Chemicko-tepelné zpracování je technologický proces, který kombinuje tepelné účinky se změnou chemického složení povrchové vrstvy dílce. Technologie CHT se skládá z topných částí ve speciálních aktivních atmosférách (pevné, kapalné, plynné), tzn. v atmosférách se zvýšenou koncentrací prvku, který mění chemické složení povrchové (povrchové) vrstvy.
Existují dva typy CTO:
1. Difúzní nasycení ocelí a slitin s metaloidními prvky s menší velikostí atomů než základní kov (železo, titan atd.): uhlík, dusík, bor. V tomto případě je vrstva obohacená těmito prvky umístěna hluboko od povrchu („uvnitř slitiny“) (obr. 2.32).
2. Difúzní sycení ocelí a slitin kovy: hliníkování (Al), chromování (Cr), zinkování (Zn) a další prvky. V tomto případě se na povrchu nachází vrstva obohacená těmito prvky, tvořící povlak a částečně proniká do kovu (obr. 2.33).
Rýže. 2.32. Chemicko-tepelné zpracování slitin s metaloidy
Rýže. 2.33. Chemicko-tepelné zpracování slitin s kovy
HTO s difúzním nasycením uhlíkem a dusíkem
Cementace – druh chemické úpravy, která zahrnuje difúzní nasycení povrchové vrstvy kovu (slitiny) uhlíkem.
Účelem úpravy je zvýšení tvrdosti, odolnosti proti opotřebení (s dobrou odolností proti rázovému zatížení), odolnosti proti cyklickému zatížení a cyklickému kontaktnímu zatížení. Zároveň je zachováno plastové a viskózní jádro dílu, které zajišťuje výkon při ztížených podmínkách zatížení (obr. 2.34).
Rýže. 2.34. Vlastnosti cementovaného ocelového dílu, které poskytují odolnost vůči různým typům zatížení
Proces nauhličování se provádí na ocelích obsahujících 0,08 – 0,25 % C; Mohou to být uhlíkové nebo legované oceli. V důsledku cementace se koncentrace uhlíku v povrchové vrstvě zvyšuje na 0,8 – 1,4 % C.
Nejběžnější části, na které se CTO aplikuje, Jedná se o ozubená kola, třecí páry, vačky, uložení hřídelí pro ložiska.
Při chemicko-tepelném zpracování se k parametrům nezbytným pro jakýkoli proces tepelného zpracování – teplota, doba výdrže, rychlost ochlazování – přidává další – saturační prostředí (resp. aktivita saturačního prostředí).
Ohřev cementovaných dílů se provádí v austenitické oblasti při teplotách 900 – 1000ºС.
Doba výdrže závisí na jakosti oceli a tloušťce vrstvy, kterou je potřeba pro daný díl získat. Například u nízkouhlíkových ocelí trvá získání nauhličené vrstvy o hloubce 2 mm při teplotě 900 °C 16 hodin a při teplotě 950 °C 10 hodin.
Sytící médium při nauhličování se nazývá karburátor. Karburátor může být pevný, kapalný nebo plynný.
V tomto případě probíhá cementace vždy přes plynnou fázi. V saturujícím prostředí se vyskytují následující reakce:
VaCO3 + C → BaO + 2CO.
Vedoucí reakce probíhá na povrchu součásti:
Při nauhličování plynu se jako karburátor používá zemní plyn (jeho hlavní částí je metan) a reakce má následující formu:
V některých případech je výchozí plynné médium aktivováno ionizací v doutnavém výboji. Uhlík ve formě iontů je přenesen na nasycený povrch a adsorbován na něm. Průnik uhlíkových iontů hluboko do součásti, tzn. v austenitické oblasti dochází k difúzní saturaci. Rychlost ochlazování po udržení na nauhličovací teplotě je u pece pomalá. Po nauhličení má tedy ocel žíhanou strukturu. Po nauhličení se provádí kalení a nízké popouštění. Povrch dílu, který musí odolávat opotřebení a kontaktnímu zatížení, se skládá z vysokouhlíkových temperovaných martenzitových a cementitových částic. Tloušťka zpevněné vrstvy po cementaci je 1,5 – 2 mm (může však dosáhnout 6 mm).
„Dvouvrstvá“ struktura celého cementovaného dílu – martenzit s vysokým obsahem uhlíku na povrchu a martenzit s nízkým obsahem uhlíku v jádře, různé specifické objemy těchto složek – způsobuje vznik tlakových napětí v povrchové vrstvě, která jsou příznivá. pro provoz dílů pod cyklickým zatížením.
Nitridace – proces sycení slitin dusíkem z plynných médií.
Od procesu nauhličování se liší technologie procesu nitridace (teploty, doba trvání), jakož i doprovodné tepelné a mechanické úpravy, chemické složení použitých ocelí a konečné vlastnosti. Nitridace se používá pro oceli obsahující silnější nitridotvorné prvky než železo: chrom, molybden, hliník. Takové oceli jsou nízko a středně uhlíkové legované oceli jakosti 38ХМУА, 20Х2Н4ВА, 30Х3ВА atd.
Nitridace se provádí v amoniaku, který se při zahřívání disociuje v souladu s reakcí:
Ohřev se provádí v oblasti α při teplotách 500 – 600ºС. Protože se tyto teploty pohybují v teplotním rozsahu popouštění nebo stárnutí (u řady ocelí), lze proces nasycení kombinovat s tepelným zpracováním. Doba trvání je 24 – 60 hodin (z důvodu nižší teploty nasycení oproti cementaci).
Nitridace je dražší proces než nauhličování kvůli delší době procesu. Používá se pro kritické díly – klikové hřídele, vložky válců, šneky, pro tvarově složité díly a tenké profily, které nepodléhají následnému broušení.
