TRATAMIENTOS

SUPERFICIALES DE LOS

ENGRANAJES

INDICE:

0.- INTRODUCCIÓN Pag. 3

1.- CARACTERISTICAS NECESARIAS Pag. 4

2.- CLASES Y MODOS DE FALLO Pag. 4

2.1.- DESGASTE Pag. 4

2.2.- SCUFFING Pag. 5

2.3.- DEFORMACIÓN PLASTICA Pag. 5

2.4.- FATIGA Pag. 6

2.5.- AGRIETAMIENTO Pag. 6

2.6.- FRACTURA Pag. 7

3.- TRATAMIENTOS DE ENDUREClMIENTO Pag. 7

3.1.- CEMENTACIÓN CARBURANTE Pag. 7

3.2.- NITRURACIÓN y NITROCARBURACIÓN Pag. 10

3.3.- TEMPLE SUPERFICIAL POR SOPLETE O POR INDUCCIÓN Pag. 11

3.4.- SUR-SULF Pag. 12

3.5.- SULF-BT Pag. 14

3.6.- NIQUELADO QUIMICO Pag. 14

BIBLIOGRAFIA Pag. 15

LOS TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

DE LOS ENGRANES

0.- INTRODUCCION

En un engrane podemos distinguir dos tipos de cualidades que inciden directamente en el funcionamiento del engranaje: las geométricas y las mecánicas.

Geométricas: el proceso de tallaje es el que define la dentadura y existe un grado de perfección.

Mecánicas: Son función del metal que hemos elegido para hacer el engrane (limite elástico, resistencia, ...) y también función del tratamiento térmico o superficial que ha recibido. Hay que tener mucho cuidado porque los tratamientos térmicos pueden influir sobre la geometría de la pieza por las deformaciones que producen.

Las diferentes formas de tratamiento de endurecimiento en el engrane son:

T.T. completo: sobre engranes tallados o no tallados.

Endurecimiento superficial: Cementación (T.T. posterior), nitruración, temple por llama, temple por inducción,...

• Cementación (T.T. posterior)

• Nitruración

• Temple por inducción

• Temple a la llama

• Sur - Sulf

En este trabajo vamos a tratar de conocer mejor, como influyen los diferentes tratamientos superficiales sobre las características mecánicas del engrane.

1.- CARACTERISTICAS NECESARIAS

Un engrane tiene que tener las siguientes características para el buen funcionamiento:

Una capa superficial muy dura para hacer frente a toda la problemática de desgaste, deformación, grietas,... descritas posteriormente.

Un núcleo tenaz, capaz de absorber los grandes esfuerzos que se generan en los engranajes, enganches,... sin romperse.

2.- CLASES Y MODOS DE FALLO

2.1.- DESGASTE:

Consiste en la evacuación y desplazamiento del material de la superficie envolvente del diente debido a una acción mecánica, química o eléctrica.

2.1.1.- ADHESIÓN:

La adhesión es causada por el desplazamiento desde una superficie del diente a otra debido a una microsoldadura y posterior desgarramiento. Se restringe únicamente a capas superficiales y capas de oxido.

2.1.2.- ABRASIÓN:

Es el desplazamiento de material debido a la presencia de partículas duras, como pueden ser viruta, cascarilla, partículas e oxido, arena o polvo abrasivo, suspendidas en el lubricante o incrustadas en los flancos de los engranajes.

La abrasión produce estrías o ranuras en la dirección de deslizamiento. Normalmente aparece en la parte alta y baja del flanco del diente, ahí donde el deslizamiento es mayor. Bajo aumento óptico, las estrías se presentan como surcos paralelos lisos.

La abrasión debido a contaminantes sueltos se denomina "three-body abrasión". Cuando son las partículas duras incrustadas en el diente los que producen la abrasión se ocurre, lo que se llama "two-body abrasión".

2.1.3.- CORROSIÓN:

La corrosión es una reacción química o electroquímica entre la superficie del engranaje y el medio ambiente. Las caras aparecen manchadas y corroídas, cubiertas por partículas de oxido rojizas depositadas. Si las partículas sueltas de corrosión son removidas se podrán revelar los pequeños cráteres que hay debajo. Normalmente la corrosión ataca a la superficie entera y puede proceder intergranularmente atacando los bordes de los granos de las superficies del diente.

2.1.4.- DECAPADO:

Las áreas rayadas de los flancos del diente son debidas a un proceso de oxidación durante el tratamiento térmico y posterior caída de materias activas. Cuando avanzan bajo la carga en el horno, el esfuerzo es transmitido por los dientes por lo que estos sufren y rápidamente adquieren un aspecto metálico.

