CHEMICKO - TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "CHEMICKO - TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ"

Daniel Navrátil
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Poznámka: tyto materiály slouží pouze pro opakování STT žáků SPŠ Na Třebešíně, Praha 10;s platností do r vnávaznosti na platnost norem. Zákaz šířění a modifikace těchto materiálů. Děkuji Ing. D. Kavková Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Tepelné zpracování kovových materiálů CHEMICKO - TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ

2 Definice a rozdělení na povrch oceli za zvýšené teploty působíme vhodným prostředím tak, aby se změnilo její chemické složení rozdělení - objemové chemicko-tepelné zpracování slouží ke zmenšení obsahu H, C - povrchové chemicko-tepelné zpracování a) hlubší vrstva - požadované vlastnosti získáme následným TZP b) tenká vrstva s požadovanými vlastnostmi

3 Objemové chemicko-tepelné zpracování žíhaní pro odstranění křehkosti po moření žíhaní protivločkové žíhání ocelí a slitin pro elektrotechnický průmysl ke zmenšení obsahu uhlíku

4 Žíhaní pro odstranění křehkosti po moření odstraněn atomární vodík z povrchu (H difunduje do oceli a způsobuje vodíkovou křehkost) ohřev na (300 až 500) C po dobu až 4hod. ochlazení na vzduchu (v peci) vlivem rychlé difúze H unikne do atmosféry

5 Žíhaní protivločkové vodík může v roztavené oceli po ztuhnutí způsobit vnitřní trhliny (vločky) ohřev na (650 až 700) C výdrž až 10 2 hodin velmi pomalé ochlazování (H uniká do atmosféry)

6 Žíhání ocelí a slitin pro elektrotechnický průmysl požadavek - na velikost zrna - na obsah uhlíku, síry, dusíku ohřev ve vlhkém vodíku při (900 až 1100) C (značně zhrubne zrno) - např. wattové ztráty křemíkových plechů při použití ve střídavých magnetických polích

7 Povrchové chemicko - tepelné zpracování cementování nitridování nitrocementování karbonitridování sulfonitridování boridování aj.

8 Automatické linky pece pracující pod ochrannou atmosférou štěpeného metanolu, amoniaku nebo dusíku systém regulace a měření, programování a řízení počítačem

9 Cementování - princip nejpoužívanější postup u tzv.měkkých ocelí (C < 0,3%) povrch součásti nasycen uhlíkem (~0,9%C) (C difunduje do oceli z plynné či kapalné fáze) kalení - ve vrstvě martenzitická struktura o vysoké tvrdosti - jádro součásti zůstane měkké a houževnaté nízkoteplotní popouštění - odstranění vnitřního pnutí

10 Použití součásti vyžadující - vysokou povrchovou tvrdost - houževnatost jádra tloušťka vrstvy (0,1 až 2,5) mm víceúčelové linky

11 Prostředí plynné - směs plynů CO, CO 2, H 2, N 2, H 2 O a uhlovodíky kapalné - roztavené chloridové soli s přísadou kyanidů (KCN a NaCN nahrazovány Na 2 CO 3 a SiC)

12 Teplota oblast austenitu - max.rozpustnost C v Fe γ (až 2,11%) nasycení na mírně nadeutektoidní složení γ γ

13 teplota [ C] Teplota cementování A 1 A 3 austenit (A) A cm austenit + cementit (C) 727 ferit (F) A + F F + P (C) perlit (P) P + C A 1 = A 3 0,5 0,8 1,0 1,5 2,11 koncentrace C [%]

14 TZP po cementování přímé kalení kalení s přichlazením kalení se zmenšenou deformací kalení s vloženou normalizací kalení na jádro a na vrstvu závěr TZP cementované součásti - popouštění t = (150 až 200) C, po dobu 1 až 2 hodiny pro snížení vnitřních pnutí, dosažená tvrdost (60 až 62) HRC

15 Přímé kalení po cementování v solném či kapalném prostředí získáme hrubou martenzitickou strukturu vznik vnitřních pnutí, deformací součástí použití - méně namáhané součásti

