As engrenagens são componentes essenciais de transmissão em equipamentos mecânicos e seu desempenho e qualidade afetam diretamente a eficiência operacional e a vida útil de todo o equipamento. Como um elo importante no processo de fabricação de engrenagens, o tratamento térmico desempenha um papel importante na melhoria da dureza, resistência ao desgaste e resistência à fadiga das engrenagens. No entanto, o processo de tratamento térmico é frequentemente acompanhado por problemas de distorção da engrenagem, o que não só afeta a precisão da engrenagem, mas também pode afetar negativamente a sua resistência e vida útil. Este artigo discutirá detalhadamente os 12 principais fatores de distorção do tratamento térmico de engrenagens, com o objetivo de fornecer uma referência útil para a fabricação de engrenagens.
1. Conteúdo de carbono
O teor de carbono é o principal fator que afeta a distorção do tratamento térmico das engrenagens. Quanto maior o teor de carbono no material da engrenagem, maior será a distorção de empenamento e de volume produzida durante a têmpera. Isso ocorre porque durante o processo de têmpera do aço com alto teor de carbono, o volume muda muito quando a austenita se transforma em martensita, resultando em aumento da distorção. Portanto, na seleção de materiais para engrenagens, o teor de carbono deve ser razoavelmente controlado de acordo com requisitos específicos de uso.
2. Elementos de liga
Os elementos de liga também têm um impacto significativo na distorção do tratamento térmico das engrenagens. Alguns elementos de liga como C, Mn, Ni, Cr, Mo, etc. podem aumentar a temperabilidade, mas também aumentar a tendência à distorção. Outros elementos de liga como Cr, Mn, Mo, Si, Ni, Ti, etc. ajudam a reduzir a distorção. Isto ocorre principalmente porque esses elementos podem afetar a microestrutura do aço, afetando assim a distribuição de tensões e distorções durante o tratamento térmico.
3. Endurecimento
A temperabilidade é um importante índice de desempenho dos materiais das engrenagens, que determina se a engrenagem pode obter uma estrutura martensítica uniforme durante o processo de têmpera. Quanto maior a temperabilidade, maior será a distorção produzida pela engrenagem durante a têmpera. Isso ocorre porque durante o processo de têmpera de materiais com alta temperabilidade, a velocidade de transformação da austenita em martensita é rápida e a mudança de volume é grande, resultando em aumento da distorção. Portanto, ao selecionar materiais para engrenagens, a temperabilidade deve ser razoavelmente controlada de acordo com requisitos específicos de uso.
4. Projeto de engrenagem
A forma e o tamanho do projeto da engrenagem também têm um impacto importante na distorção do tratamento térmico. Defeitos de projeto, como formato assimétrico, baixa uniformidade da seção transversal, baixa rigidez dos raios e posicionamento inadequado dos furos do processo aumentarão a distorção do tratamento térmico das engrenagens. Portanto, ao projetar engrenagens, formas simétricas, seções transversais uniformes e localizações razoáveis de furos de processo devem ser adotadas tanto quanto possível para reduzir a distorção do tratamento térmico.
5. Inomogeneidade da microestrutura
A heterogeneidade microestrutural do aço também é um dos fatores importantes que levam à distorção do tratamento térmico das engrenagens. A microestrutura não homogênea inclui tecido grosso, grande segregação e tecido reticular, etc. Esses defeitos aumentarão o grau de distorção durante o processo de têmpera. Portanto, durante o processo de preparação dos materiais das engrenagens, esses defeitos microestruturais devem ser eliminados tanto quanto possível para se obter uma microestrutura uniforme e fina.
6. Organização e segregação de bandas
A estrutura de bandas e a segregação são um dos defeitos comuns no aço e também têm um impacto significativo na distorção do tratamento térmico das engrenagens. A estrutura em faixas é formada devido à distribuição desigual dos elementos de liga no aço, o que levará à distribuição desigual das tensões durante o processo de têmpera, agravando assim a distorção. A segregação é formada devido à redistribuição dos elementos solutos durante o processo de solidificação do aço, o que levará a um desempenho desigual do material da engrenagem, afetando assim a distorção do tratamento térmico.