2.1.5.- CAVITACIÓN:

Es la nucleación e implosión de burbujas del fluido lubricante. Esto puede dañar la superficie de la pieza que a simple vista parece estar intacta y limpia como si hubiera recibido un chorro de partículas de arena pero mirando en el microscopio, se puede observar claramente los profundos cráteres que se parecen a panales de abejas.

2.1.6.- DESCARGA ELÉCTRICA:

Un arco eléctrico que va a través del film de aceite entre el engranaje produce temperaturas que pueden hasta llegar a fundir localmente el material. Bajo aumento, el defecto aparece como pequeños cráteres semiesféricos. Los bordes de los cráteres pueden estar rodeados por metal quemado o fundido y algunas veces se pueden detectar microgrietas cerca de los cráteres.

2.2.- SCUFFING:

Es una especie de severa adhesión que causa la transmisión de metal desde un diente a otro debido a la soldadura y desgarramiento. Las áreas parecen tener una textura mate, sin brillo. El defecto ocurre normalmente en el fondo y extremo del diente, lejos del circulo primitivo, y se presenta como estrechas bandas que están orientadas en la dirección de deslizamiento. Si miramos en el microscopio, la superficie presenta un aspecto rugoso y deformado plásticamente.

2.3.- DEFORMACION PLASTICA:

La deformación plástica es una deformación permanente que ocurre cuando el esfuerzo supera el limite de esfuerzo elástico del material. Puede ocurrir en la superficie o en el interior del engrane.

2.3.1.- INDENTACIÓN:

Los flancos activos del engrane pueden ser dañadas por indentación causado por partículas extrañas (no propias) que son retenidas entre los dientes que están engranando.

2.3.2.- RODADURA:

La deformación plástica puede ocurrir en los flancos activos del engrane debido a los grandes esfuerzos de contacto en rodadura y deslizamiento del engrane. El desplazamiento de material de la superficie puede formar una hendidura a lo largo del circulo primitivo y también rebabas en las crestas y valles del engrane conductor.

2.3.3.- MARTILLEO:

Los impactos de las vibraciones con contactos intermitentes producen el aplastamiento de las superficies. El defecto consiste en surcos pocos profundos en los flancos activos.

2.3.4.- ONDULACIONES:

Consiste en deformaciones periódicas con forma de olas. Las crestas de las olas van perpendicularmente a la dirección de deslizamiento. Ocurre normalmente cuando soportan grandes esfuerzos en condiciones de lubricantes extremas.

2.3.5.- APLASTAMIENTO DE RAÍCES:

Los engranes pueden quedar permanente curvados si el esfuerzo de torsión en las raíces de los dientes supera el campo de la resistencia del material lo que produce una ligera variación del espacio entre dientes. Consecuentemente el engrane se puede romper.

2.4.- FATIGA:

Un esfuerzo continuo puede causar que se agriete la superficie y que se desprendan fragmentos de material

2.4.1.- PITTING:

Ocurre cuando la grieta comienza en la superficie o un poco mas adentro. Debido a la tensión, la grieta se va propagando hasta que alcanza una longitud tal que se separa un trozo de material de la pieza creando un poro. En muchos casos, se pueden encontrar grietas cerca de los poros.

2.4.2.- MICROPITTING:

Es lo mismo que el anterior solo que los poros tienen profundidades inferiores a 20m. Este defecto da un aspecto mate a la pieza. Este fenómeno aparece en superficies templadas bien en la superficie o bien en el interior.

2.5.- AGRIETAMIENTO:

Aparte de las grietas que se forman en las raíces de los dientes debido a la fatiga a torsión, también pueden surgir grietas en cualquier otro sitio debido al esfuerzo mecánico, térmico o proceso inapropiado.

2.5.1.- EN EL TEMPLE:

El agrietamiento en el temple ocurre durante o después de un enfriamiento rápido. Son normalmente grietas intergranulares que van desde la superficie hasta el núcleo. Si el agrietamiento ocurre antes del "tempering" las superficies fracturadas se descolorearan debido a la oxidación cuando el engrane sea expuesto a la atmósfera del horno durante el "tempering"

2.5.2.- EN EL RECTIFICADO:

Las grietas se pueden desarrollar en las superficies rectificadas. Se presentan como una serie de surcos poco profundos y paralelos. Pueden aparecer inmediatamente después del rectificado, durante la manipulación o almacenado, o después de cierto tiempo en servicio.