Nevýhody: delší doba procesu, nižší kontaktní zatížení než u cementovaných dílů díky menší tloušťce vytvrzené vrstvy.
Moderní progresivní metoda nitridace je iontová nitridace. Provádí se ve speciálních instalacích, ve kterých součástí jsou katoda a stěny vakuové komory jsou anodou. Ve zředěné atmosféře čistého dusíku o tlaku 500–1300 Pa a napětí 300–800 V dochází k vybuzení doutnavého výboje a k ionizaci dusíku. Výhodami iontové nitridace jsou hospodárnost, dobrá řiditelnost procesu, použitelnost nejen na legované, ale i na vysoce legované (korozivzdorné) oceli a vysoká produktivita.
Chemicko-tepelné zpracování je proces, který je kombinací tepelných a chemických účinků za účelem změny složení, struktury a vlastností povrchové vrstvy oceli.
Účel chemicko-tepelného zpracování: zvýšení tvrdosti povrchu, odolnosti proti opotřebení, mezní trvanlivosti, odolnosti proti korozi, odolnosti vůči teplu (odolnost proti okují), odolnost proti kyselinám.
V průmyslu se nejvíce používají tyto druhy chemicko-tepelného zpracování: cementace; nitrokarburizace; nitridace; kyanizace; difúzní metalizace.
Cementace je proces sycení povrchu uhlíkem, prováděný za účelem povrchového kalení dílů.
Podle použitého nauhličovače se nauhličování dělí na tři typy: nauhličování pevným nauhličovačem; plynová cementace (metan, propan, zemní plyn).
Cementace plynem. Díly se ohřívají na 900–950ºС ve speciálních hermeticky uzavřených pecích, do kterých je kontinuálně přiváděn cementační plyn obsahující uhlík [přírodní (přírodní) nebo umělý].
Proces nauhličování v pevném nauhličovači je následující. Díly zabalené v krabici spolu s karburátorem (směs dřevěného uhlí s aktivátorem) se zahřejí na určitou teplotu a na této teplotě se udržují po dlouhou dobu, poté se ochladí a podrobí tepelnému zpracování.
Díly vyrobené z uhlíkové a legované oceli s obsahem uhlíku nejvýše 0,2 % jsou podrobeny cementaci kterýmkoli z výše uvedených způsobů. Zvláště dobré výsledky dává nauhličování legovaných ocelí obsahujících karbidotvorné prvky Cr, W, V: kromě zvýšení povrchové tvrdosti a odolnosti proti opotřebení se zvyšuje i jejich mez únavy.
Nitridace je proces nasycení povrchové vrstvy různých kovů a slitin, ocelových výrobků nebo dílů dusíkem při zahřívání ve vhodném prostředí. Zvyšuje se povrchová tvrdost výrobku, životnost, odolnost proti opotřebení a odolnost proti korozi.
Kyanidace – nasycení povrchové vrstvy výrobků uhlíkem i dusíkem.
Podle použitého média se rozlišuje kyanidace: v pevných médiích; v kapalných médiích; v plynném prostředí.
Podle teploty ohřevu se kyanidace dělí na nízkoteplotní a vysokoteplotní.
Kyanidace v kapalných médiích vyráběné v lázních z roztavených solí.
Kyanidace v plynných médiích (nitrokarburizace). Proces současného nasycení povrchu součásti uhlíkem a dusíkem. K tomu se díly ohřívají v prostředí sestávajícím z cementačního plynu a čpavku, to znamená, že nitrokarburizace kombinuje procesy plynové nauhličování a nitridace.
Difúzní nasycení kovy a metaloidy
V průmyslu se používají a používají metody sycení povrchu dílů různými kovy (hliník, chrom atd.) a metaloidy (křemík, bór atd.) Účelem takového sycení je zvýšení odolnosti proti okují, odolnosti proti korozi , odolnost proti kyselinám, tvrdost a odolnost dílů proti opotřebení. Díky tomu povrchová vrstva získává speciální vlastnosti, což umožňuje úsporu legujících prvků.
Hliníkování – proces sycení povrchové vrstvy oceli hliníkem pro zvýšení tepelné odolnosti (odolnost proti okují) a odolnosti proti atmosférické korozi.
Hliníkování se provádí v práškových směsích, v lázních s roztaveným hliníkem, v plynném prostředí a rozprašováním tekutého hliníku.
Chromování – proces sycení povrchové vrstvy oceli chromem pro zvýšení odolnosti proti korozi a žáru a při chromování ocelí s vysokým obsahem uhlíku – pro zvýšení tvrdosti a odolnosti proti opotřebení.
Silikonizace – proces nasycení povrchové vrstvy dílu křemíkem pro zvýšení odolnosti proti korozi a odolnosti vůči kyselinám. Díly vyrobené z nízkouhlíkových a středně uhlíkových ocelí, jakož i z tvárné a vysokopevnostní litiny jsou podrobeny silikonizaci.
Boriding – proces nasycení povrchové vrstvy součásti borem. Účelem boridování je zvýšení tvrdosti, odolnosti proti abrazivnímu opotřebení a korozi v agresivním prostředí, tepelné odolnosti a tepelné odolnosti ocelových dílů. Existují dva způsoby boridování: kapalinová elektrolýza a plynové boridování.
Sulfidace – proces nasycení povrchové vrstvy ocelových dílů sírou pro zlepšení extrémních tlakových vlastností a zvýšení odolnosti dílů proti opotřebení.
Sulfokyanace – proces sycení povrchu ocelových dílů sírou, uhlíkem a dusíkem. Kombinovaný vliv síry a dusíku v povrchové vrstvě kovu poskytuje vyšší vlastnosti při extrémním tlaku a odolnost proti opotřebení ve srovnání se saturací samotnou sírou.
Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:
