Material de los engranajes metálicos

Los aceros para engranajes se pueden dividir en dos clases generales: los aceros al carbono simples y los aceros aleados. Los aceros aleados se utilizan hasta cierto punto en el campo industrial, pero los aceros al carbono simples tratados térmicamente son mucho más comunes. El uso de aceros aleados sin tratar para engranajes rara vez, o nunca, se justifica, y sólo cuando no se cuenta con instalaciones de tratamiento térmico. Los puntos a considerar para determinar si se utilizan aceros al carbono simples o aceros aleados tratados térmicamente son: ¿La condición de servicio o el diseño requiere las características superiores de los aceros aleados o, si no se requieren aceros aleados, las ventajas que se derivarán compensarán el costo adicional? Para la mayoría de las aplicaciones, los aceros al carbono simples, tratados térmicamente para obtener las mejores cualidades para el servicio previsto, son satisfactorios y bastante económicos. Las ventajas que se obtienen al utilizar aceros aleados tratados térmicamente en lugar de aceros al carbono simples tratados térmicamente son las siguientes:

Mayor dureza superficial y profundidad de penetración de la dureza para el mismo contenido de carbono y enfriamiento.

Capacidad de obtener la misma dureza superficial con un enfriamiento menos drástico y, en el caso de algunas de las aleaciones, una temperatura de enfriamiento más baja, dando así menos distorsión.

Mayor tenacidad, como lo indican los valores más altos de límite elástico, alargamiento y reducción de área.

Tamaño de grano más fino, con la consiguiente mayor tenacidad al impacto y mayor resistencia al desgaste.

En el caso de algunas de las aleaciones, mejores cualidades de mecanizado o posibilidad de mecanizar a mayor dureza.

Uso de aceros de cementación

Cada una de las dos clases generales de aceros para engranajes se puede subdividir de la siguiente manera:

Aceros cementados;

aceros totalmente endurecidos;

3) aceros tratados térmicamente y estirados hasta alcanzar una dureza que permita el mecanizado.

Los dos primeros (aceros cementados y totalmente endurecidos) son intercambiables para algunos tipos de servicio, y la elección suele ser una cuestión de opinión personal. Los aceros de cementación con su carcasa extremadamente dura y de grano fino (cuando se tratan adecuadamente) y su núcleo comparativamente blando y dúctil se utilizan generalmente cuando se desea resistencia al desgaste. Los aceros aleados de cementación tienen un núcleo bastante tenaz, pero no tanto como el de los aceros de endurecimiento total. Para obtener los mayores beneficios de las propiedades del núcleo, los aceros cementados deben someterse a un doble enfriamiento. Esto es particularmente cierto en el caso de los aceros aleados, porque los beneficios derivados de su uso rara vez justifican el gasto adicional, a menos que el núcleo sea refinado y endurecido mediante un segundo enfriamiento. La penalización que se debe pagar por el refinamiento adicional es una mayor distorsión, que puede ser excesiva si la forma o el diseño no se prestan al proceso de cementación.

Uso de aceros de 'endurecimiento continuo'

Los aceros de endurecimiento total se utilizan cuando se requiere gran resistencia, alto límite de resistencia, tenacidad y resistencia a los golpes. Estas cualidades vienen regidas por el tipo de acero y tratamiento utilizado. En este grupo se pueden obtener durezas superficiales bastante elevadas, aunque no tan elevadas como las de los aceros cementados. Por esa razón, la resistencia al desgaste no es tan grande como se podría obtener, pero cuando se requiere resistencia al desgaste combinada con una gran resistencia y tenacidad, este tipo de acero es superior a los demás. Los aceros de endurecimiento total se deforman hasta cierto punto cuando se endurecen, y la cantidad depende del acero y del medio de enfriamiento utilizado. Por esa razón, los aceros de endurecimiento continuo no son adecuados para engranajes de alta velocidad donde el ruido es un factor, o para engranajes donde la precisión es de suma importancia, excepto, por supuesto, en los casos en los que es posible rechinar los dientes. Los porcentajes de carbono medio y alto requieren un enfriamiento con aceite, pero puede ser necesario un enfriamiento con agua para los contenidos de carbono más bajos, a fin de obtener las propiedades físicas y la dureza más altas. La distorsión, sin embargo, será mayor con el enfriamiento con agua.

Tratamiento térmico que permite el mecanizado

Cuando el rectificado de los dientes de los engranajes no es practicable y se requiere un alto grado de precisión, los aceros templados pueden trefilarse o templarse hasta una dureza que permita el corte de los dientes. Este tratamiento proporciona una estructura muy refinada, gran tenacidad y, a pesar de la baja dureza, excelentes cualidades de uso. La menor resistencia se compensa en parte con la eliminación de las cargas incrementales debidas a los impactos causados ​​por imprecisiones. Cuando se tratan de esta manera aceros que tienen un bajo grado de penetración de la dureza desde la superficie hasta el núcleo, el diseño no puede basarse en las propiedades físicas correspondientes a la dureza en la superficie. Dado que las propiedades físicas están determinadas por la dureza, la caída de la dureza desde la superficie hasta el núcleo dará propiedades físicas más bajas en la raíz del diente, donde la tensión es mayor. El medio de enfriamiento puede ser aceite, agua o salmuera, según el acero utilizado y la dureza de penetración deseada. La cantidad de distorsión, por supuesto, es irrelevante, porque el mecanizado se realiza después del tratamiento térmico.