Proceso de templado de cadenas de rodillos: un componente fundamental que determina la fiabilidad de la transmisión

Proceso de templado de cadenas de rodillos: un componente fundamental que determina la fiabilidad de la transmisión

En el sector de transmisión industrial,cadenas de rodillosSon componentes clave para la transmisión de potencia y movimiento, y su rendimiento incide directamente en la eficiencia operativa y la seguridad de toda la maquinaria. Desde transmisiones de alta resistencia en maquinaria minera hasta la conducción precisa de máquinas herramienta de precisión, desde operaciones de campo en maquinaria agrícola hasta la transmisión de potencia en motores de automóviles, las cadenas de rodillos desempeñan constantemente la función de "puente de potencia". En la fabricación de cadenas de rodillos, el templado, un paso fundamental en el proceso de tratamiento térmico, es como el paso crucial que "convierte la piedra en oro", determinando directamente la resistencia, tenacidad, resistencia al desgaste y vida útil de la cadena.

1. ¿Por qué el templado es una “curso obligatorio” en la fabricación de cadenas de rodillos?

Antes de analizar el proceso de revenido, es importante aclarar por qué es esencial el revenido de cadenas de rodillos. Este comienza con el procesamiento de los componentes principales de la cadena: rodillos, bujes, pasadores y placas de eslabón. Tras el conformado, los componentes clave de la cadena de rodillos suelen someterse a un proceso de temple: la pieza se calienta por encima de la temperatura crítica (normalmente de 820 a 860 °C), se mantiene a esa temperatura durante un tiempo y luego se enfría rápidamente (p. ej., en agua o aceite) para transformar la estructura interna del metal en martensita. Si bien el temple aumenta significativamente la dureza de la pieza (alcanzando HRC 58-62), también presenta un inconveniente crítico: tensiones internas extremadamente altas y fragilidad, lo que la hace susceptible a fracturas por impactos o vibraciones. Imagine utilizar una cadena de rodillos templada directamente para la transmisión. Fallos como la rotura de pasadores y el agrietamiento de rodillos podrían ocurrir durante la carga inicial, con consecuencias desastrosas.

El proceso de revenido soluciona el problema de la dureza pero fragilidad tras el temple. La pieza templada se recalienta a una temperatura inferior a la crítica (normalmente entre 150 y 350 °C), se mantiene a esa temperatura durante un tiempo y luego se enfría lentamente. Este proceso ajusta la estructura interna del metal para lograr el equilibrio óptimo entre dureza y tenacidad. En las cadenas de rodillos, el revenido desempeña un papel fundamental en tres áreas clave:

Alivio de tensiones internas: Libera tensiones estructurales y térmicas generadas durante el temple, evitando deformaciones y agrietamiento en la pieza de trabajo debido a la concentración de tensiones durante el uso;

Optimizar las propiedades mecánicas: ajustar la relación entre dureza, resistencia y tenacidad en función de los requisitos de la aplicación; por ejemplo, las cadenas para maquinaria de construcción requieren mayor tenacidad, mientras que las cadenas de transmisión de precisión requieren mayor dureza;

Estabilizar la microestructura y las dimensiones: estabilizar la microestructura interna del metal para evitar la deformación dimensional de la cadena causada por cambios en la microestructura durante el uso, lo que podría afectar la precisión de la transmisión.

II. Parámetros básicos y puntos de control del proceso de templado de cadenas de rodillos

La eficacia del proceso de templado depende del control preciso de tres parámetros fundamentales: temperatura, tiempo y velocidad de enfriamiento. Diferentes combinaciones de parámetros pueden producir resultados de rendimiento significativamente diferentes. El proceso de templado debe adaptarse a los distintos componentes de la cadena de rodillos (rodillos, bujes, pasadores y placas) debido a sus diferentes características de carga y requisitos de rendimiento.