2.5.3.- GRIETAS EN BORDE Y ARMADURA:

Si el cuerpo del engrane es fino (menos que el doble de la altura del diente) pueden aparecer grietas en la armadura debido al esfuerzo que tiene que soportar tan poca masa de material. Las grietas en el borde ocurren cuando el engrane tiene que soportar esfuerzos de vibración con una frecuencia parecida a la natural). Estos defectos pueden causar accidentes catastróficos en engranes que giran a gran velocidad si el esfuerzo centrifugo provoca la propagación de la grieta y con ello el desgarramiento y abertura de la armadura.

2.5.4.- SEPARACIÓN SUPERFICIE/NÚCLEO:

Ocurre en las superficies templadas donde hay grietas internas cerca del limite entre el núcleo y la capa superficial.

2.5.5.- AGRIETAMIENTO POR FATIGA:

Son grietas que avanzan bajo la influencia de esfuerzos cíclicos y alternativos que están por debajo de la tensión de resistencia del material.

2.6.- FRACTURA:

Cuando un engrane esta sobrecargado, se puede romper por deformación plástica o por fractura. Los defectos por fatiga culminan en fractura cuando las grietas creadas por fatiga crezcan en un punto donde la sección del diente que falta hasta el extremo no puede soportar la carga. En este caso, la parte exterior esta sobrecargada. Sin embargo, la fractura es un defecto secundario que es causado por el agrietamiento por fatiga.

3.- TRATAMIENTOS DE ENDURECIMIENTO:

La finalidad de estos tratamientos es obtener en la parte exterior de la pieza una capa, caracterizada por una dureza notablemente superior a la del núcleo.

Esto se puede obtener, haciendo penetrar en la pieza, desde el exterior y hasta la profundidad deseada, un determinado elemento químico, generalmente de Carbono o Nitrógeno. Otra posibilidad puede ser, realizar un temple localizado solamente sobre la zona exterior de la pieza.

Con estos tratamientos, obtenemos Resistencia al Desgaste y Dureza en el exterior y tenacidad en el interior.

3.1.- CEMENTACIÓN CARBURANTE:

Consiste en efectuar un calentamiento prolongado de las piezas de acero a elevada temperatura en un ambiente capaz de suministrarle carbono. La finalidad, es obtener la dureza sólo en la capa exterior, manteniendo la tenacidad en el interior. La profundidad de la capa que queramos obtener esta en función de la duración del tratamiento y la velocidad de penetración.

Al tratamiento de cementación, siempre sigue un tratamiento térmico de temple. Mediante el cual se obtiene el endurecimiento de la capa exterior.

Las piezas que se someten a este tratamiento suelen ser de aceros de cementación, los cuales tienen bajo contenido en carbono (< 0.20% C). También, deben tener porcentajes mínimas de S y P. Los cuales obstaculizan absorción del carbono, dándole fragilidad. Los aceros pueden ser al carbono o aleados (cromo, níquel, molibdeno), los cuales tienen como finalidad, hacer más rápida la cementación, mejorar la templabilidad y las características mecánicas.

El intervalo de temperatura en el cual se realiza el temple es de 880 a 930°C. A mayores temperaturas, la velocidad de cementación será mayor, pero el inconveniente es el excesivo crecimiento de grano y el peligro de quemado del material. La temperatura debe ser superior al punto critico Ac3, para llevar el material a estructura totalmente austenitica, capaz de disolver el carbono que penetra desde el exterior.

Las piezas a cementar, suelen estar totalmente terminadas, dejando solamente ligeras creces para quitar después del temple mediante rectificado.

4 tipos de cementación, según el ambiente en el cual se realiza la cementación:

Cementación en fase sólida o en caja

Cementación en fase liquida o en baño de sales

Cementación en fase gaseosa

Carbonitruración

3.1.1.- CEMENTACIÓN EN CAJA:

Las piezas se colocan rodeadas de un material granular capaz de ceder carbono, en el interior de cajas apropiadas cerradas.

El mecanismo de penetración se realiza transformando el carbono (sólido) en óxido de carbono (gas). Este penetra en la capa exterior del material y reacciona con el hierro. El carbono se difunde gradualmente hacia el interior.

