Por que algumas engrenagens falham apesar da fabricação precisa? Este artigo se aprofunda nos defeitos comuns da carburação de engrenagens, explorando questões como excesso de carburação, endurecimento superficial e endurecimento desigual. Você aprenderá sobre as causas desses problemas e sobre medidas preventivas eficazes, garantindo o desempenho e a longevidade ideais das engrenagens. A compreensão desses defeitos e de suas soluções o ajudará a aumentar a durabilidade e a confiabilidade das engrenagens em várias aplicações.
O tratamento inadequado das engrenagens carburizadas pode levar à carburação excessiva da superfície, resultando em carbonetos em blocos e em forma de rede na superfície.
Isso reduz a capacidade da engrenagem de se deformar plasticamente durante o uso, enfraquece sua resistência ao impacto, diminui o desempenho de fadiga por flexão na raiz do dente, torna a ponta do dente frágil e propensa a lascar.
Após a têmpera, as engrenagens carburizadas são suscetíveis a rachaduras durante as operações de retificação.
(1) Quando as engrenagens são cementadas em meio sólido, o potencial de carbono dentro da caixa de cementação é muito alto e não pode ser ajustado arbitrariamente.
Portanto, quanto mais alta for a temperatura de cementação e mais longo for o tempo, maior será o grau de cementação excessiva na superfície.
Especialmente no caso de aços para carburação que contêm elementos formadores de carboneto fortes, como Cr e Mo, a difusão do carbono é mais lenta, levando a uma maior concentração de carbono na superfície da camada de engrenagem carburada.
Isso resulta em uma camada excessivamente cementada que, quando resfriada, forma uma distribuição em forma de rede a partir da precipitação de corpos cementados do austenita limites de grãos.
(2) Durante a carburização em um meio gasoso, se o potencial de carbono dentro do forno de carburização for muito alto e o tempo de carburização forte for muito longo, também poderá ocorrer uma carburização excessiva da superfície da engrenagem.
(1) Durante a carburação sólida, para evitar a carburação excessiva devido ao alto potencial de carbono, use uma temperatura de carburação mais baixa ou um agente de carburação mais fraco.
(2) Durante cementação a gásPara evitar a carburação excessiva da superfície, organize uma fase de difusão após a carburação. A duração das fases de carburação intensa e de difusão deve ser determinada de acordo com o processo de tratamento térmico.
(3) Para engrenagens com carburação excessiva da superfície, difunda-as em um forno de carburação com baixo potencial de carbono ou tempere-as após a esferoidização do carboneto recozimento tratamento.
A dureza da superfície das engrenagens carburizadas é baixa, causando não apenas uma redução na resistência da camada de superfície endurecida ao descascamento, mas também uma diminuição na vida útil.
(1) Durante o processo de carburização, o tempo de carburização é muito curto, a temperatura de carburização é muito baixa e a camada de carburização é rasa.
A distribuição desigual da temperatura efetiva da zona de aquecimento no forno, o controle inadequado do potencial de carbono durante os estágios de carburação forte e difusão, a falta de limpeza das manchas de óleo nas engrenagens antes do carregamento no forno e o volume excessivo de carregamento, deixando espaços muito pequenos, contribuem para a camada de endurecimento superficial das engrenagens carburizadas.
(2) O material de aço da engrenagem selecionado e a baixa temperabilidade, juntamente com o desempenho de resfriamento insuficiente do meio de resfriamentoresultam em uma camada de endurecimento superficial após a têmpera normal por cementação.
(1) Escolher aço com temperabilidade adequada como material para engrenagens cementadas, controlar rigorosamente a qualidade do aço para engrenagens e realizar verificações de padrão de qualidade no aço antes de ele entrar na fábrica.
(2) Controle 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 intensa cementação e difusão, a temperatura de resfriamento após a cementação, a meio de resfriamentoetc.
(3) As engrenagens com carburação insuficiente devem passar por uma carburação suplementar.
A profundidade desigual da camada endurecida na superfície da engrenagem resulta em um desempenho descontínuo em diferentes áreas. Isso causa danos iniciais em zonas mais fracas, levando posteriormente à falha geral da engrenagem e afetando gravemente 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 afetarão a 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 for necessário realizar a cementação sólida, é preciso seguir 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 uniforme, e a posição da caixa deve ser ajustada adequadamente durante o processo de cementação.
