Cómo elegir materiales para forja en bruto

1. Indicadores de rendimiento mecánico

Resistencia a la tracción: parámetro clave que determina la capacidad de carga de los engranajes. Por ejemplo, la resistencia a la tracción de las piezas forjadas SAE 4340 tras el tratamiento de temple y revenido puede alcanzar los 900-1100 MPa, por lo que son adecuadas para engranajes de alta resistencia de maquinaria minera.

Resistencia al impacto: En entornos con bajas temperaturas (como las cajas de engranajes de los aerogeneradores), es necesario garantizar que el material siga cumpliendo con la energía de impacto Charpy V-notch de ≥27 J a -40 °C (referencia ASTM A370).

Límite de fatiga: Umbral de fallo de los engranajes sometidos a cargas cíclicas. El límite de fatiga por flexión de los engranajes cementados y templados puede aumentarse hasta 600-800 MPa (norma EN 10084).

Las características ambientales anteriores requieren la selección de materiales y procesos basados en las condiciones de trabajo y las cargas de los escenarios de aplicación de los engranajes.

2. Adaptabilidad a los procesos de tratamiento térmico

Templabilidad: La profundidad de temple del material se evalúa mediante el ensayo de temple Jominy. Por ejemplo, el 34CrNiMo6 de la norma EN 10083-1 sigue manteniendo una dureza de HRC 45 o superior a una distancia de temple final de 50 mm, y es adecuado para el temple general de engranajes de módulo grande.

Control de la deformación: Para engranajes de precisión, se debe seleccionar acero con baja deformación por temple (como SAE 8620H). En combinación con el proceso de temple isotérmico, la tolerancia dimensional se puede controlar dentro de ±0,05 mm.

3. Tolerancia ambiental

Resistencia a la oxidación a altas temperaturas: los engranajes de aviación suelen adoptar piezas forjadas de Inconel 718 (norma AMS 5662), que mantienen una dureza estable a 650 ℃.

Resistencia a la corrosión: para los engranajes marinos, se recomiendan piezas forjadas de acero inoxidable dúplex (como ASTM A182 F51). La resistencia a la corrosión por picaduras (PREN) es ≥35 y la vida útil en la prueba de niebla salina supera las 5000 horas.

4. Rendimiento de procesamiento

Maquinabilidad: los aceros de corte libre sin azufre (como SAE 1144) pueden reducir el desgaste de las herramientas, pero es necesario equilibrar la influencia de las inclusiones de sulfuro en la resistencia a la fatiga.

Fluidez de forja: Para piezas forjadas de aleación de aluminio (como AA 7075), la temperatura de forja debe controlarse entre 350 y 450 ℃ para evitar el engrosamiento del grano.

5. Coste y cadena de suministro

Tasa de utilización del material: La tecnología de forja de forma casi neta puede reducir el peso de la pieza en bruto del engranaje en un 20 % (forja de precisión WeForging).

Solución alternativa: sustituir el 4340 por SAE 4140 en piezas no críticas, lo que reduce el coste por tonelada en aproximadamente 300 dólares. Al mismo tiempo, se cumplen el 80 % de las condiciones de trabajo, pero es necesario combinar ciertos procesos de tratamiento térmico para mejorar la resistencia a la tracción y el límite elástico.

6. Normativa y requisitos de certificación

Industria automovilística: certificación IATF 16949 que exige la trazabilidad de los materiales (registros completos del proceso, desde los números de los hornos de fabricación del acero hasta los engranajes acabados).

Industria energética: los engranajes para energía eólica deben cumplir los requisitos de ensayos no destructivos (UT/MT) y control de tensiones residuales de las normas GL2010 o DNV-ST-0376.