Solución de problemas de nitruración gaseosa de engranajes: Contramedidas eficaces | MachineMFG

Resolución de problemas de nitruración gaseosa de engranajes: Contramedidas eficaces

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1. Prefacio

La nitruración gaseosa presenta varias ventajas con respecto a la nitruración iónica, como la facilidad de manejo, la elevada repetibilidad del proceso, la estructura sencilla del equipo y la posibilidad de lograr un control automático del proceso.

Una de las ventajas más significativas de la nitruración gaseosa es la mejora de la uniformidad de la temperatura y la atmósfera durante el proceso.

En particular, la profundidad de la capa de nitruración en la raíz del diente y el círculo de paso de los engranajes de módulo pequeño es más uniforme durante la nitruración gaseosa en comparación con la nitruración iónica.

En los últimos años, el proceso de nitruración gaseosa ha experimentado avances significativos, como el desarrollo de procesos de preoxidación y nitruración gaseosa y otras técnicas de nitruración gaseosa.

Estos avances han reducido en diversos grados el tiempo del ciclo de producción entre la nitruración iónica y la nitruración gaseosa.

Sin embargo, es esencial prestar atención a los posibles problemas durante el proceso de control de la atmósfera durante la nitruración de engranajes.

2. Limpieza antes de la nitruración gaseosa

Antes de proceder a la nitruración gaseosa y a la carga, el engranaje debe limpiarse a fondo para garantizar que no haya agua ni impurezas.

Si este paso no se realiza correctamente, la superficie nitrurada resultante puede tener un aspecto irregular y pueden aparecer manchas oscuras.

Aunque no hay diferencias significativas en la profundidad de la capa nitrurada, la dureza o la estructura metalográfica entre las zonas moteadas y las zonas normales, estas motas pueden afectar significativamente a la calidad del aspecto general del engranaje.

La macromorfología de estas zonas moteadas irregulares se analizó con un estereomicroscopio de ultraprofundidad de campo (como se ve en la figura 1).

Fig. 1 Macromorfología del área de moteado de la cara del extremo del engranaje

La morfología microscópica de la zona manchada se analizó con un microscopio electrónico de barrido (como se ve en la figura 2). Las zonas que parecían blancas a simple vista se observaron al microscopio electrónico de barrido.

Fig. 2 Micro morfología del área de moteado de la cara del extremo del engranaje

Se comparó y analizó la composición química de la zona manchada de aspecto anormal de la cara del extremo del engranaje con la zona normal de la cara del extremo del engranaje. Los resultados de esta comparación se presentan en la Tabla 1.

Tabla 1 resultados comparativos (fracción de masa) (%) de la determinación de la composición química en la microzona de la cara del extremo del engranaje

Lugar de detección:CNONaAlSiPSCKCaCrMnFe
Zona MSuperficie normal0.220.98---0.26-----0.190.6397.72
0.210.99---0.24-----0.250.5797.73
Zona ASuperficie de la mancha blanca0.431.032.91--0.22---0.090.210.190.3594.59
0.380.892.58-0.070.180.050.110.080.100.250.120.3194.86
Fondo plano pelable0.280.738.59-0.090.560.040.080.100.120.060.331.4089.61
0.390.8411.590.150.100.670.130.110.090.120.060.341.7183.71
Zona BManchas oscuras1.030.5829.530.500.100.510.050.900.391.210.180.260.5164.25
0.800.5528.270.380.040.530.071.040.361.330.110.200.5065.84
Mancha blanca redonda0.620.833.290.250.160.390.100.150.200.220.600.290.5892.33
0.960.665.050300.160.600.060.140.230.300.960.321.0989.16

Como se observa en la tabla 1, el contenido del elemento O en la zona manchada anormal es superior al de la zona normal. Además de un mayor contenido de O, también contiene trazas de Na, S, Cl, K, Ca, Mg, Al y otros elementos que proceden de los residuos de agua, productos de limpieza y aceite de afeitar.