1. Temperatura de revenido: el “control central” para el control del rendimiento
La temperatura de revenido es el factor más crítico para determinar el rendimiento final de una pieza. A medida que aumenta la temperatura, la dureza de la pieza disminuye y su tenacidad aumenta. Dependiendo de la aplicación de la cadena de rodillos, las temperaturas de revenido se clasifican generalmente de la siguiente manera:
Revenido a baja temperatura (150-250 °C): Se utiliza principalmente para componentes que requieren alta dureza y resistencia al desgaste, como rodillos y bujes. El revenido a baja temperatura mantiene una dureza de la pieza de 55-60 HRC, eliminando al mismo tiempo la tensión interna, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de transmisión de alta frecuencia y bajo impacto (como los accionamientos de husillos de máquinas herramienta).
Revenido a temperatura media (300-450 °C): Adecuado para componentes que requieren alta resistencia y elasticidad, como pasadores y placas de cadena. Tras el revenido a temperatura media, la dureza de la pieza disminuye a HRC 35-45, lo que mejora significativamente su límite elástico y capacidad de carga, permitiéndole soportar altas cargas de impacto (p. ej., en maquinaria de construcción y equipos de minería).
Revenido a alta temperatura (500-650 °C): Rara vez se utiliza en componentes de cadenas de rodillos centrales; solo se emplea en aplicaciones especializadas para componentes auxiliares que requieren alta tenacidad. A esta temperatura, la dureza se reduce aún más (HRC 25-35), pero la tenacidad al impacto mejora significativamente.
Puntos Clave de Control: La uniformidad de la temperatura dentro del horno de revenido es crucial, con diferencias de temperatura controladas en ±5 °C. Las temperaturas desiguales pueden provocar variaciones significativas en el rendimiento dentro del mismo lote de piezas. Por ejemplo, temperaturas localizadas excesivamente altas en los rodillos pueden crear puntos blandos, lo que reduce la resistencia al desgaste. Las temperaturas excesivamente bajas pueden eliminar parcialmente las tensiones internas, lo que provoca grietas.

2. Tiempo de revenido: una “condición suficiente” para la transformación microestructural
El tiempo de revenido debe garantizar una transformación microestructural suficiente en la pieza, evitando al mismo tiempo la degradación del rendimiento causada por un revenido excesivo. Un tiempo demasiado corto impide la liberación completa de la tensión interna, lo que resulta en una transformación microestructural incompleta y una tenacidad insuficiente. Un tiempo demasiado largo incrementa los costos de producción y también puede provocar una reducción excesiva de la dureza. El tiempo de revenido para los componentes de la cadena de rodillos generalmente se determina por el espesor de la pieza y la carga del horno.
Componentes de paredes delgadas (como placas de cadena, de 3 a 8 mm de espesor): el tiempo de templado es generalmente de 1 a 2 horas;
Componentes de paredes gruesas (como rodillos y pasadores, de 10 a 30 mm de diámetro): el tiempo de templado debe extenderse a 2-4 horas;
Para cargas de horno más grandes, el tiempo de templado debe aumentarse entre un 10% y un 20% para garantizar una transferencia de calor uniforme al núcleo de la pieza de trabajo.
Puntos de control clave: El uso de un método de “rampa de temperatura escalonada” puede optimizar la eficiencia del templado: primero aumente la temperatura del horno al 80 % de la temperatura objetivo, manténgala durante 30 minutos y luego auméntela a la temperatura objetivo para evitar nuevas tensiones térmicas en la pieza de trabajo debido a aumentos rápidos de temperatura.

3. Velocidad de enfriamiento: la última línea de defensa para un rendimiento estable
La velocidad de enfriamiento tras el revenido tiene un impacto relativamente bajo en el rendimiento de la pieza, pero aun así requiere un control adecuado. Normalmente se utiliza refrigeración por aire (refrigeración natural) o refrigeración por horno (refrigeración en horno):

Después del revenido a baja temperatura, generalmente se utiliza enfriamiento por aire para reducir rápidamente la temperatura a temperatura ambiente y evitar la exposición prolongada a temperaturas medias, que pueden provocar pérdida de dureza.

Si se requiere mayor tenacidad tras el revenido a temperatura media, se puede utilizar el enfriamiento en horno. Este proceso de enfriamiento lento refina aún más el tamaño del grano y mejora la resistencia al impacto.

Puntos Clave de Control: Durante el proceso de enfriamiento, es importante evitar el contacto desigual entre la superficie de la pieza y el aire, lo cual puede provocar oxidación o descarburación. Se pueden introducir gases protectores como el nitrógeno en el horno de revenido o aplicar recubrimientos antioxidantes a la superficie de la pieza para garantizar su calidad.

