Pytanie nr 1 - Wymień metody nawęglania i opisz jedną z nich.

Metody nawęglania:

• w ośrodkach stałych (proszkach)

• w roztopionych solach

• gazowe

• w złożach fluidalnych

• próżniowe

• jonizacyjne

Nawęglanie w ośrodkach stałych: odbywa się w proszku węgla drzewnego, często wymieszanego ze sproszkowanymi węglanami sodu, wapnia, litu lub baru, zwykle w temperaturze ok. 900ºC. Elementy przeznaczone do nawęglania umieszcza się w skrzynkach, a przestrzeń między nimi wypełnia proszkiem nawęglającym, zwanym nawęglaczem.
Nawęglanie w roztopionych solach: Nawęglanie wykonywano przez zanurzanie obrabianych przedmiotów w roztopionych solach, zwykle mieszaninach węglanów, chlorków lub cyjanków metali alkaicznych.
• Temperatura nawęglania w tym ośrodku wynosi 830÷850ºC.
• Zaletą tego sposobu nawęglania jest możliwość bezpośredniego hartowania.
• Wadą tego sposobu nawęglania jest tworzenie się żużla, który musi być systematycznie usuwany.
Nawęglanie gazowe: Sposób ten jest najbardziej nowoczesny i obecnie najczęściej stosowany. Wymaga jednak specjalnych pieców, wytwornic atmosfery nawęglającej i aparatury kontrolno-pomiarowej.
• Na przebieg nawęglania ma zasadniczy wpływ skład atmosfery oraz temperatura i czas.
• Między składnikami atmosfery wytwarza się stan równowagi, co decyduje o powstaniu określonych proporcji ilościowych CO2/CO i H2O/H2, zależnych od temperatury i ciśnienia.
• Utrzymanie właściwego potencjału węglowego jest zasadniczym warunkiem prawidłowego przebiegu procesu nawęglania i powstania prawidłowej struktury warstwy.
Nawęglanie w złożach fluidalnych: Złoże fluidalne to ośrodek składający się z warstwy drobnych cząstek ciała stałego, zawieszonych w strumieniu gazu przepływającego z odpowiednią prędkością.
• W złożu fluidalnym następuje burzliwy ruch cząstek przy dużej powierzchni między faza stałą i gazową.
• Zaletą nagrzewania w złożu fluidalnym jest możliwość przeprowadzenia obróbki cieplno- chemicznej.
• Efektywność obróbki cieplno-chemicznej w złożu fluidalnym jest znacznie większa niż metod tradycyjnych.
Nawęglanie próżniowe:
• Nawęglanie w obniżonym ciśnieniu w atmosferze metanu lub innych gazów. Zaletami tej metody jest dobra adsorpcja i niskie zużycie gazu.
• W metodzie tej atomowy węgiel jest uzyskiwany w wyniku reakcji rozpadu wymienionych gazów.
• Nawęglanie próżniowe zapewnia lepszą adsorpcję węgla z atmosfery o niskim ciśnieniu i mniejsze zużycie gazu.
Nawęglanie jonizacyjne:
• Polega ono na wygrzewaniu stali w piecu próżniowym w atmosferze węglowodorów o niskim ciśnieniu z jednoczesnym przyłożeniem wysokiego napięcia stałego między obrabianym przedmiotem, który stanowi katodę, a anodą.
• Metoda ta zapewnia wysoką wydajność procesu, umożliwia regulację grubości i struktury warstwy nawęglonej.

Pytanie nr 2 - Jaki jest cel nawęglania oraz wymień własności materiału po nawęglaniu.

Celem procesu nawęglania jest uzyskanie części o twardej i odpornej na ścieranie powierzchni przy zachowaniu plastycznego (miękkiego i elastycznego - w skrócie: ciągliwego) rdzenia, zapewniającego odporność na obciążenia udarowe - własności pożądane w przypadku kół zębatych, osi, części wałków jak czopy, wielo - wypusty, krzywki itd.

Końcowe własności materiału:

Nawęglanie z następnym hartowaniem i niskim odpuszczaniem zapewnia:

• dużą twardość,

• dużą odporność na ścieranie i naciski powierzchniowe

• znaczną wytrzymałość zmęczeniową

• rdzeń wykazuję duża ciągliwość, sprężystość i odporność na dynamiczne obciążenie

• zawartość węgla w strefie nawęglania wzrasta do 1-1,3%

Pytanie nr 3 - Scharakteryzuj proces azotowania oraz wymień istniejące sposoby technologiczne przeprowadzania tego procesu.

Azotowanie jest rodzajem obróbki cieplno-chemicznej polegającej na dyfuzyjnym nasycaniu wierzchniej warstwy metalu azotem.( Dyfuzja polega na samorzutnym mieszaniu się cząsteczek i atomów różnych substancji. Zachodzi ona pod wpływem ruchów cieplnych. ) Proces ten ma na celu zwiększenie odporności na korozje azotowanego metalu a także na poprawie jego własności tribologicznych. Azotowanie możliwe jest na kilka sposobów technologicznych takich jak:

• Azotowanie gazowe

• Azotowanie plazmowe

• Azotowanie w złożach fluidalnych

• Azotowanie w proszkach

• Azotowanie jonowe

Pytanie nr 4 - Scharakteryzować azotowanie utwardzające i antykorozyjne (podać temp., czas procesu oraz jego praktyczne zastosowanie).

a) Azotowaniu utwardzającemu poddaje się elementy konstrukcyjne i narzędziowe narażone podczas pracy na zużycie ścierne i korozję, np. elementy silników i pomp. Azotowanie utwardzające wykonuje się w atmosferze amoniaku, w temperatura 480-680°C. Proces trwa przez kilkanaście- kilkadziesiąt godzin.

b) Azotowaniu antykorozyjnemu poddaje się elementy wykonane ze stali niestopowych i niskostopowych oraz żeliw np. palniki spawalnicze, zawory, okucia budowlane, części hamulców kolejowych,Proces wykonuje się w atmosferze amoniaku, w temperaturze 600 - 700 0C przez ok. 1-6 godzin.