La caja se coloca en el horno a 500°C y es calentada gradualmente hasta alcanzar la temperatura de cementación prevista. La cementación comienza cuando las piezas han llegado a la temperatura deseada. La velocidad con la que se difunde el carbono hacia el interior depende de la mezcla cementante y la temperatura. La velocidad de penetración suele ser aproximadamente una o tres décimas de mm. por cada hora. La velocidad de penetración no se suele mantener cte., decrece a medida que se prolonga el tratamiento.

La profundidad de cementación normalmente suele ser de 1mm. y es conveniente considerar el sobreespesor de rectificado. A veces suele interesar, no cementar algunas zonas de las piezas. Para ello, a las partes que no queramos cementar se les suele dar un revestimiento.

Acabada la operación de cementación puede dejarse enfriar al aire o templarse directamente. Es conveniente, en el caso de cementaciones muy largas, eliminar el excesivo tamaño de grano cristalino. Para ello se deben enfriar lentamente al aire. (Normalización). Posteriormente se dará el revenido

3.1.2.- CEMENTACIÓN EN BAÑO DE SALES FUNDIDAS:

Las piezas se suelen colocar en cestillas o colgadas de ganchos, se introducen en un baño de sales fundidas. La temperatura suele rondar entre 900 y 930°C. Los baños de sales suelen estar constituidos por una sal de base (cloruro o carbonato de sodio) con adición de una sal capaz de suministrar carbono (cianuro de sodio o de potasio) y de una sal activante, (cloruro de bario). Al haber nitrógeno en los cianuros, se forman nitruros.

Ventajas:

• Eliminación del precalentamiento, necesario en el método de las cajas.

• Mayor velocidad de penetración, aunque se produce cambio brusco de dureza entre la capa externa y el núcleo.

• Posibilidad de templar directamente a la salida del baño (moderado aumento del tamaño de grano).

• Mayor limpieza, por ausencia de polvo.

Desventajas:

La desventaja notable de este proceso, se encuentra en la toxicidad de los baños usados, por la presencia del cianuro.

3.1.3.- CEMENTACIÓN GASEOSA:

Las piezas previamente desengrasadas se introducen en hornos especiales en cestillas. La temperatura de los hornos suele ser aproximadamente 900 y 920°C. En la primera fase en el horno circulan mezclas gaseosas, capaces de ceder carbono (pe. C02). En la segunda, en la difusión fluye un gas muy diluido, obteniéndose la difusión del carbono retenido en la superficie hacia el interior.

El porcentaje optimo de carbono en la capa exterior es de 0.86% C, con disminución gradual hacia el interior. La velocidad de cementación 1mm. en 3 horas.

Ventajas respecto a la cementación en caja:

• Rapidez del proceso

• Posibilidad de controlar el porcentaje de carbono

• Menor coste

• Más higiénica

3.1.4.- CARBONITRURACIÓN:

El tratamiento está basado en la acción del carbono y del nitrógeno en la superficie del acero. Una vez finalizado el proceso, las piezas son templadas adecuadamente, obteniéndose una gran dureza superficial en la capa superficial y una buena tenacidad en el núcleo.

Generalmente para este tratamiento térmico se emplea un horno de cementación gaseosa, donde es inyectada una corriente de gas amoniacal, el cual cede nitrógeno que, juntamente con el carbono es absorbido por el acero.

La carbonitruración reduce la velocidad crítica de enfriamiento del acero, alcanzando un mayor grado de dureza una pieza carbonitrurada y templada que cementada y templada, aun para un mismo tipo de material.

En la actualidad, y particularmente en la industria de la automoción, se están supliendo aceros aleados por aceros más sencillos dadas las grandes ventajas técnicas que ofrece la carbonitruración (elevadas durezas, regularidades de temple, menos deformaciones...).

En los procesos de carbonitruración se puede obtener capas entre 0.1-0.6mm., siendo las durezas en la periferia del orden de los 60-66 HRC.

Otra de las ventajas que ofrece la carbonitruración es la de que los aceros sometidos a este tratamiento admiten temperaturas más elevadas de revenido que las admitidas en los procesos normales de cementación, para un mismo grado de dureza. La temperatura elevada de revenido siempre es favorable, puesto que aumenta el punto de relajación tensional de la pieza tratada. Igualmente es aumentada la resistencia al ablandamiento por efectos del calor.

3.1.5.- TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS PIEZAS CEMENTADAS:

Un primer método consiste en enfriar estas lentamente, después calentarlas hasta 800 a 820°C y templarlas en agua o en aceite. Por ultimo se efectúa un revenido para la regeneración del grano, para ello calentando la pieza a 180°C y enfriando al aire. Las piezas tratadas no presentan deformaciones apreciables.