III. Problemas comunes del templado de cadenas de rodillos y sus soluciones

Incluso entendiendo los parámetros fundamentales, pueden surgir problemas de calidad en el templado durante la producción real debido a factores como el equipo, la operación o los materiales. A continuación, se presentan los cuatro problemas más comunes durante el templado de cadenas de rodillos y sus correspondientes soluciones:

1. Dureza insuficiente o desigual

Síntomas: La dureza de la pieza de trabajo es inferior al requisito de diseño (por ejemplo, la dureza del rodillo no alcanza HRC 55) o la diferencia de dureza entre diferentes partes de la misma pieza de trabajo supera HRC 3. Causas:
La temperatura de revenido es demasiado alta o el tiempo de mantenimiento es demasiado largo;
La distribución de la temperatura del horno de templado es desigual;
La velocidad de enfriamiento de la pieza de trabajo después del enfriamiento es insuficiente, lo que da como resultado una formación incompleta de martensita.
Soluciones:
Calibre el termopar del horno de templado, controle periódicamente la distribución de la temperatura dentro del horno y reemplace los tubos de calentamiento viejos;
Controlar estrictamente la temperatura y el tiempo de acuerdo con la hoja de proceso y emplear un mantenimiento por etapas;
Optimice el proceso de enfriamiento y temple para garantizar un enfriamiento rápido y uniforme de la pieza de trabajo.

2. No se elimina la tensión interna, lo que provoca grietas durante el uso.
Síntomas: Durante la instalación inicial y el uso de la cadena, el pasador o la placa de la cadena pueden romperse sin previo aviso, con una fractura frágil.
Causas:
La temperatura de revenido es demasiado baja o el tiempo de mantenimiento es demasiado corto, lo que da como resultado una liberación inadecuada de la tensión interna;
La pieza no se templa rápidamente después del temple (durante más de 24 horas), lo que provoca la acumulación de tensión interna. Solución:
Aumente adecuadamente la temperatura de revenido en función del espesor de la pieza de trabajo (por ejemplo, de 300 °C a 320 °C para pasadores) y extienda el tiempo de mantenimiento.
Después del temple, la pieza de trabajo debe revenirse dentro de las 4 horas para evitar la acumulación prolongada de tensión.
Utilice un proceso de “revenido secundario” para los componentes clave (después del revenido inicial, enfríe a temperatura ambiente y luego revenda nuevamente a temperaturas elevadas) para eliminar aún más la tensión residual.

3. Oxidación superficial y descarburación

Síntomas: Aparece una capa de óxido gris negruzco en la superficie de la pieza de trabajo, o un probador de dureza indica que la dureza de la superficie es menor que la dureza del núcleo (la capa de descarburación tiene más de 0,1 mm de espesor).
Causa:
El contenido excesivo de aire en el horno de templado provoca una reacción entre la pieza de trabajo y el oxígeno.
Un tiempo de revenido excesivo provoca la difusión y disipación del carbono de la superficie. Solución: Utilice un horno de revenido sellado con atmósfera protectora de nitrógeno o hidrógeno para controlar el contenido de oxígeno en el horno por debajo del 0,5 %. Reduzca el tiempo de revenido innecesario y optimice el método de carga del horno para evitar la sobrecarga de las piezas. En el caso de piezas ligeramente oxidadas, realice un granallado después del revenido para eliminar la cascarilla superficial.

4. Deformación dimensional

Síntomas: Ovalidad excesiva del rodillo (superior a 0,05 mm) u orificios de la placa de cadena desalineados.

Causa: Las velocidades de calentamiento o enfriamiento del templado excesivamente rápidas generan tensión térmica que conduce a la deformación.

La colocación incorrecta de las piezas de trabajo durante la carga del horno da como resultado una tensión desigual.

Solución: utilizar calentamiento lento (50 °C/hora) y enfriamiento lento para reducir el estrés térmico.

Diseñe accesorios especializados para garantizar que la pieza de trabajo permanezca libre durante el templado para evitar la deformación por compresión.

Para piezas de alta precisión, agregue un paso de enderezamiento después del templado, utilizando enderezamiento a presión o tratamiento térmico para corregir las dimensiones.