Pytanie nr 5 - Zastosowanie siarkowania dyfuzyjnego.

Siarkowanie dyfuzyjne stosuje się celem zwiększenia odporności na ścieranie, a zatem proces jest wykorzystywany głównie do narzędzi skrawających i do obróbki plastycznej.

Pytanie nr 6 - Własności uzyskane po węgloazotowaniu gazowym. Podaj temperatury węgloazotowania wysoko- i niskotemperaturowego oraz czas tych procesów.

Niskotemperaturowe: Temperatura procesu wynosi ok 550 C, Czas:0,5 -2 h, Grubość warstwy ok 20 um.

Wysokotemperaturowe :Temperatura 750-900 C. (zakres austenityczny) Czas trwania procesu : 10 do 20 minut
Ośrodek: mieszanina stopionych soli tj. Na2CO2 +NaCl z dodatkiem ok. 30% NaCN,

Po węgloazotowaniu gazowym uzyskujemy :Zwiększenie twardości, odporności na ścieranie, poprawienie wytrzymałości zmęczeniowej

Pytanie nr 7 - Co to jest aluminiowanie dyfuzyjne?

Aluminiowanie dyfuzyjne - polega na dyfuzyjnym nasycaniu aluminium warstwy powierzchniowej przedmiotów stalowych lub żeliwnych w celu nadania im żaroodporności.

Pytanie nr 8 - Podział metod obróbki cieplno-chemicznej (dyfuzyjnych).

Metody obróbki cieplno-chemicznej:

a) nasycenie dyfuzyjne jednym pierwiastkiem

• chromowanie

• tytanowanie

• wanadowanie

• aluminiowanie

b) kompleksowe nasycanie stali

• chromo-aluminiowanie

• chromo-wanadowanie

Pytanie nr 9 - Na czym polega borowanie?

Borowanie - metoda obróbki cieplno-chemicznej stali. Polega na nasycaniu borem powierzchniowej warstwy przedmiotów stalowych. Jej skutkiem jest zwiększenie odporności na działanie kwasu solnego i innych kwasów, nadanie właściwości antykorozyjnych, twardości (odporności na ścieranie), doprowadzanie do nierozpuszczalności w stopionych metalach (Cynk oraz Glin) oraz zwiększenie żaroodporności stali (do 800°C). Obróbkę tę stosuje się zazwyczaj wobec narzędzi nie poddawanych obciążeniom dynamicznym, gdyż nadaje ona większą odporność, niż procesy azotowania i nawęglania, ale jej wadą jest zwiększenie kruchości stali. Naborowywanie przeprowadza się w temperaturze około 1000 °C, w ośrodkach ciekłych lub stałych, które wydzielają bor.

Pytanie nr 10 - Wymienić i krótko scharakteryzować rodzaje borowania ze względu na ośrodek.

Metody borowania ze względu na ośrodek:

• borowanie w ośrodkach stałych - w tym w proszkach i pastach

• borowanie w ośrodkach ciekłych - z pododmianą borowania elektrolitycznego

• borowanie w ośrodkach gazowych - w tym metody borowania jonowego

Borowanie w proszkach - przeprowadza się w mieszaninie tlenku glinu, węgliku glinu, węglika boru B4C (15 - 35%) lub żelazoboru z dodatkiem aktywatorów, np. 1,5% NH4Cl i 1,5% NaF.

Temperatura procesu ok. 950%. Naborowywane elementy ładuje się wraz z mieszanką do uszczelnionych skrzynek i wygrzewa dyfuzyjnie ok. 6 h. Można borować stale średniowęglowe i niskostopowe z dodatkiem chromu, krzemu i innych pierwiastków.

Odmianą borowania w proszkach jest metoda aluminotermiczna, w której wykorzystuje się bezwodnik kwasu borowego B2O3 w ilości 15-30% i wprowadza się proszek aluminium do jego zredukowania w ilości min. 75% masy B2O3, oprócz tego Al2O3 i aktywatory. Metoda ta pozwala na wytworzenie jednofazowych Fe2B, które są mniej skłonne do wykruszania. Zwiększając zawartość glinu do ponad 75% można uzyskać warstwy boroglinowe, które w niektórych przypadkach wykazują większą odporność na zużycie niż jednoskładnikowe.

Borowanie kąpielowe - nagrzewanie przeprowadza się przez zanurzenie elementu na krótki czas w kąpieli solnej lub metalowej, po czym następuje ostudzenie w wodzie. Grubość warstwy zahartowanej reguluje się czasem zanurzenia w kąpieli. Kąpiel składa się z BaCl2+ NaCl+ ok. 10% B4C, temp. 950°C. Inna metoda polega na zastosowaniu boraksu z dodatkiem ok. 10% NaCl i ok. 35% B4C lub SiC. Temp procesu wynosi 850°C, czas ok. 3 h.

Borowanie gazowe gazowe odbywa się w atmosferze stanowiącej mieszaninę dwuborowodoru B2H6 lub trójchlorku boru BCl3 z gazem nośnym, którym jest wodór, argon

lub azot. Jest ono uważane za metodę nowoczesną i energooszczędną, ale wymaga kosztownych urządzeń. Ma też wady: nie można stosować bezpośredniego hartownia, gazowe związki boru są bardzo toksyczne.

---