Un segundo método consiste en realizar un doble temple. Apenas acabada la cementación, son sometidas a un primer temple en aceite, después se calientan hasta 800 a 820°C y después se templan de nuevo en aceite o agua. El primero sirve para el afinado del grano y el segundo para mejorar las características mecánicas. Por ultimo se da un revenido de 180°C, para reducir las tensiones internas

3.2.- NITRURACIÓN y NITROCARBURACIÓN:

3.2.1.- NITRURACION:

Es un proceso para endurecimiento superficial que consiste en penetrar el hidrogeno en la capa superficial. La dureza y la gran resistencia al desgaste proceden de la formación de los nitruros que forman el nitrógeno y los elementos presentes en los aceros sometido a tratamiento.

El C aumenta la dureza de la capa nitrurada y reduce el espesor total de la nitruración. El Si estabiliza los nitruros y aumenta la dureza de la capa nitrurada. El Ni en pequeños porcentajes aumenta la dureza de la capa nitrurada, pero con porcentajes elevados dificulta el espesor y favorece la fragilidad por lo que los aceros donde el tanto por ciento de Ni sobrepasa el 0,5% son rechazados. El Cr con el 1%, aumenta la dureza de la capa nitrurada y estabiliza los nitruros. El Al es muy importante en el acero cuando se desee obtener la máxima dureza. Los porcentajes de Al en los aceros de nitruración suelen ser del orden de 0,5 al 1,5%. El Mo en débiles porcentajes, elimina la fragilidad del material y remedia el efecto nefasto del Ni desde este punto de vista. El Ti aumenta proporcionalmente con su porcentaje la dureza de la capa nitrurada.

Los aceros recocidos con estructura perlita+ferrita nitrurados son muy frágiles, dado que los nitruros se colocan en la ferrita. El resultado es que la capa nitrurada es frágil, sin presentar la dureza deseada. Para evitar esto se suele someter el material a temple seguido de un revenido a temperatura superior a la de la nitruración. Este tratamiento deberá efectuarse antes de que las piezas estén totalmente mecanizadas a medida, con la finalidad de retirar la capa superficial donde el material puede ser descarburado o oxidado durante la bonificación. Normalmente se suele dejar un excedente de material de 2 a 3 mm. Después del bonificado se mecanizan las piezas a una medida próxima a las cotas definitivas. Se puede realizar un segundo revenido para eliminar las tensiones del mecanizado. Una vez de haber terminado de mecanizar a medida, desengrasar y proteger las partes donde no se desee la nitruración se procede ha nitrurar la pieza. En la nitruración el material sufre un ligero aumento de volumen que debe tenerse en cuenta durante el mecanizado de piezas de gran precisión.

Las piezas preparadas son colocadas en la cuba de nitruración y convenientemente separadas mediante rejillas. El tipo de horno que mas regularidad da en toda la carga es de tipo vertical, provisto de una turbina, la cual favorece la circulación del gas por todas las partes de la carga. Una vez cerrado bien se conecta el horno y se da paso al gas NH3. Cuando la temperatura alcanza los 400°c esta es mantenida hasta evacuar completamente el aire del interior de la carga. Al elevarse la temperatura hasta 480-510°C el gas amoniacal empieza a descomponerse (NH3=3H+N). El nitrógeno naciente nitrura el acero. Terminada la operación de nitrurar se corta la corriente eléctrica manteniendo el paso del amoniaco para evitar la oxidación hasta que la temperatura alcance 100°C. Finalmente se inyecta aire para evacuar el NH3 y se descarga.

La velocidad de penetración es de una décima de mm por cada 11 horas de tratamiento. La duración suele ser muy larga (10 a 100 horas) y los espesores que se obtienen suelen ser menores de 1 mm. La dureza superficial que se obtiene (72 HRc) es mayor al obtenido en la cementación (65HRc).

Ventajas de las piezas nitruradas:

• La capa nitrurada es relativamente inoxidable.

• Las deformaciones son débiles.

• La dureza persiste aun después de someterse a calentamientos de 520°C, cosa que no ocurre en las capas cementadas.

• La resistencia a la fatiga por corrosión del agua, el aire y el vapor es muy elevada.

• Se pueden realizar frotamientos directos de la capa nitrurada.

• La resistencia al desgaste y a la fatiga son muy buenas.

La desventaja que tiene este proceso es su coste, debido al mayor precio de los aceros empleados, la larga duración del tratamiento y el coste de las instalaciones.