IV. Inspección de calidad del proceso de revenido y criterios de aceptación

Para garantizar que los componentes de la cadena de rodillos cumplan con los requisitos de rendimiento después del templado, se debe establecer un sistema de inspección de calidad integral, realizando inspecciones exhaustivas en cuatro dimensiones: apariencia, dureza, propiedades mecánicas y microestructura.

1. Inspección de apariencia

Contenido de la inspección: Defectos superficiales como sarro, grietas y abolladuras.

Método de inspección: Inspección visual o inspección con lupa (aumento de 10x).

Criterios de aceptación: Sin incrustaciones visibles, grietas o rebabas en la superficie y color uniforme.

2. Inspección de dureza

Contenido de la inspección: Dureza superficial y uniformidad de dureza.

Método de inspección: utilice un probador de dureza Rockwell (HRC) para probar la dureza de la superficie de los rodillos y pasadores. Se toma una muestra aleatoria del 5 % de las piezas de trabajo de cada lote y se inspeccionan tres ubicaciones diferentes en cada pieza de trabajo.

Criterios de aceptación:

Rodillos y bujes: HRC 55-60, con una diferencia de dureza ≤ HRC3 dentro del mismo lote.

Pasador y placa de cadena: HRC 35-45, con una diferencia de dureza ≤ HRC2 dentro del mismo lote. 3. Pruebas de propiedades mecánicas

Contenido de la prueba: Resistencia a la tracción, tenacidad al impacto;

Método de prueba: Se preparan muestras estándar a partir de un lote de piezas de trabajo cada trimestre para pruebas de tracción (GB/T 228.1) y pruebas de impacto (GB/T 229);

Criterios de aceptación:

Resistencia a la tracción: Pasadores ≥ 800 MPa, Cadenas ≥ 600 MPa;

Resistencia al impacto: Pasadores ≥ 30 J/cm², Cadenas ≥ 25 J/cm².

4. Pruebas de microestructura

Contenido de la prueba: La estructura interna es martensita templada uniformemente y bainita templada;

Método de prueba: Se cortan secciones transversales de la pieza de trabajo, se pulen y se graban, y luego se observan utilizando un microscopio metalográfico (aumento de 400x);

Criterios de aceptación: Estructura uniforme sin carburos de red ni granos gruesos y con un espesor de capa descarburada ≤ 0,05 mm.

V. Tendencias de la industria: La dirección de desarrollo de los procesos de templado inteligente

Con la adopción generalizada de las tecnologías de la Industria 4.0, los procesos de templado de cadenas de rodillos están evolucionando hacia procesos inteligentes, precisos y ecológicos. Cabe destacar tres tendencias clave:

1. Sistema de control de temperatura inteligente

Mediante tecnología del Internet de las Cosas (IoT), se instalan múltiples conjuntos de termopares de alta precisión y sensores de temperatura infrarrojos en el horno de templado para recopilar datos de temperatura en tiempo real. Mediante algoritmos de IA, la potencia de calentamiento se ajusta automáticamente para lograr una precisión de control de temperatura de ±2 °C. Además, el sistema registra la curva de templado de cada lote de piezas, creando un registro de calidad trazable.

2. Simulación de procesos digitales

Mediante software de análisis de elementos finitos (como ANSYS), se simulan los campos de temperatura y tensión de la pieza durante el revenido para predecir la posible deformación y el rendimiento irregular, optimizando así los parámetros del proceso. Por ejemplo, la simulación puede determinar el tiempo de revenido óptimo para un modelo de rodillo específico, lo que aumenta la eficiencia en un 30 % en comparación con los métodos tradicionales de prueba y error.
3. Procesos ecológicos y de ahorro energético

El desarrollo de tecnología de revenido a baja temperatura y de corta duración reduce la temperatura de revenido y el consumo energético mediante la adición de un catalizador. La implementación de un sistema de recuperación de calor residual para reciclar el calor de los gases de combustión a alta temperatura del horno de revenido para el precalentamiento de las piezas, logra un ahorro energético superior al 20 %. Además, la promoción del uso de recubrimientos antioxidantes hidrosolubles como alternativa a los recubrimientos tradicionales a base de aceite reduce las emisiones de COV.