Archív kategorie ‘CHEMICKO-TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ KOVŮ’

Nitridování je postup chemicko-tepelného zpracování, při němž se povrch ocelových předmětů obohacuje dusíkem. Při sycení povrchu dusíkem vznikají v tenké vrstvě tvrdé nitridy, které způsobují velkou tvrdost vrstvy bez dalšího zpracování. Protože nitridy jsou poměrně stálou sloučeninou, je povrchová tvrdost, získaná nitridováním, stálá téměř až do teploty 600 °C.

Nejvhodnější oceli pro nitridování jsou slitinové oceli obsahující chróm, molybden, hliník a vanad. Zvláště přítomnost hliníku podporuje nitridování, protože hliník tvoří s dusíkem velmi tvrdý nitrid. Součásti se před nitridováním zušlechťují. Velmi vhodné je před nitridací obrobené součásti vyžíhat k odstranění vnitřního pnutí. 

NITRIDOVÁNÍ V PLYNNÉM PROSTŘEDÍ

Nejčastěji se využívá k nitridování zvonových pecí, ve kterých se nitriduje atomárním dusíkem získaným z rozloženého čpavku při teplotě 510 až 580 °C. Součásti musí být opracované a povrch nesmí být oduhličen.

Plochy, které nemají být nitridovány se cínují nebo niklují.

Plochy, které mají být nitridoványmusí být zbavené oleje a musejí být kovově čisté.

Při nitridování se kontroluje teplota, doba a stupeň disociace čpavku. Stupeň disociace je množství zplodin rozkladu, tj. dusíku a vodíku v % celkového objemu atmosféry. Do pece se přivádí čpavek v množství potřebném k  dosažení 15 až 30 % disociace. Čím více čpavku se přivádí, tím menší je stupeň disociace a atmosféra je aktivnější. Po uplynutí potřebné doby k nitridování se za stálého přívodu čpavku  po dobu asi 5 až 6 hodin pec pozvolna ochlazujeaž do teploty asi 200 °C. Teprve pak se zastaví přívod čpavku. Nejúčelnější je nitridování po dobu 48 hod. Za tuto dobu se  vytvoří vrstva asi 0,45 mm. Za 72 hod. vznikne vrstva 0,61 mm.

Při tomto typu nitridování se velice mírně zvětšují rozměry. Tvrdost nitridované vrstvy je 1000 až 1200 HV. Tato vrstva se nedá popustit ani vyžíhat. Do nitridační  teploty se tvrdost nemění a proto se používá nitridování na součásti pracující za vyšších teplot.

Takto nitridované součásti mají stříbřitě šedý povrch.

NITRIDOVÁNÍ V SOLNÉ LÁZNI

 hlavní složkou nitridačních solí jsou kyanidy a kyantany. Tyto soli odštěpují dusík ve stavu zrodu. Solné lázně se nejčastěji používají k nitridování nástrojových ocelí. Nástroje se vkládají do roztavené směsi solí teplé 520 až 570 °C, ponechají se v ní 1 až 2 hod., přičemž se na povrchu utvoří nitridační vrstva, tlustá 0,03 až 0,05 mm o tvrdosti až 1100 HV, podle druhu oceli.

Po ukončení vlastního nitridačního procesu se součásti ochladí na vzduchu, nebo u součástí, kde se požaduje zvýšení únavových vlastností se ochlazuje namočením v teplé vodě, aby se dusík udržel v tuhém roztoku. 

Před nitridováním musí být nástroj zakalen a popuštěn. Nitridováním se zlepší trvanlivost nástroje, takže povrch lépe odolává otěru zejména u řezných nástrojů při oddělování třísky a tažných nástrojů při tření o tažený kov.

Nástroje po ostření je možné znovu nitridovat. Více o nitridování nástrojů.  

Jako chemicko-tepelné zpracování se označují způsoby difusního sycení povrchu ocelí různými prvky (kovy i nekovy). S cílem dosáhnout rozdílných mechanických nebo chemických vlastností povrchu a jádra součásti. Na rozdíl od povrchového kalení, při němž se rozdíly povrchu a jádra získají změnou struktury povrchové vrstvy teplotního průřezu součásti, je základem chemicko-tepelného zpracování změna chemického složení povrchové vrstvy.

Požadovaných vlastností se buď dosahuje přímo tzn. jen obohacením povrchové vrstvy přísadovým prvkem za zvýšených teplot a pomalým ochlazováním(nitridováním), nebo následujícím tepelným zpracováním, který bývá obvykle kalení a popouštění při nízkých teplotách.

Cílem chemicko tepelného zpracování bývá často zvýšení tvrdosti a odolnosti proti opotřebení a zachováním houževnatého jádra.

