Proceso de superficie de endurecimiento por inducción

Aplicaciones de proceso de superficie de endurecimiento por inducción

¿Qué es el endurecimiento por inducción?

Endurecimiento por induccion es una forma de tratamiento térmico en el que una pieza metálica con suficiente contenido de carbono se calienta en el campo de inducción y luego se enfría rápidamente. Esto aumenta tanto la dureza como la fragilidad de la pieza. El calentamiento por inducción le permite tener un calentamiento localizado a una temperatura predeterminada y le permite controlar con precisión el proceso de endurecimiento. De este modo se garantiza la repetibilidad del proceso. Por lo general, el endurecimiento por inducción se aplica a piezas metálicas que necesitan tener una gran resistencia al desgaste superficial, mientras que al mismo tiempo conservan sus propiedades mecánicas. Después de que se logra el proceso de endurecimiento por inducción, la pieza de trabajo de metal debe enfriarse en agua, aceite o aire para obtener propiedades específicas de la capa superficial.

proceso de superficie de endurecimiento por inducción

Endurecimiento por induccion es un método para endurecer rápida y selectivamente la superficie de una pieza metálica. Una bobina de cobre que lleva un nivel significativo de corriente alterna se coloca cerca (sin tocar) la pieza. El calor se genera en la superficie y cerca de ella por las pérdidas por corrientes parásitas y por histéresis. El enfriamiento, generalmente a base de agua con una adición como un polímero, se dirige a la pieza o se sumerge. Esto transforma la estructura en martensita, que es mucho más dura que la estructura anterior.

Un tipo moderno y popular de equipo de endurecimiento por inducción se llama escáner. La pieza se sostiene entre centros, se gira y se pasa a través de una bobina progresiva que proporciona tanto calor como enfriamiento. El enfriamiento se dirige debajo de la bobina, por lo que cualquier área dada de la pieza se enfría rápidamente inmediatamente después del calentamiento. El nivel de potencia, el tiempo de permanencia, la velocidad de exploración (alimentación) y otras variables del proceso se controlan con precisión mediante una computadora.

Proceso de endurecimiento de la carcasa utilizado para aumentar la resistencia al desgaste, la dureza de la superficie y la vida a la fatiga mediante la creación de una capa de superficie endurecida mientras se mantiene una microestructura del núcleo no afectada.

Endurecimiento por induccion se utiliza para aumentar las propiedades mecánicas de los componentes ferrosos en un área específica. Las aplicaciones típicas son el tren de potencia, la suspensión, los componentes del motor y los estampados. El endurecimiento por inducción es excelente para reparar reclamaciones de garantía / fallas de campo. Los principales beneficios son mejoras en la resistencia, la fatiga y la resistencia al desgaste en un área localizada sin tener que rediseñar el componente.

Procesos e industrias que pueden beneficiarse del endurecimiento por inducción:

  • Tratamiento térmico

  • Endurecimiento de cadena

  • Endurecimiento de tubos y tuberías

  • construcción naval

  • Industria aeroespacial

  • Ferrocarril

  • Automotriz

  • Energías renovables

Beneficios del endurecimiento por inducción:

Preferido para componentes que están sujetos a cargas pesadas. La inducción imparte una alta dureza superficial con una caja profunda capaz de manejar cargas extremadamente altas. La resistencia a la fatiga aumenta con el desarrollo de un núcleo blando rodeado por una capa exterior extremadamente resistente. Estas propiedades son deseables para piezas que experimentan cargas de torsión y superficies que experimentan fuerzas de impacto. El procesamiento por inducción se realiza una parte a la vez, lo que permite un movimiento dimensional muy predecible de una parte a otra.

  • Control preciso de la temperatura y la profundidad de endurecimiento

  • Calefacción controlada y localizada

  • Se integra fácilmente en líneas de producción

  • Proceso rápido y repetible

  • Cada pieza de trabajo puede endurecerse mediante parámetros optimizados precisos

  • Proceso energéticamente eficiente

Componentes de acero y acero inoxidable que pueden endurecerse por inducción:

Sujetadores, bridas, engranajes, cojinetes, tubos, pistas internas y externas, cigüeñales, árboles de levas, yugos, ejes de transmisión, ejes de salida, husillos, barras de torsión, anillos de giro, cables, válvulas, perforadoras de roca, etc.

Mayor resistencia al desgaste

Existe una correlación directa entre dureza y resistencia al desgaste. La resistencia al desgaste de una pieza aumenta significativamente con el endurecimiento por inducción, asumiendo que el estado inicial del material fue recocido o tratado a una condición más blanda.

Mayor resistencia y vida útil a la fatiga debido al núcleo blando y la tensión de compresión residual en la superficie

El esfuerzo de compresión (generalmente considerado un atributo positivo) es el resultado de que la estructura endurecida cerca de la superficie ocupa un poco más de volumen que el núcleo y la estructura anterior.