Este análisis muestra que la aparición de la nitruración gaseosa se debe a una limpieza deficiente antes del proceso de nitruración. Por lo tanto, se debe prestar especial atención a los siguientes puntos durante la limpieza de los engranajes de nitruración gaseosa:

  • Cuando utilice un producto de limpieza a base de agua, la temperatura del agua para el aclarado final no debe ser demasiado alta. Si la temperatura del agua es demasiado alta, se evaporará rápidamente y dejará residuos en la superficie de la pieza. Es mejor reducir la temperatura de aclarado y utilizar una pistola de aire a alta presión para secar la pieza.
  • Es posible limpiar con sustancias como acetona o gasolina, pero estas sustancias tienen un punto de inflamación bajo. Es importante garantizar una ventilación adecuada y la seguridad contra incendios en el entorno de limpieza.
  • La pieza debe secarse bien antes de limpiarla con un limpiador de hidrocarburos.
  • Hay que tener en cuenta la calidad del agua utilizada en el proceso de limpieza, y utilizar agua pura en la medida de lo posible.

3. Control de la distorsión de la nitruración de engranajes

La distorsión que se produce durante la nitruración de engranajes está influida por varios factores, como la forma del engranaje, la tensión residual de mecanizado, material del engranajeLa velocidad de nitruración, la herramienta de nitruración, el proceso de nitruración y la velocidad de enfriamiento del engranaje después de la nitruración.

En la producción típica, la gente tiende a centrarse en los primeros factores, pero a menudo pasa por alto la velocidad de enfriamiento del engranaje después de la nitruración. Esto es especialmente importante en el caso del orificio interior de los engranajes de pared delgada, que son especialmente sensibles a la velocidad de enfriamiento tras la nitruración.

Por ejemplo, el engranaje de la figura 3.

Fig. 3 Tamaño del engranaje

El tamaño del agujero interior antes de la nitruración era de φ 52-0,02-0,035 mm. La Tabla 2 presenta la relación entre el tiempo de enfriamiento del engranaje y la expansión del agujero interior.

Cuadro 2 Relación entre el tiempo de enfriamiento del engranaje y la dilatación del orificio interior

Tiempo de enfriamiento tras la nitruración
/ h
Expansión del orificio interno
/ mm
Porcentaje de aprobados
(%)
Observaciones
≥60.012~0.02175El tamaño del orificio interior supera la tolerancia superior
4~50.008~0.01299El agujero interior está básicamente dentro del rango de tamaño
≤40.005~0.0178Tamaño del orificio interior fuera de tolerancia

Los resultados de las pruebas muestran que la tendencia de distorsión de los agujeros interiores del engranaje a diferentes velocidades de enfriamiento es coherente y aumenta en general, pero el grado de distorsión varía. Cuando la velocidad de enfriamiento tras la nitruración es lenta, la distorsión del agujero interior es mayor, y cuando la velocidad de enfriamiento tras la nitruración es rápida, la distorsión del agujero interior es menor.

Para garantizar una distorsión estable del agujero interior del engranaje y mejorar la tasa de cualificación del agujero interior del engranaje después de la nitruración, la velocidad de enfriamiento del engranaje durante la nitruración gaseosa debe controlarse cuidadosamente.

4. Remedio de la oxidación causada por la fuga de gas del horno de nitruración gaseosa

Si se produce una fuga de gas en el horno de nitruración gaseosa debido a problemas de estanqueidad o de otro tipo, la superficie de la pieza se oxidará. Esta oxidación no afecta a la calidad interna de la pieza, pero no cumple las normas de calidad de aspecto. En tal situación, el proceso de reducción descrito en la Tabla 3 puede utilizarse para la reparación.

Tabla 3 proceso de reparación de piezas oxidadas

Temperatura de reparación
/ ℃
Tiempo de reparación
/ min
Tasa de descomposición del amoníaco
(%)
480~50030~4030~40

En la figura 4 se muestra el aspecto del engranaje tras la nitruración gaseosa, la oxidación por fuga de gas y la reducción.

Fig. 4 aspecto de los engranajes antes y después de la reducción de la fuga de gas amoniaco

Es importante tener en cuenta que, durante el proceso de reducción de aspecto, la temperatura de nitruración no debe superar la primera temperatura de nitruración. Normalmente, la temperatura de nitruración durante la reducción debe ser unos 20°C inferior a la última temperatura de nitruración. La duración del proceso de reducción puede ajustarse en función del grado de oxidación.

5. Conclusión

Los tres problemas y soluciones anteriores ponen de manifiesto la importancia de prestar atención a cada detalle del proceso de tratamiento térmico. Si se tiene muy en cuenta cada paso, es posible resolver eficazmente cualquier problema que pueda surgir.

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