Temple por inducción de ejes: endurecimiento de la capa superficial en 1045 y 4140

Cómo funciona

Una bobina inductora por la que circula corriente alterna de alta frecuencia rodea el eje. La corriente induce corrientes parásitas (de Foucault) en la superficie del acero, calentando una fina capa por encima de la temperatura de transformación en segundos; un temple inmediato por pulverización de agua o polímero convierte esa capa en martensita dura. El grueso del eje nunca se calienta, por lo que conserva sus propiedades originales — a menudo preendurecidas y revenidas.

La frecuencia determina la profundidad de capa

La corriente inducida se concentra cerca de la superficie, y la profundidad calentada disminuye a medida que aumenta la frecuencia. Esta es la relación de diseño central del proceso:

• Frecuencias bajas (unos pocos kHz, máquinas de media frecuencia): capas profundas, aproximadamente de la clase 2–6 mm, para ejes grandes y muñones pesados.
• Frecuencias altas (cientos de kHz): capas poco profundas, desde fracciones de milímetro hasta unos 1.5 mm, para piezas pequeñas y detalles finos.

En la práctica, la profundidad de capa se especifica hasta un límite de dureza (como en la cementación, a menudo 550 HV) y la máquina, la frecuencia y el tiempo de calentamiento se seleccionan para alcanzarla con una zona de transición que no llega a aflorar como superficie blanda y sin endurecer en ningún punto del patrón.

Los aceros

Se especifican aceros de carbono medio porque la dureza en estado templado procede del carbono:

• 1045 / C45 — el estándar económico; dureza superficial típicamente en la zona media de los 50 HRC, núcleo en estado de laminación o normalizado.
• 4140 / 42CrMo4 — utilizado preendurecido y revenido cuando el núcleo debe soportar cargas reales; la capa de inducción añade resistencia al desgaste y a la fatiga sobre un sustrato resistente, y su contenido de aleación amplía la ventana de proceso.

El carbono por debajo de aproximadamente 0.35% da una dureza superficial decepcionante; muy por encima de 0.6% aumenta el riesgo de grietas de temple.

Patrones y zonas blandas

Un inductor de barrido endurece una banda a medida que se desplaza a lo largo del eje, dejando una zona de salida (run-out) donde el barrido empieza y termina, y las bandas endurecidas en ejes complejos están separadas por zonas blandas — en resaltes, gargantas y entre detalles adyacentes — porque la bobina no puede calentar uniformemente una esquina interna aguda y los barridos solapados revenían la banda anterior. Un buen diseño trata estos hechos como realidades, no como defectos:

• Mantener las superficies de contacto de retenes y rodamientos dentro del patrón endurecido, lejos de las zonas de salida.
• Situar las zonas blandas donde la tensión de flexión y el desgaste sean bajos.
• Vigilar los detalles sensibles a las grietas — chaveteros, taladros transversales y acuerdos agudos dentro de la zona calentada necesitan chaflanes y ensayos de proceso.

Por qué elegirlo

Comparado con la cementación, el temple por inducción es rápido, local, fácilmente automatizable en línea, y se aplica después de la mayor parte del mecanizado. Renuncia a la capa profunda y de gradiente gradual de la cementación a cambio de velocidad y selectividad — en los ejes, ese suele ser el intercambio correcto.

La capa endurecida también porta tensiones residuales de compresión, porque la capa de martensita expandida está constreñida por el núcleo inalterado. Esa compresión es gran parte de la razón por la que los muñones y acuerdos endurecidos por inducción muestran una vida a fatiga por flexión y torsión notablemente mejor que los equivalentes endurecidos en todo el espesor o sin tratar — siempre que el patrón endurecido cubra realmente la concentración de tensiones, lo cual es una decisión de diseño, no un accidente del proceso.