3.2.2.- NITROCARBURACIÓN:

Se realiza la nitruración en baños de sales con contenidos de cianuros que ceden al acero, carbono y nitrógeno. Estas sales a distintas temperaturas adquieren diferentes propiedades. Cuando la temperatura de un baño con elevado contenido de cianuro alcanza los 760°C el efecto nitrurante disminuye, dando, por el contrario una mayor actividad al efecto cementante. Por el contrario, a medida que esta temperatura decrece la carburación disminuye, dando paso totalmente al nitrógeno al llegar a los 600°C.

Puede mejorarse el rendimiento mecánico de las piezas sometiéndolos después de temple a un corto periodo de nitruración en sales. El tiempo de permanencia en el baño nitrurante suele ser de unos pocos minutos que puede elevarse hasta 40 minutos en piezas de mayor sección. Las piezas serán retiradas del baño dejando que se enfríen al aire, nunca deberán acabarse de enfriar en aceite o en agua.

Un revenido posterior mejora las condiciones mecánicas del material nitrurado. La temperatura del revenido puede estipularse en los 500°C, con un tiempo de una hora aproximadamente. Igual al proceso de nitruración las piezas deberán ser enfriadas al aire.

Este tratamiento antidesgaste es utilizado a menudo en engranajes. La capa superficial obtenida de unos 20 m, evita el gripaje y la oxidación. Con este tratamiento podemos lograr una superficie dura (hasta 70 HRc) conservando la tenacidad del núcleo. Las deformaciones producidas durante el tratamiento son menores que las producidas en otros tratamientos como el temple debido a su menor temperatura.

3.3.- TEMPLE SUPERFICIAL POR SOPLETE O POR INDUCCION:

En estos dos métodos de temple superficial el acero debe de contener un porcentaje de carbono que permita alcanzar después del temple la dureza superficial que se desea. El porcentaje de carbono oscila entre el 0.4 y el 0.5.

3.3.1.- TEMPLE POR SOPLETE:

La llama la podemos obtener por la combustión de tres elementos diferentes:

Oxigeno - acetileno.

Oxigeno propano.

Oxigeno - gas de ciudad.

Entre las diferencias entre estos tres métodos de calentamiento podemos citar que la llama de un soplete a oxiacetileno calienta mas rápidamente que una llama de oxipropano o de gas ciudad. El oxigeno gas ciudad se emplea a la hora de calentar mas profundamente para conseguir una mayor penetración del temple, ya que al ser su temperatura mas baja el riesgo de un sobrecalentamiento superficial del material es reducido.

La penetración del calor en la profundidad deseada se produce por simple conducción térmica. Se exige que la llama propague la menor cantidad posible de calorías hacia el centro de la pieza a tratar; es decir, localizar al máximo el calentamiento en la superficie.

La zona calentada es enfriada rápidamente a medida que avanza la llama del soplete, mediante un chorro de agua que se encuentra en la proximidad de los dardos, permitiendo que el enfriamiento sea casi instantáneo.

Con el temple superficial se logran mejores durezas y profundidades de temple en piezas de grandes espesores que si éstas son sometidas a temple corriente, motivado por el calentamiento localizado y por su enérgico enfriamiento.

3.3.2.- TEMPLE POR INDUCCIÓN:

En el tratamiento por inducción el calentamiento es limitado a la zona a tratar y es producido por corrientes alternativas inducidas.

Cuando se coloca un cuerpo conductor dentro del campo de una bobina o de un solenoide con corrientes de media o alta frecuencia, el cuerpo es envuelto por una corriente inducida, la cual produce el calentamiento. Para ello se emplea inductores que tienen la forma apropiada de la dentadura que queremos tratar.

La ausencia de todo contacto entre el inductor y la pieza sometida a calentamiento permite la obtención de concentraciones del orden de los 25.000 Wats por cm2, mientras que en el método por soplete solo se llega a alcanzar 1500 Wats/ cm2. La velocidad de calentamiento es casi unas 15 veces mas rápida que por soplete.

Para templar una pieza por inducción será necesario que tenga un espesor por lo menos unas diez veces superior al espesor que se desea templar.

El éxito de un buen temple reside en acertar con la frecuencia de corriente de calentamiento, para que ésta produzca una concentración suficiente de corriente inducida en la zona a templar.

El sistema que se emplea en el calentamiento es en dos ciclos. 10.000 ciclos para el calentamiento de la base de los dientes y 375.000 para el calentamiento de la periferia. Después de efectuados los dos calentamientos el engrane es sumergido en agua o aceite en función del tipo de acero que sea.

