¿Por qué un "tratamiento previo aparentemente simple" determina la vida útil del engranaje?
En la industria de fabricación de engranajes, existe una verdad ampliamente reconocida: "La mitad del éxito de la cementación depende del tratamiento previo". Muchos problemas de calidad en la cementación in situ —puntos blandos locales, profundidad de capa inconsistente, picaduras prematuras, caídas bruscas en la vida a fatiga por contacto, entre otros— pueden atribuirse finalmente no a fallos del horno ni a fórmulas químicas defectuosas, sino a errores en la preparación previa a la cementación.
La profundidad de capa desigual es uno de los peligros ocultos más críticos para los engranajes. Sus consecuencias van mucho más allá de simples inconsistencias en dureza:
- Puntos blandos locales → Alta susceptibilidad a picaduras prematuras
- Profundidad de capa inconsistente → Distribución desequilibrada de tensiones de contacto
- Profundidad de capa insuficiente en las raíces de los dientes → Reducción de la vida a fatiga por flexión
- Estructura superficial desigual → Mayor riesgo de "capas blancas" o quemaduras durante el rectificado posterior del engranaje
- Ruido elevado y engranaje inestable → Deterioro del rendimiento NVH (ruido, vibración y dureza)
En resumen: una profundidad de capa desigual es una bomba de tiempo para un fallo prematuro del engranaje.
El desengrase elimina manchas de aceite, residuos de refrigerante, sudor de las manos, depósitos de fluido de corte y otras contaminaciones. Un desengrase inadecuado provoca:
- Películas de aceite que bloquean la transmisión del potencial de carbono
- Reducción de las tasas locales de cementación
- Profundidad de capa insuficiente o incluso "puntos blancos" y "puntos blandos"
Estas zonas problemáticas son particularmente propensas a la picadura en aplicaciones con alto esfuerzo de contacto, como en cajas de engranajes orbitales.
Los forjados de engranajes suelen tener una capa de óxido gruesa que, si no se elimina completamente, provoca:
- Zonas bloqueadas por carbono incluso en procesos de cementación al vacío
- reducción del 20% al 50% en la profundidad de capa
- Microestructura superficial irregular
- "Descarburación inversa" (enriquecimiento de carbono en capas más profundas junto con el agotamiento de carbono en la superficie)
Los engranajes con este defecto son altamente susceptibles a la picadura después del rectificado: la dureza superficial insuficiente combinada con la dureza interna crea concentraciones de tensión peligrosas.
La carga del horno es mucho más compleja que simplemente "colocar engranajes dentro". Influye directamente en:
- Patrones de circulación de gas en el horno
- Área de contacto del gas en el horno
- Uniformidad de la exposición al potencial de carbono en todas las superficies del engranaje
La carga inadecuada provoca:
- Zonas muertas locales → Profundidad de capa superficial reducida
- Solapamiento o apantallamiento entre engranajes → Puntos blandos en forma de lámina
- Exceso de carga → Flujo de gas en el horno interrumpido
- Carga mixta de engranajes pequeños y grandes → Inconsistencias de temperatura debido a diferentes capacidades térmicas
Estos problemas ocurren mucho más frecuentemente en el sitio de trabajo de lo que comúnmente se supone.
El principio fundamental del cementado es: Átomos de carbono → Difunden en la superficie del acero → Alcanzan la concentración y profundidad objetivo
Cuando deficiencias en la decapado, desengrasado o carga reducen la capacidad de la superficie para absorber carbono:
- La difusión de carbono se ralentiza
- Las reacciones del potencial de carbono se ven obstaculizadas
- Se forman zonas locales deficientes en carbono
- El contenido de martensita superficial disminuye
- La dureza disminuye entre 50 y 150 HV
- La profundidad de capa es insuficiente en 0,1–0,3 mm
- La tensión residual compresiva superficial se reduce
En última instancia, los engranajes presentan fallos en etapas tempranas que incluyen:
- Las fugas
- Descamación
- Microgrietas
- Aumento del ruido de engranaje
- Vida útil significativamente reducida (típicamente un 30-60 % más corta)
- Picaduras concentradas en áreas específicas de la superficie del diente (no distribución aleatoria)
- Inconsistencias evidentes de dureza (por ejemplo, HRC 60 frente a HRC 54)
- Diferencias significativas de profundidad de temple entre las superficies izquierda y derecha del diente
- Cambios tipo escalón o bruscos en el perfil de profundidad de temple
- El análisis metalográfico revela un mayor contenido de ferrita en la superficie
- La distribución de dureza carece de un gradiente gradual (presenta saltos o caídas bruscas)
Todos estos signos apuntan a un problema fundamental: un pretratamiento inadecuado que conduce a una eficiencia de cementación desigual.
- Pruebas regulares de la concentración del líquido desengrasante
- Limpieza por ultrasonidos (altamente recomendada)
- Aclarado obligatorio con agua caliente
- Temperatura controlada de secado
- prueba de película de agua" para verificar la limpieza de la superficie
Adoptar métodos adecuados:
- Chorro de arena (se recomienda estándar SA2.5)
- Decapado en tándem + neutralización
- Molienda mecánica
- Desoxidación láser (solución de gama alta)
Objetivo: lograr una superficie completamente metálica sin escala de óxido profundo residual.
Desarrollar SOPs (Procedimientos Operativos Estándar) específicos para la empresa:
- Máximo X piezas por capa
- Prohibir el contacto directo diente con diente
- Asegurar la circulación libre de gases del horno
- Carga separada de engranajes pequeños y grandes
- Utilizar accesorios de sujeción estándar
Recomendaciones:
- Barras de prueba estándar (Ø20×20 mm)
- Carga sincrónica del horno junto con los engranajes de producción
- Comparación de dureza y metalográfica
- Optimización de la producción basada en datos
La cementación es uno de los procesos más críticos en la fabricación de engranajes, pero las "pequeñas etapas fácilmente pasadas por alto" que la preceden son las que realmente determinan la calidad de la capa superficial: una sola gota de aceite residual, un rastro de óxido, un único punto de bloqueo o un ángulo incorrecto de carga — cualquiera de estos factores puede reducir a la mitad la vida útil de un lote de engranajes.
Recuerde: la calidad de la cementación no comienza cuando se enciende el horno, sino con la preparación previa al tratamiento. Invertir en un procesamiento adecuado construye la base para la confiabilidad y el rendimiento a largo plazo de los engranajes.
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