~BRÓBKA CIEPLNO~CHEMICZNA STOPÓW

METALI

2.1. lstota obróbki cieplno-chemicznej

Dotychczas opracowano wiele rodzajów obróbki powierzchniowej wyko-

rz~ ~ stujšcv ~ ch zgniot, przemiany fazowe i wzbogacenie powierzchni w pierwiast-

ki stopowe. Ich atrakcyjnoœć wynika ze zmniejszenia kosztów zwišzanych

z możl iwoœciš zastšpienia stali wysokostopowej stalš niskostopowš. Spoœród

t~'ch metod najczęstsze zastosowanie w przemyœle 1a obróbka cieplno-che-

miczna.

Obróbka cieplno-chemiczna polega na połšczeniu zabiegów cieplnych

z celowš zmianš składu chemicznego materiału w strefie powierzchniowej ob-

rabianego przedmiotu. Najczęœciej stosowanymi rodzajami obróbki cieplno-che-

micznej sš: nawęglanie, azotowanie, cyjanowanie, borowanie oraz chromowanie

j alurniniowanie.

Podczas obróbki cieplno-chemicznej zachodZĽ następujšce procesy:

. reakcje ch3miczne w oœrodku, które decydujš 0 uzyskaniu atmosfery

z aktywnyrni atomami (dysocjacja, wymiana, redukcja), . adsorpcja aktywnych atomów na powierzchni obrabianych elementów,

. dyfuzja aktywnych atomów do warstwy wierzchniej obrabianego elementu. , ~š

Jako oœrodki aktywne sš stosowane substancje stale, ciekle lub gazoWe. .

Sklad chemiczny oœrodka dobiera się tak, aby stężenie aktywnych atomów było 1W

wystarczajšce do pokrycia powierzchni obrabianego elementu monomolekular- "

~~,~

nš warstwš atomów.

Dyfuzja zaadsorbowanych atomów w głšb odbywa się mechanizmem mię- ~§,

dzywęzlowym (pierwiastki 0 małych œrednicach atomowych, np. węgiel, amt, US

bor) lub mechanizmem wakansowym (pierwiastki metaliczne, np. chrom, alu. %

minium, tytan). Iloœciowo proces dyfuzji jest opisany pierwszym i drugim pra- %.

rl~~

wem Ficka: ~!1

2.2. Nawęglanie

Nawęglanie jest to dyfuzyjne nasycanie warstwy wierzchniej wyrobów ze

stali węglem. Przeprowadza się je w celu zwiększenia twardoœci powierzchni

nawęglanych elementów i ich odpomoœci na œcieranie. Jest stosowane w proce-

sach technologicznych kól zębatych, wałków zębatych i z wielowypustami, wał-

ków rozrZĽdu, sworzni tłokowych oraz kulistych, pierœcieni i wałków łożysk

tocznych 0 dużych wymiarach.

Nawęglaniu poddaje się stal stopowš niskowęglowš (poniżej 0,25% węgla)

zwykle z dodatkiem 1 -2% chromu oraz, w zależnoœci 0d gatunku, zawierajšcš

molibden, mangan, nikiel, niekiedy wanad, wolfram lub tytan (np. 15H, 20HG,

18HGM, 12HZN4A, 18HZN4WA).

Nawęglanie prowadzi się w oœrodkach stałych, ciekłych i gazowych:

. nawęglanie w oœrodkach stałych - przeprowadza się w proszku z węgla

drzewnego, impregnowanego węglanami sodu lub potasu, w temperatu-

rze 900°C. W wyniku rozkładu węglanów powstaje dwutlenek węgla,

który ulega redukcji do tlenku węgla. NIETRwAŁY tlenek rozkłada się na

powierzchni stali, dajšc atomy węgla nasycajšce powierzchnię stali,

. nawęglanie w oœrodkach ciekłych - odbywa się przez zanurzAnie obra-

bianych przedmiotów w solach, będšcych mieszaninami węglanów,

chlorków lub cyjanków metali alkalicznych. Temperatura nawęglania w tym oœrodku wynosi 830-850°C,

. nawęglanie gazowe - odbywa się w atmosferze tlenku węgla i metanu

w temperaturze ok. 900°C. Poza temperaturš i czasem nawęglania 0 wy-

nikach procesu decyduje potencjał węglowy i natężenie przepływu

oœrodka nawęglajšcego,

. nawęglanie w złożach fluidalnych - jest odmianš nawęglania gazowego;

proces jest wykonywany w złożu tworzonym przez czšstki ciała stałego

(np. piasku lub tlenku alurninium) utrzymywane w zawieszeniu przez 90-

ršcy gaz nasycajšcy, przepływajšcy przez złoże 0d dołu ku górze,

. nawęglanie próżniowe - może odbywać się tahe pod obniżonym ciœnie-

n iem w atmosferze metanu, propanu i innych gazów. W ęgiel atomowy

jest uzyskiwany w wyniku rozpadu wymienionych gazów.

W warstwie nawęglonej moŻIIa wyróżnić trzy strefy:

. nadeutektoidalnš - 0 strukturze perlitu z cementytem drugorzędowym,

. eutektoidalnš- 0 strukturze perlitycznej,

. podeutektoidalnš - 0 strukturze perlityczno-ferrytycznej.

Ponadto w warstwie nawęglonej tworZĽ się węgliki pierwiastków stopowych.

Po nawęglaniu stosuje się obróbkę cieplnš (rys. 1) polegajšcš na wstępnym

hartowaniu z temperatury właœciwej dla rdzenia (wyższej 0d Ac3), ponownym

hartowaniu z temperatury wyższej 0d Acl - właœciwej dla warstwy nawe~lonei

---