7. Forma do tarugo de fundição contínua
A forma do tarugo de lingotamento contínuo também tem certa influência na distorção do tratamento térmico das engrenagens. A distorção do tratamento térmico de engrenagens produzidas com formato de tarugo de fundição contínua quadrada é relativamente uniforme, enquanto a distorção do tratamento térmico de engrenagens produzidas com formato de tarugo de fundição contínua retangular tem direcionalidade óbvia. Isto ocorre principalmente porque tarugos de fundição contínua de diferentes formatos produzirão diferentes distribuições de tensão durante o processo de resfriamento, afetando assim a distorção do tratamento térmico.
8. Tamanho de grão essencial
O tamanho de grão intrínseco refere-se ao tamanho dos grãos de aço no estado austenítico. Quanto mais fino for o tamanho do grão intrínseco, a quantidade de distorção após a têmpera da engrenagem será reduzida de acordo. Isso ocorre porque a mudança de volume do aço de granulação fina durante o processo de têmpera de austenita para martensita é relativamente pequena, reduzindo assim a distorção. Portanto, no processo de preparação de materiais para engrenagens, aço de granulação fina deve ser utilizado tanto quanto possível.
9. Estrutura original do blank
A estrutura original da peça bruta da engrenagem também tem um impacto importante na distorção do tratamento térmico. Se a estrutura original da peça bruta for irregular, isso causará distribuição desigual de tensão na engrenagem durante o tratamento térmico, exacerbando assim a distorção. Portanto, durante o processo de preparação dos blanks de engrenagens, a heterogeneidade da estrutura original deve ser eliminada tanto quanto possível para se obter uma estrutura original uniforme e fina.
10. Processo de forjamento
O processo de forjamento também tem um impacto significativo na distorção do tratamento térmico das engrenagens. O forjamento completo ajuda a reduzir a distorção, especialmente a formação de uma estrutura aerodinâmica de metal razoável após o forjamento, o que pode reduzir a distorção do tratamento térmico. O forjamento razoável também pode reduzir a segregação do tarugo forjado, tornar a estrutura uniforme, melhorar a estrutura da banda e ajudar a reduzir a distorção do tratamento térmico. No entanto, se a temperatura de aquecimento for irregular durante o processo de forjamento, o grau de deformação for irregular ou a temperatura final de forjamento for alta, isso fará com que a distorção do tratamento térmico da engrenagem aumente.
11. Tratamento térmico preparatório
O tratamento térmico preliminar das peças brutas das engrenagens desempenha um papel importante na redução da distorção final do tratamento térmico. Quando a normalização comum é usada, a distorção do tratamento térmico é relativamente grande; quando normalização isotérmica ou têmpera e revenido são usadas, a distorção do tratamento térmico pode ser reduzida. Isso ocorre porque a normalização isotérmica, a têmpera e o revenido podem melhorar a microestrutura do aço, tornando-o mais uniforme e fino, reduzindo assim a distorção do tratamento térmico.
12. Processo de têmpera e resfriamento
Os processos de têmpera e resfriamento são elos fundamentais na geração de distorções no tratamento térmico das engrenagens. Durante o processo de têmpera, existem muitos fatores que levam à distorção devido a fatores como grandes mudanças no volume específico do tecido, altas temperaturas de aquecimento e resfriamento intenso. Quanto mais rápida for a taxa de resfriamento, mais grave será o resfriamento irregular e mais significativa será a distorção de empenamento. Além disso, o tipo de meio de resfriamento de têmpera, o desempenho de resfriamento, a temperabilidade, etc. também estão relacionados à distorção. Portanto, durante os processos de têmpera e resfriamento, parâmetros como temperatura de aquecimento, taxa de resfriamento e tipo de meio de resfriamento de têmpera devem ser razoavelmente controlados para reduzir a distorção do tratamento térmico.
A distorção do tratamento térmico das engrenagens é o resultado de múltiplos fatores. A fim de reduzir a distorção do tratamento térmico, devem ser tomadas medidas abrangentes para controlá-la, começando pela seleção do material, projeto da engrenagem, controle da microestrutura, processo de forjamento, tratamento térmico preliminar e processos de têmpera e resfriamento. Somente desta forma é possível garantir o bom desempenho e a qualidade das engrenagens durante o processo de tratamento térmico.