(2) Durante a cementação a gás, garanta a circulação suficiente da atmosfera do forno, a temperatura uniforme do forno, a remoção de manchas de óleo na superfície da engrenagem e os volumes de carga adequados.
O forno de cementação deve ser bem vedado, qualquer recipiente de mufla com vazamento deve ser substituído imediatamente e é necessária a manutenção regular do forno de cementação.
A dureza reduzida da superfície das engrenagens carburizadas pode levar à redução da resistência ao desgaste e à fadiga, afetando negativamente as propriedades de resistência ao atrito e ao desgaste da engrenagem.
(1) Superfície descarburaçãoA carburação, com uma camada de descarbonetação encontrada no exame metalográfico, resulta de proteção insuficiente durante o recozimento ou a têmpera após a carburação.
(2) A velocidade de resfriamento lenta é evidente no exame microscópico, onde a estrutura da superfície é sorbita, não martensita.
Na observação metalográfica, a martensita em forma de agulha é claramente resistente à corrosão, enquanto a sorbita parece mais escura (mais suscetível à corrosão). Há uma diferença significativa quando a dureza é verificada com um testador de microdureza.
(3) Quantidades excessivas de resíduos austenita na superfície após a têmpera são causadas pela temperatura de carburação das engrenagens e pela temperatura de têmpera muito alta.
(4) Baixa temperabilidade do material da engrenagem e capacidade de resfriamento insuficiente do meio de resfriamento.
(5) Alta temperatura de revenimento após a têmpera e duração excessiva do isolamento.
1. Para engrenagens com superfície baixa teor de carbonoImplemente o tratamento de cementação adequado.
2. Selecione materiais com temperabilidade adequada e meios de resfriamento com capacidade de resfriamento apropriada para a têmpera.
3. Tome medidas preliminares para reduzir o volume de austenita residual após a têmpera.
Para engrenagens cementadas com austenita residual excessiva, conduza um revenimento de alta temperatura a 650-670°C por mais de 3 horas, permitindo a precipitação parcial de carbonetos de liga, reduzindo assim a estabilidade da austenita durante a têmpera de reaquecimento e promovendo a transformação da austenita em martensita.
4. A cementação e a têmpera por reaquecimento das engrenagens devem ser realizadas em uma atmosfera protetora.
As engrenagens que apresentarem oxidação devem ter suas camadas de óxido removidas e, em seguida, passar por uma carburação superficial antes da têmpera.
5. Se a dureza da superfície da engrenagem estiver muito baixa devido às altas temperaturas de têmpera, reaqueça a engrenagem, selecionando uma temperatura apropriada para a têmpera.
O núcleo da engrenagem carburada requer um determinado nível de dureza. Se a dureza for muito baixa, o ponto de escoamento do material da engrenagem diminui, o que pode levar à deformação plástica dentro do núcleo.
Isso, por sua vez, reduz a resistência da camada de superfície endurecida à fragmentação e enfraquece o desempenho da fadiga por flexão na raiz da engrenagem.
(1) Baixa temperabilidade do material da engrenagem, qualidade inferior da engrenagem e estrutura severa de faixas no aço.
(2) Antes do resfriamento direto após a carburação, a temperatura de pré-resfriamento é muito baixa ou a temperatura de resfriamento é insuficiente durante o resfriamento após a carburação.
(3) A velocidade de resfriamento não é suficiente. Após o exame metalográfico, a estrutura não é de martensita com baixo teor de carbono, mas sim de sorbita.
(4) Há uma abundância de não dissolvido ferrite no núcleo, que é causada por uma temperatura de aquecimento muito baixa ou por um tempo de aquecimento inadequado.
(1) Utilizar um meio de resfriamento com propriedades de resfriamento superiores para a têmpera a fim de obter um baixo teor de carbono estrutura martensítica no núcleo.
(2) Escolha a temperatura de têmpera e a duração do aquecimento adequadas para obter uma estrutura austenítica uniforme no núcleo, permitindo a formação de uma estrutura martensítica após a têmpera.
(3) Selecione aço com boa temperabilidade e qualidade como material para engrenagens de cementação.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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