Podle druhu sycení se následně provádí nebo neprovádí následné tepelné zpracování jakým je již výše zmíněné kalení a popouštění.

SYCENÍ POVRCHU NEKOVY

CEMENTACE:

• povrch oceli je sycen uhlíkem (C) a proces se provádí za účelem zvýšení tvrdosti povrchu součásti při zachování houževnatého jádra. Pro oceli s obsahem uhlíku do 0,25%.

NITRIDACE:

• Povrch oceli je sycen dusíkem (N) a provádí se ke zvýšení Rm na povrchu součásti.

KARBONITRIDACE:

• Karbonitridací se rozumí obohacení povrchové vrstvy železných materiálů dusíkem (N) a v malých množstvích uhlíkem (C). Toto chemicko-tepelné zpracování slouží ke zlepšení odolnosti proti opotřebení a trvalé pevnosti. V případě použití silné oxidační ochlazovací lázně dostanou navíc součástky efektní černý vzhled a odolnost proti korozi.

NITROCEMENTACE:

• Povrch oceli je sycen dusíkem (N) a uhlíkem (C) a proces se provádí za účelem zvýšení tvrdosti povrchu součásti při zachování houževnatého jádra. Pro oceli s obsahem uhlíku 0,3- 0,4 %.

SULFONITRIDACE:

• Je to difúzní sycení povrchů kovových materiálů sírou (S), dusíkem (N) a uhlíkem (C) v plynném prostředí. Součástky takto chemicko-tepelně upravené mají velmi tvrdou povrchovou vrstvu s vynikajícími kluznými vlastnostmi.

SULFINIZACE:

• Je to stejně jako sulfonitridace difuzní sycení kovových povrchů sírou ovšem v solných lázních.

BORIDOVÁNÍ:

• Povrch součásti je sycen bórem (B). Tímto postupem se rozumí nadifundování bóru do povrchu kovového obrobku. U železných materiálů se podle způsobu účinku boridovacího prostředku vytvářejí jednofázové nebo dvoufázové vrstvy. Význačnou vlastností této železoboridové vrstvy je vysoká tvrdost.

SYCENÍ POVRCHU KOVY

CHROMOVÁNÍ:

• Povrch součásti je sycen chrómem (Cr) za účelem zvýšení tvrdosti a estetičnosti.

ZINKOVÁNÍ:

• Povrch součásti je sycen zinkem (Zn) za účelem zvýšení korozivzdornosti a estetičnosti.

NIKLOVÁNÍ:

• Při tomto procesu je povrch součásti sycen niklem (Ni) elektrochemicky po předcházejícím nasycením povrchu mědí. nikluje se za účelem zvýšení korozivzdornosti.

ALITOVÁNÍ:

• Tento proces je nasycování povrchů kovů hliníkem (Al). Hliník difunduje do povrchu ocelové součásti za vysokých teplot a materiál je tak odolnější proti korozi. Podstatou je difúze hliníku do povrchu základního ocelového materiálu při teplotě zpravidla 800–1100 °C v prášku feroaluminia s přídavkem chloridu amonného.

ALUMETOVÁNÍ:

• Alumetování je úprava povrchu ocelových součástí hliníkem. Provádí se metalizací hliníku o tloušťce až 0,5 mm na hrubě otryskaný povrch, nátěrem vodního skla na vrstvu hliníku a ohřevem v peci na 650 ° C po dobu 2 h a pak při 900–1000 °C několik hodin. Hliník difunduje do povrchu a kromě toho vytvoří na povrchu tenký film  Al₂O₃, který zabraňuje pronikání kyslíku do předmětu a jeho okujení. Součásti takto upravené lze používat do teplot 800–1000 °C.

INCHROMOVÁNÍ:

• Je nasycování povrchu oceli chrómem. Výrobky se žíhají v práškovém ferochrómu při teplotě asi 1000 °C. Chróm vniká do povrchu ocelovýh výrobků asi do hloubky 0,1 mm. Inchromované výrobky jsou odolné proti účinkům slané vody.

ŠERARDOVÁNÍ:

• Název této metody je podle firmy C. C. Sherard a spol., jde o nasycování povrchu drobných ocelových součástek zinkem při teplotě 380 až 450 °C. Součásti vložené do elektricky vytápěného bubnu, který se otáčí, jsou obklopeny práškovým zinkem. Zinek vniká do součástí (šrouby, matice, podložky atd.) a vytváří na jejich povrchu vrstvu, která je chrání před škodlivými atmosférickými vlivy.