3.4.- SUR-SULF:

Sursulf es un tratamiento de nitruración en baño de sales, no contaminante activado con azufre, que se efectúa a temperatura de 565 +/-5 °C.

Gracias al elevado poder nitrurante del baño, la utilización de sursulf permite resolver con gran eficacia los problemas de desgaste, de fatiga, de gripaje y de corrosión que a menudo presentan ciertas piezas mecánicas fabricadas de acero o fundición, y gracias a su alto potencial nitrurante también se alcanzan elevadas durezas en tiempos muy cortos con sensibles ventajas, tanto técnicas como económicas, respecto a otros procesos.

La originalidad del procedimiento radica en su composición, basada en sales de litio y productos azufrados, además de los elementos cianatos y carbonatos.

En este proceso se producen 3 diferentes reacciones. Por un lado:

(1) ---> 4CNO- --------> CO3- + CO + 2CN- + 2N

(2) ---> 2CNO- + O2 --------> CO3- + CO + 2N

Y por otro lado:

(3) ---> Sal regeneradora + xCO3- ---------> CNO- + yNH3 + zCO2 + H2O

El litio actúa de 2 maneras en el proceso: frena la carbonización del baño, reduciendo la velocidad de las reacciones 1 y 2, frenando igualmente la aparición de indicios de cianuros en el baño, y, por otra parte, hace bajar el punto de fusión de las sales, que comienzan a licuar a partir de tan solo 400-410°C.

A su vez, la introducción en el baño, en muy pequeñas cantidades (algunas ppm) aparejada a una concomitante insuflación de aire en todo el volumen de sal, permite conseguir en el baño un perfecto equilibrio de los productos azufrados, tales como S o "azufre activo", que influye directamente en la morfología y el espesor de las capas de los compuestos y a su vez en la cantidad de productos azufrados presentes en las porosidades superficiales de tales capas de compuestos, o como SxOy o "productos azufrados oxidados", cuya presencia, particularmente la de los sulfitos (SO ), permite la oxidación constante de los pequeños indicios de cianuro, mediante la siguiente reacción:

(4) ---> SO3- + 3CN- ---------> 3CNO- + S-

De esta última reacción se desprende el hecho del carácter no contaminante del tratamiento sursulf.

Según sea el contenido de azufre en el baño, el tratamiento sursulf podrá ser adaptado a voluntad para resolver, bien sea problemas de desgaste y de fatiga o de gripaje. Por ejemplo para resolver los problemas de desgaste el baño deberá contener entre 2 y 5 ppm de S, en cuyo caso se obtendrían capas de compuestos compactas. En cambio, para resolver principalmente los problemas de gripaje, el baño deberá contener entre 20 y 30 ppm de azufre activo con lo que se obtendrán capas de compuestos más espesas, con mayor porosidad superficial. Además este azufre activo actúa como catalizador de difusión del nitrógeno, lo que permite alcanzar en tiempos muy cortos el límite de saturación del material tratado.

Respecto al aspecto metalúrgico de las piezas tratadas, para contenidos constantes de azufre activo, cuanto más aumenta el contenido en carbono y el porcentaje de elementos de aleación del substrato, más compactas y duras serán las capas de compuestos; por el contrario, el espesor medio disminuirá. Además con la presencia de azufre activo en el baño sursulf, se logra, para la misma duración de tratamiento una mayor concentración de nitrógeno en la sub-capa y superior penetración total de nitrógeno, que en un baño desprovisto de azufre.

El proceso origina un ligero aumento de medida de las piezas independiente de su forma y de su colocación en el curso del tratamiento; este aumento es variable según la naturaleza de la pieza tratada. Además, y tal y como ocurre en todos los tratamientos en baño de sales de su categoría, el sursulf tiende a aumentar la rugosidad superficial de las piezas tratadas.

Las piezas tratadas con sursulf pueden ser completadas con un baño constituido por hidróxidos alcalinos, nitratos, carbonatos y álcalis fuertemente oxidantes, denominado oxynit. Este baño opera a temperatura de 350-450°C, y en él, los compuestos sulfurosos, el hierro residual y una parte de los nitruros formados en el baño sursulf, se transforman en "óxidos de hierro negros" (Fe O ), que manteniendo las propiedades antidesgaste, antigripaje y antifatiga, confiere a las piezas una mayor resistencia a la corrosión.