Las piezas se pueden templar después Endurecimiento por induccion para ajustar el nivel de dureza, como desee

Al igual que con cualquier proceso que produzca una estructura martensítica, el revenido reducirá la dureza al tiempo que disminuye la fragilidad.

Estuche profundo con núcleo resistente

La profundidad típica de la caja es .030 ”- .120”, que es más profunda en promedio que los procesos como la carburación, la carbonitruración y varias formas de nitruración realizadas a temperaturas subcríticas. Para ciertos proyectos, como ejes, o piezas que aún son útiles incluso después de que se haya desgastado mucho material, la profundidad de la caja puede ser de hasta ½ pulgada o más.

Proceso de endurecimiento selectivo sin necesidad de enmascaramiento

Las áreas con post-soldadura o post-mecanizado permanecen blandas; muy pocos otros procesos de tratamiento térmico pueden lograr esto.

Distorsión relativamente mínima

Ejemplo: un eje de 1 ”Ø x 40” de largo, que tiene dos muñones espaciados uniformemente, cada uno de 2 ”de largo que requiere el soporte de una carga y resistencia al desgaste. El endurecimiento por inducción se realiza solo en estas superficies, un total de 4 ”de largo. Con un método convencional (o si endurecimos por inducción toda la longitud para el caso), habría una deformación significativamente mayor.

Permite el uso de aceros de bajo costo como el 1045

El acero más utilizado para las piezas que se templan por inducción es el 1045. Es fácilmente mecanizable, de bajo costo y, debido a un contenido de carbono del 0.45% nominal, se puede templar por inducción a 58 HRC +. También tiene un riesgo relativamente bajo de agrietarse durante el tratamiento. Otros materiales populares para este proceso son 1141/1144, 4140, 4340, ETD150 y varios hierros fundidos.

Limitaciones del endurecimiento por inducción

Requiere una bobina de inducción y herramientas relacionadas con la geometría de la pieza

Dado que la distancia de acoplamiento entre la pieza y la bobina es fundamental para la eficiencia del calentamiento, el tamaño y el contorno de la bobina deben seleccionarse cuidadosamente. Si bien la mayoría de los tratadores tienen un arsenal de bobinas básicas para calentar formas redondas como ejes, pasadores, rodillos, etc., algunos proyectos pueden requerir una bobina personalizada, que a veces cuesta miles de dólares. En proyectos de volumen medio a alto, el beneficio de un costo de tratamiento reducido por pieza puede compensar fácilmente el costo de la bobina. En otros casos, los beneficios de ingeniería del proceso pueden superar las preocupaciones de costos. De lo contrario, para proyectos de bajo volumen, el costo de la bobina y las herramientas generalmente hace que el proceso no sea práctico si se debe construir una nueva bobina. La pieza también debe apoyarse de alguna manera durante el tratamiento. Correr entre centros es un método popular para piezas de tipo eje, pero en muchos otros casos se deben utilizar herramientas personalizadas.

Mayor probabilidad de agrietamiento en comparación con la mayoría de los procesos de tratamiento térmico

Esto se debe al rápido calentamiento y enfriamiento, también a la tendencia a crear puntos calientes en características / bordes tales como: chaveteros, ranuras, orificios transversales, roscas.

Distorsión con endurecimiento por inducción

Los niveles de distorsión tienden a ser mayores que en procesos como la nitruración de iones o gas, debido al rápido calentamiento / enfriamiento y la transformación martensítica resultante. Dicho esto, el endurecimiento por inducción puede producir menos distorsión que el tratamiento térmico convencional, especialmente cuando solo se aplica en un área seleccionada.

Limitaciones de material con endurecimiento por inducción

Puesto que el proceso de endurecimiento por inducción normalmente no implica la difusión de carbono u otros elementos, el material debe contener suficiente carbono junto con otros elementos para proporcionar templabilidad que soporte la transformación martensítica al nivel de dureza deseado. Esto generalmente significa que el carbono está en el rango de 0.40% +, produciendo una dureza de 56 - 65 HRC. Se pueden usar materiales con bajo contenido de carbono, como el 8620, con una reducción resultante en la dureza alcanzable (40-45 HRC en este caso). Los aceros como 1008, 1010, 12L14, 1117 no se utilizan normalmente debido al aumento limitado de dureza que se puede lograr.

Detalles del proceso de superficie de endurecimiento por inducción

Endurecimiento por induccion es un proceso utilizado para el endurecimiento superficial de acero y otros componentes de aleación. Las piezas a tratar térmicamente se colocan dentro de una bobina de cobre y luego se calientan por encima de su temperatura de transformación aplicando una corriente alterna a la bobina. La corriente alterna en la bobina induce un campo magnético alterno dentro de la pieza de trabajo que hace que la superficie exterior de la pieza se caliente a una temperatura por encima del rango de transformación.

Los componentes se calientan por medio de un campo magnético alterno a una temperatura dentro o por encima del rango de transformación seguido de enfriamiento inmediato. Es un proceso electromagnético que utiliza una bobina inductora de cobre, que se alimenta con una corriente a una frecuencia y nivel de potencia específicos.