Cementování

• Nejpoužívanější způsob
• Povrch ocelového předmětu z měkké oceli (max. do 0,2% uhlíku) nasycujeme uhlíkem v pevném, kapalném nebo plynném prostředí při teplotách nad Ac3 (pouze austenit v sobě rozpouští uhlík) na obsah 0,7 až 0,9 % uhlíku
• Zakalením této vrstvy se dosáhne vysoké tvrdosti a jádro zůstává houževnaté
• Nauhličená vrstva má tloušťku 0,5 až 1,5 mm
• Pro cementování jsou určeny měkké konstrukční oceli, jejichž čtvrtá číslice ve značce oceli je 1 nebo 2 (vyjadřuje obsah uhlíku v desetinách procenta)

Příklady ocelí vhodných k cementování:

• Nelegované oceli: 12 010, 12 020, 12 024
• Legované oceli: 14 220, 16 220, 16 420

Použití nelegovaných ocelí k cementování omezují tyto okolnosti:

• Vysoké měrné tlaky, kterým jsou součásti vystavené
• Nebezpečí prolomení nacementované vrstvy – vyžaduje zvýšení pevnosti jádra (nelegovanými ocelemi tohoto nelze dosáhnout)
• Hmotnost a členitost součástí, kdy nelze zaručit vznik „měkkých“ míst vlivem nadkritických rychlostí ochlazování -> Musí se volit oceli s vyšší prokalitelností
• Otěr součástí, kdy je nutné zajistit, aby nacementovaná vrstva měla dostatečnou tvrdost
• Legované oceli zjemňují martenzit a tvoří tvrdší karbidy než cementit
• Při cementování difunduje uhlík do oceli z plynné nebo kapalné fáze

Cementování v tuhém prostředí

Postup: do plechových nebo litinových krabic se uloží součásti určené k cementování zasypou se práškem obvyklého složení 60% dřevěného uhlí do pece a zahřívají se na teplotu 850 až 900St. Doba ohřevu záleží na požadované tloušťce cementační vrstvy. Pro 0,5 až 1mm je doba 1-4 hod. Tato doba dlouhá aby způsobila zhrubnutí oceli. Je proto potřeba volit oceli, které jsou méně náchylné na zhrubnutí obsah uhlíku v povrchové vrstvě se pohybuje kolem 1% postupně se zmenšuje. Kontrola nauhličené vrstvy se provádí tak, že se cementují kontrolní tyčinky, které se vyjmou zakalí přerazí a na lomu se posuzuje hloubka cementace.

Cementování v tuhých lázních

Postup: lze provádět v lázních skládajících se z vhodných solí uhličitan sodný, chlorid sodný, ad. Za přídavku látek dodávajících oceli uhlík. Jsou to různé kyanidy např. ferokyanid draselný (žlutá krevní sůl) nebo kyanid sodný. Povrch je sycen nejen uhlíkem ale také dusíkem. Výhoda tohoto postupu pochod trvá mnohem kratší dobu. Nevýhoda je jedovaté lázně – náročná likvidace – ochrana životního prostředí.

Cementování v plynu

 Je to nejrozšířenější způsob plyny mohou být svítiplyn příp. generátoru plyn, metan a další uhlovodíky a plyny které obsahují kysličník uhelnatý. Lze též použít kapaliny které rozkladem dodávají vhodný plyn např. směs terpentinového oleje acetonu a ethylalkoholu používá se šachtové pece. Jsou vytápěny odporové a mají nucené objeh plynu. Název pece monokarp a používá se zkapávání cementační kapaliny. Cementování trvá asi 3 hodiny

Způsoby kalení po cementování

 Nejjednodušší způsob kalení z jednoho žáru. Provádíme po cementaci následuje okamžité zakalení. Je to nejméně vhodný způsob. Ocel zhrubne a vlastnosti nebudou nejlepší.

Ocel se nechá vychladnout a ohřeje se na teplotu nejvýhodnější pro kalení povrchové vrstvy. Jedná se o teplotu těsně nad Ac1 a zakalí se.

Dvojí kalení

 Po cementaci se nechá ocel vychladnout. Ohřeje se na teplotu těsně nad teplotu Ac3. Toto způsobí zjemnění jádra. Po zakalení se získá malé zvýšení pevnosti a tvrdosti, ale jádro se stane velmi houževnaté. Následuje druhé kalení stejné jako při zakalení povrchové vrstvy. Někdy se požaduje aby některé plochy nebyly zakaleny, Toto se dosahuje tím, že plochy nejsou nacementovány. Buď se chrání pomazáním hlínou obalem z azbestu nebo galvanickým poměděním nebo na plochách se nechá přídavek který se po cementaci odstraní (obrobí) při kalení se tato plocha nezakalí.

………..připravuje se