Les especificacions de duresa dominen els models de tractament tèrmic de forja. Molts dibuixos no porten res més enllà dels valors HB o HRC, a més d'un marge de distorsió admissible. Però el control de qualitat basat en el disseny-executa zones de tractament tèrmic més profundes-localitzades, els requisits de profunditat de caixa per als components endurits-superficials i la duresa del nucli interaccionen amb la fiabilitat dels components finals. Els objectius de rendiment determinen cada indicador.
Duresa: la mètrica primària amb una advertència crítica
Les proves de duresa dominen la verificació de la qualitat del taller-ràpida, no destructiva i rendible-. La correlació entre duresa i resistència a la tracció el converteix en un substitut pràctic per a l'avaluació de propietats mecàniques quan les proves de tracció completes no són pràctiques. ASTM A909/A909M connecta explícitament la duresa amb els requisits de resistència a la fluència, resistència a la tracció, allargament i ductilitat en forjats d'acer al carboni microaliat.
Però la confiança cega en els valors de duresa del manual crea errors de camp. L'anàlisi del mode de fallada ha d'impulsar objectius de duresa.
Una vareta de martell de forja de 10-tones fabricada amb 40CrNi o 35CrMo ho il·lustra. Les especificacions inicials prescriuen una duresa baixa (241-270 HBW) basant-se en la càrrega suposada per l'impacte-dominat. La vida de la vareta es va quedar curta. La investigació de la fallada va revelar la fractura per fatiga, no la sobrecàrrega d'impacte, com el mecanisme principal. L'augment de la duresa a 38-43 HRC va allargar la vida útil de manera espectacular. Una duresa més baixa hauria estat més segura per a l'impacte; una duresa més alta va resultar correcta per a la fatiga.
Els dissenyadors que calculen distribucions de tensió, apliquen factors de seguretat, converteixen els requisits de resistència mitjançant taules de conversió de duresa estàndard i ho diuen acabat-perden completament la conversa del mode d'error. Els encunys-de treball en fred ofereixen la lliçó inversa. Les premses d'alta-precisió requereixen eines d'alta duresa. La poca precisió de la màquina combinada amb una gran energia d'impacte, però, prefereix una duresa lleugerament reduïda per evitar l'estellament de les vores o la fractura completa.
Força-Equilibri de resistència: la relació complementària
Els graus d'acer presenten un comportament de resistència i duresa mútuament exclusius. Els forjats estructurals dissenyats amb marges de tenacitat excessius sacrifiquen la força, conduint components sobredimensionats amb una vida útil limitada a la fatiga. Per contra, les eines i les matrius optimitzades exclusivament per a la resistència al desgast-duresa màxima, tenacitat mínima-fractura prematurament sota un impacte cíclic.
L'equilibri adequat sorgeix de l'anàlisi documentada de les condicions del servei. Els valors de resistència del material mesurats a partir d'espècimens de prova estandarditzats rarament es tradueixen directament als efectes de la mida de la resistència estructural dels components-, la sensibilitat de l'osca i els estats de tensió residual alteren el rendiment real-del món real per marges substancials. La força del nivell-del sistema que inclou components adjacents que interactuen afegeix una altra variable.
Els diferencials de duresa optimitzen la vida útil del conjunt. Els coixinets d'elements rodants augmenten la vida útil quan la bola corre 2 HRC més dura que la pista. Els pinyons d'accionament de l'automòbil superen quan la duresa superficial supera l'engranatge d'acoblament en 2-5 HRC. Un material idèntic amb idèntica duresa, per contra, sovint produeix una poca resistència al desgast en contacte amb el fregament.
Coordinació de nucli i superfície en components endurits
Les-parts endurides-carburitzades, carbonitrudes, endurides per inducció, nitrudes-demanen objectius específics de força del nucli a una profunditat fixa de la caixa. L'excés de força del nucli redueix l'estrès residual de compressió de la superfície beneficiosa, reduint la resistència a la fatiga. La força insuficient del nucli mou l'inici de la fatiga a la zona de transició, accelerant la propagació de les esquerdes.
La norma ISO 18203 estandarditza els mètodes de mesura de la profunditat de la caixa en els processos tèrmics, com ara l'enduriment per flama, inducció, feix d'electrons i làser, així com tractaments termoquímics com la cementació, la carbonitruració i la nitruració. El document defineix la profunditat d'enduriment com la distància vertical des de la superfície fins al punt de mesura de la duresa que arriba a 550 HV segons ISO 6507-1. La profunditat de duresa de nitruració especifica el punt on la duresa supera els valors bàsics en 50 HV.
Les relacions òptimes d'enduriment per a engranatges carburats es troben entre 0,1 i 0,15 de profunditat relativa efectiva de la caixa. Moltes especificacions existents són substancialment més profundes del que cal. La reducció de la profunditat de la caixa a aquest rang optimitzat manté simultàniament la vida útil a la fatiga alhora que ofereix un estalvi d'energia mesurable.
