Redução das distorções dimensionais em juntas homocinéticas fabricadas em aço SAE 1050 após o tratamento térmico de têmpera por indução

Abstract

A junta homocinética é um componente automotivo que participa da transmissão de potência do motor para as rodas do veículo, necessitando de um projeto que garanta seu adequado desempenho com um menor custo de produção. Uma das alternativas para redução de custos adotada pela indústria automotiva é o uso de aços carbono com o SAE 1050 para a fabricação da junta após passar pelo tratamento térmico de têmpera por indução, o que melhora as propriedades mecânicas da junta, mas a torna sujeita a distorções dimensionais que prejudicam seu encaixe e a sua funcionalidade. Contudo, é possível controlar certos parâmetros do processo de têmpera por indução, como potência, tempo de aquecimento e taxa de resfriamento, a fim de minimizar tais distorções e, ao mesmo tempo, promover alterações nas propriedades mecânicas da superfície do metal, mantendo suas propriedades no núcleo. A potência de aquecimento pode ser controlada e soluções contendo polialquilenoglicol (PAG) podem ser empregadas como meio de resfriamento de peças no processo de têmpera, permitindo controlar a severidade do resfriamento em função da quantidade de PAG presente na solução. O presente estudo tem como objetivo avaliar as distorções dimensionais após a têmpera por indução de um componente automotivo, fabricado em aço SAE 1050, que possui tolerâncias dimensionais de montagem muito justas. Neste trabalho, foi avaliada a microestrutura, a dureza, a espessura da camada temperada e variação dimensional de amostras de ponta de eixo submetidas ao tratamento térmico de têmpera por indução realizado em diferentes potências de aquecimento (95%, 87% e 78%) e resfriamento sob diferentes concentrações de PAG (5%, 10% e 15% de PAG). O aquecimento a uma potência de 78% garantiu as melhores propriedades mecânicas à peça, enquanto apresentou o menor nível de distorções dimensionais e um tamanho de grão 37% menor em comparação com a maior potência. O resfriamento em solução de 15% de PAG produziu uma camada temperada de menor dureza (703 HV) e menor profundidade (2,75 mm), porém as distorções se mostraram menos severas nas três regiões analisadas, cumprindo os requisitos geométricos da peça, cujas dimensões estão dentro dos limites de tolerância dimensional.

The half shaft constant velocity joint is an automotive component that participates in the transmission of engine power to the vehicle's wheels, requiring a design that guarantees adequate performance with lower production costs. One cost-saving alternative adopted by the automotive industry is the use of carbon steels with SAE 1050 to manufacture the joint after being processed by induction hardening heat treatment, which improves the mechanical properties of the joint, but makes it subject to dimensional distortions that impair its fit and functionality. Nevertheless, it is possible to control certain parameters of the induction hardening process, such as power, heating time, and cooling rate, to minimize these distortions and simultaneously induce changes in the metal surface's mechanical properties while preserving its core properties. Heating power can be controlled, and solutions containing polyalkylene glycol (PAG) can be employed as a cooling medium, allowing for the control of cooling severity based on the PAG concentration in the solution. This study aims to evaluate dimensional distortions after the induction hardening of an automotive component manufactured with SAE 1050 steel, which has very fair dimensional assembly tolerances. In this work, the microstructure, hardness, effective case depth, and dimensional variation of Fixed Outer Race samples subjected to induction hardening heat treatment at different heating powers (95%, 87%, and 78%) and cooling under various PAG concentrations (5%, 10%, and 15% PAG) were evaluated. Heating at 78% power ensured the best mechanical properties for the piece, exhibiting the least dimensional distortions and a grain size 37% smaller than the highest power. Cooling in a 15% PAG solution produced an effective case depth with lower hardness (703 HV) and shallower depth (2.75 mm), but the distortions appeared less severe in the three regions analyzed, complying the geometric requirements of the part, whose dimensions are within the limits of dimensional tolerance.