3.5.- SULF BT:

El Sulf BT es un procedimiento de sulfurización superficial realizado mediante electrólisis en baño de sales fundidas, a base de tiocionatos alcalinos que, por su baja temperatura, 195°C, permite ser aplicado a piezas de acero o fundición con elevadas características mecánicas (temperatura de revenido < 200°C), mejorando sus propiedades a la fricción y en particular su resistencia al gripaje y adherencia, sin riesgo de perdida de dureza ni deformación.

El Sulf BT se aplica en aceros previamente sometidos a tratamiento térmico. La baja temperatura del tratamiento permite realizar este tratamiento antidesgaste en piezas templadas a corazón o bien superficialmente por inducción, en piezas cementadas y templadas sin afectar sensiblemente a las durezas. En determinados casos se puede utilizar en las fundiciones.

Las piezas pueden ser tratadas después de un desengrase seguido de un acabado, o después de un arenado. Las piezas así preparadas se sumergen en el baño durante un tiempo máximo de 15 a 20 minutos, siendo sometidas a electrólisis.

El Sulf BT crea en la superficie de las piezas una micro-capa con espesor entre 7 y 8 m constituida esencialmente por sulfuros de hierro, con penetración total en el cuerpo de las piezas. El tratamiento Sulf BT ocasiona una perdida de cota de 6 a 10 m al diámetro, lo que debe de tenerse siempre en cuenta al mecanizar piezas de gran precisión. La rugosidad de las piezas tratadas depende directamente de los parámetros de la electrólisis. En términos generales el Sulf BT tiende a disminuir la rugosidad inicial si esta ultima es > 1m y a aumentarla si es menor. Después de tratadas en Sulf BT, las piezas presentan color negro, muy mate.

Gracias a la micro-capa inhibidora de soldadura, compuesta por sulfuro de hierro, el Sulf BT elimina los riesgos de gripado durante la fricción en seco o cuando la lubricación de las piezas es aleatoria, al reducir sensiblemente el coeficiente de fricción. El Sulf BT mejora las condiciones de acomodación de las superficies y las condiciones de rodadura. Los sulfuros de hierro carecen de características mecánicas (material muy blando) permitiendo una buena acomodación por deformación plástica y fluencia de las asperezas en contacto, lo que asegura una mejor presión especifica. Por este motivo, el Sulf BT retarda los limites de aparición de pitting, facilitando el rodaje, y disminuyendo además considerablemente el coeficiente de fricción desde el inicio de puesta en funcionamiento.

Los rendimientos de las piezas destinadas a funcionar sin lubricación aumentaran en gran escala si estas son tratadas en Sula BT. Confiere al material una buena resistencia a la oxidación.

3.6.- NIQUELADO QUÍMICO

Una posibilidad que hemos barajado para solucionar los problemas que aparecen en los engranajes ha sido el níquel químico. Los depósitos de níquel le confieren a la pieza tratada una buena resistencia a la corrosión, una gran resistencia a la fricción y una gran dureza con ayuda de unos precipitados concretos.

Con el niquelado químico conseguimos que las capas sean uniformes, siempre y cuando todas las partes de la pieza estén en contacto con la solución y la composición de esta se mantenga constante, y el espesor de esta capa varía según el tiempo de tratamiento y la composición.

Las piezas antes de ser tratadas deben de pasar por otras fases como pueden ser el decapado, ataque..., para garantizar su adhesión, y otra cosa a tener en cuenta es que el niquelado químico reproduce en la superficie la rugosidad de la pieza tratada.

BIBLIOGRAFIA:

[ 1 ]: AMERICAN NATIONAL STANDARD:

Appearence of Gear Teeth - Terminology of Wear and Failure

AGMA STANDARD

[ 2 ]: TRATAMIENTOS TERMICOS:

Nino Zinna

Ediciones Ceac

[ 3 ]: INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA:

MC. Graw Hill

Avner

[ 4 ]: TRAITE THEORIQUE ET PRATIQUE DES ENGRANAJES (tome2):

G. Henriot

Dunod

[ 5 ]: ENGRANAJES:

J. Campabadal Martí

Ariel

[ 6 ]: TÉCNICA Y PRACTICA DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS METALES:

J. Pascual

Blune

[ 7 ]: Catálogos de las empresas visitadas:

• Engranajes XUBI (Azkoitia).

• Engranajes GRINDEL (Elgoibar)

• Tratamientos térmicos TIMOTEO SARASKETA (Elgoibar)

• Tratamientos térmicos EIZEN (Elgoibar)

• Tratamientos térmicos T.T.T. (Bergara)

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