Aplicaciones del proceso de endurecimiento por inducción de superficies

¿Qué es el endurecimiento por inducción?

Endurecimiento por inducción es una forma de tratamiento térmico en la 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 permite tener un calentamiento localizado a una temperatura predeterminada y controlar con precisión el proceso de endurecimiento. De este modo, se garantiza la repetibilidad del proceso. Normalmente, el endurecimiento por inducción se aplica a piezas metálicas que deben tener una gran resistencia al desgaste superficial, conservando al mismo tiempo sus propiedades mecánicas. Una vez finalizado el proceso de endurecimiento por inducción, la pieza metálica debe enfriarse en agua, aceite o aire para obtener propiedades específicas de la capa superficial.

Endurecimiento por inducción es un método de endurecimiento rápido y selectivo de la superficie de una pieza metálica. Se coloca una bobina de cobre que transporta un nivel significativo de corriente alterna cerca de la pieza (sin tocarla). El calor se genera en la superficie y cerca de ella por las corrientes parásitas y las pérdidas por histéresis. El enfriamiento, normalmente a base de agua con un añadido 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 popular y moderno de equipo de endurecimiento por inducción se denomina escáner. La pieza se sujeta entre centros, se gira y se hace pasar a través de una bobina progresiva que proporciona tanto calor como enfriamiento. El enfriamiento se dirige por debajo de la bobina, de modo que cualquier zona de la pieza se enfría rápidamente inmediatamente después del calentamiento. El nivel de potencia, el tiempo de permanencia, la velocidad de exploración (avance) y otras variables del proceso se controlan con precisión mediante un ordenador.

Proceso de cementación en caja utilizado para aumentar la resistencia al desgaste, la dureza superficial y la resistencia a la fatiga mediante la creación de una capa superficial endurecida, manteniendo inalterada la microestructura del núcleo.

Endurecimiento por inducción se utiliza para aumentar las propiedades mecánicas de los componentes ferrosos en un área específica. Las aplicaciones típicas son la cadena cinemática, la suspensión, los componentes del motor y las piezas estampadas. El endurecimiento por inducción es excelente para reparar reclamaciones de garantía / fallos de campo. Las principales ventajas son la mejora de la fuerza, la fatiga y la resistencia al desgaste en una zona localizada sin tener que rediseñar el componente.

• Tratamiento térmico

• Endurecimiento de la cadena

• Endurecimiento de tubos

• Construcción naval

• Aeroespacial

• Ferrocarril

• Automoción

• Energías renovables

• Control preciso de la temperatura y la profundidad de endurecimiento

• Calentamiento controlado y localizado

• Fácil integración en las líneas de producción

• Proceso rápido y repetible

• Cada pieza de trabajo puede templarse mediante parámetros precisos optimizados

• Proceso energéticamente eficiente

Mayor resistencia al desgaste

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

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

La tensión de compresión (que suele considerarse un atributo positivo) es el resultado de que la estructura endurecida cerca de la superficie ocupa un volumen ligeramente mayor que el núcleo y la estructura anterior.

Las piezas pueden templarse después de Endurecimiento por inducción para ajustar el nivel de dureza, según se desee

Como ocurre con cualquier proceso que produce una estructura martensítica, el revenido reducirá la dureza al tiempo que disminuirá la fragilidad.

Funda profunda con núcleo resistente

La profundidad típica de la caja es de 0,030" a 0,120", que es más profunda por término medio que procesos como el carburizado, la carbonitruración y diversas formas de nitruración realizadas a temperaturas subcríticas. Para determinados proyectos, como ejes o piezas que siguen siendo útiles incluso después de que se haya desgastado gran parte del material, la profundidad de la caja puede ser de hasta ½ pulgada o mayor.

Proceso de endurecimiento selectivo sin enmascaramiento

Las zonas con post-soldadura o post-mecanizado permanecen blandas - muy pocos otros procesos de tratamiento térmico son capaces de lograr esto.

Distorsión relativamente mínima

Ejemplo: un eje de 1" Ø x 40" de longitud, que tiene dos muñones espaciados uniformemente, cada uno de 2" de longitud, que requieren soportar una carga y resistencia al desgaste. El temple por inducción se realiza sólo en estas superficies, un total de 4" de longitud. Con un método convencional (o si endureciéramos por inducción toda la longitud), habría mucho más alabeo.

Permite utilizar aceros de bajo coste como el 1045

El acero más utilizado para piezas templadas por inducción es el 1045. Es fácilmente mecanizable, de bajo coste y, debido a su contenido en carbono de 0,45% nominal, puede endurecerse por inducción hasta 58 HRC +. También tiene un riesgo relativamente bajo de agrietamiento 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 utillaje relacionado con la geometría de la pieza.

Dado que la distancia de acoplamiento entre la pieza y la bobina es fundamental para la eficacia del calentamiento, el tamaño y el contorno de la bobina deben seleccionarse cuidadosamente. Aunque la mayoría de los tratadores disponen de 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 o alto, la reducción del coste de tratamiento por pieza puede compensar fácilmente el coste de la bobina. En otros casos, las ventajas técnicas del proceso pueden pesar más que el coste. De lo contrario, en proyectos de bajo volumen, el coste de la bobina y el utillaje hace que el proceso no sea práctico si hay que construir una nueva bobina. Además, la pieza debe recibir algún tipo de soporte durante el tratamiento. El funcionamiento entre centros es un método popular para piezas de tipo eje, pero en muchos otros casos debe utilizarse utillaje personalizado.

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

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

Distorsión con temple por inducción

Los niveles de distorsión tienden a ser mayores que en procesos como la nitruración iónica o gaseosa, debido a la rapidez del calentamiento/enfriamiento y a la transformación martensítica resultante. Dicho esto, el temple por inducción puede producir menos distorsión que el tratamiento térmico convencional, sobre todo cuando sólo se aplica a una zona seleccionada.

Limitaciones del material con el endurecimiento por inducción

Desde el proceso de endurecimiento por inducción no implica normalmente la difusión de carbono u otros elementos, el material debe contener suficiente carbono junto con otros elementos para proporcionar la templabilidad que soporte la transformación martensítica hasta el nivel de dureza deseado. Por lo general, esto significa que el carbono se encuentra en el intervalo de 0,40%+, lo que produce una dureza de 56 - 65 HRC. Pueden utilizarse materiales con menos carbono, como el 8620, con la consiguiente reducción de la dureza alcanzable (40-45 HRC en este caso). Los aceros como 1008, 1010, 12L14, 1117 no se suelen utilizar debido al aumento limitado de la dureza alcanzable.

Detalles del proceso de endurecimiento superficial por inducción

Endurecimiento por inducción es un proceso utilizado para el endurecimiento superficial del acero y otros componentes de aleación. Las piezas a tratar térmicamente se colocan dentro de una bobina de cobre y 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 que hace que la superficie exterior de la pieza se caliente hasta alcanzar una temperatura superior a la de transformación.

Los componentes se calientan mediante un campo magnético alterno hasta alcanzar una temperatura igual o superior a la de transformación, seguida de un enfriamiento inmediato. Se trata de un proceso electromagnético que utiliza una bobina inductora de cobre, a la que se alimenta una corriente con una frecuencia y un nivel de potencia específicos.