens de ferro fundido têm uma capacidade de carga inferior à de outros materiais.
Condições de aplicação: O ferro fundido cinzento e o ferro fundido maleável são adequados para engrenagens de baixa velocidade, carga ligeira e sem impacto. O ferro dúctil pode ser utilizado para engrenagens com grandes cargas e impacto.
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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