Numerical modeling of induction hardening of gear wheels made of steel AMS 6419

Modelización numérica del endurecimiento por inducción de ruedas dentadas de acero AMS 6419

En el artículo se presenta el modelado numérico del endurecimiento por inducción de ruedas dentadas de acero AMS 6419 (AISI 300M). Con el fin de determinar los valores correctos de las temperaturas críticas para el acero investigado, se miden los diagramas Tiempo-Temperatura-Austenitización (TTA) y Temperatura de Enfriamiento Continuo (CCT). Se formula y describe un modelo matemático del proceso. Se presentan resultados ejemplares. Se formulan conclusiones finales.

INTRODUCCIÓN

El temple por inducción es un proceso avanzado de tratamiento térmico que consta de tres etapas consecutivas: calentamiento rápido por inducción, austenitización de muy corta duración y, por último, enfriamiento intensivo. A menudo, la etapa de austenitización puede despreciarse debido a su breve duración (menos de cientos de milisegundos). La forma más popular de aplicación es el endurecimiento superficial por inducción, que se caracteriza por el endurecimiento de una zona superficial delgada del cuerpo únicamente y por mantener blanda e inalterada su parte interna. El endurecimiento superficial por inducción se aplica sobre todo para cuerpos axi-simétricos y planos, pero el artículo se concentra en el endurecimiento por inducción de ruedas dentadas, que se aplica más raramente. Existen diferentes métodos de endurecimiento superficial por inducción para ruedas dentadas de acuerdo con los patrones de distribución de dureza solicitados [1]. En la figura 1 se presentan algunos ejemplos de tales patrones. En este artículo nos centramos en el endurecimiento por rotación, es decir, el calentamiento simultáneo del engranaje mediante un inductor envolvente y su posterior enfriamiento inmediato.

Se realiza en el sistema de endurecimiento consecutivo de doble frecuencia (CDFIH) característico para ruedas dentadas con módulo m < 6 mm. La rueda dentada se calienta primero mediante un inductor de frecuencia media (MF) a una temperatura de unos 700 °C, superior a la temperatura inferior modificada Ac_1m. Esto significa el comienzo de la transformación en austenita. A continuación, la rueda dentada se calienta mediante un inductor de alta frecuencia (HF) hasta alcanzar la temperatura de endurecimiento Th, que garantiza la finalización de la microestructura homogénea de austenita. El proceso finaliza mediante pulverización inmediata.  La modelización del proceso es complicada debido a la necesidad de resolver campos electromagnéticos, de temperatura y de dureza acoplados, no lineales y transitorios [2]. Este artículo se centra en la modelización numérica del endurecimiento por inducción de ruedas dentadas de acero AMS 6419 (AISI 300M). La modelización numérica requiere una correcta identificación de las temperaturas críticas para el acero investigado.