16 Kalení s přichlazením po cementování v plynu přichlazení na teplotu (750 až 780) C menší deformace po kalení

17 Kalení s přichlazením pomalé ochlazení pod A 1 po cementování značně zhrubne zrno (běžné oceli) podchlazení na 600 C ohřev na 840 C (jemnější austenit) - zakalení následuje popuštění

18 Kalení se zmenšenou deformací pro tvarově složité součásti součást se přichladí účinně se zmenší deformace izotermickým kalením do oleje o teplotě (160 až 180) C - výdrž ~ 15min. - dochlazení na vzduchu

19 Kalení s vloženou normalizací

20 Kalení na jádro a na vrstvu 1. kalení z teploty nad A c3 - zjemní se zrno a rozpustí sekundární cementit povrchové vrstvy

21 Kalení na jádro a na vrstvu 2. kalení z teploty nad A c1 - získá se jemný martenzit - jádro obsahuje určitý podíl feritu, má však jemnou strukturu

22 Porovnání hloubky prokalení ozubené kolo cementováno v plynu (zvětšeno 3x, nital) mezerově povrchově kalené kolo (skutečná velikost, nital)

23 Ochrana před cementováním příslušná část potřena pastou zabraňující cementaci příslušná část povrchu galvanicky poměděna přídavek na obrábění o tloušťce cementované vrstvy (před kalením obrobeno)

základní materiál s obsahem C do 0,25% (11 373, 12

24 Příklady součástí linka SOLO Modultherm kapacita 500 kg / vsázka maximální hmotnost součásti 250 kg základní materiál s obsahem C do 0,25% (11 373, , , ) cementační vrstva hloubky až 1,3mm

25 Nitridování - princip sycení povrchu dusíkem teploty (500 až 600) C - max. rozpustnost N v Fe α vytvoření tenké povrchové vrstvy dosažená tvrdost až 1 100HV nenásleduje další tepelné zpracování nevýhoda - křehkost a odlupování vrstvy

26 Použití součásti nebo nástroje silně namáhané otěrem odolnost proti opotřebení i zadření a odolnost proti tepelné únavě části vystavené v provozu střídavému cyklickému namáhání (tlakové pnutí v povrchové vrstvě zvětšuje odolnost proti únavě) ochrana před nitridací - na povrchu součásti tenký povlak cínu (cínové pasty)

27 Prostředí plynné (zdrojem dusíku je čpavek) - 0,1 mm /12h při teplotách o C solné lázně - vodný roztok chloridů, kterými probublává amoniak

28 Nitridování v plynném NH 3 vysoké požadavky na otěruvzdornost a povrchovou tvrdost - zachování houževnatosti materiálu v jádře (ozubená kola, vačky, kluzná ložiska hřídelí ) , , , , , max. tl. vrstvy 0,5 mm

29 Vhodné materiály oceli legované Al a Cr hliník a chróm - tvoří zvlášť tvrdé nitridy - zmenšují křehkost vrstvy dosažená tvrdost až 1 100HV před nitridováním zušlechťování ocelí (zvýšená mez únavy, houževnatost) např , , ,

30 Příklady součástí ozubená kola, pastorky, vačky, kliky, pístní čepy aj.

31 Iontová (plazmová) nitridace výhody - povrchová vrstva o menší křehkosti než při klasické nitridaci princip - povrch výrobku je ostřelován ionty vyráží atomy Fe dusík difunduje do volných míst

32 Porovnání nitridovaných vrstev

33 Iontová (plazmová) nitridace součásti uloženy izolovaně ve vakuové nádobě (recipientu) - zapojeny jako katoda recipient tvoří anodu (snížený tlak zředěné směsi plynů dusíku a vodíku) připojení stejnosměrného proudu o napětí (400 až 1000) V mezi stěnou recipientu (anodou) a povrchem součásti (katodou) vznikne elektrické pole silná migrace molekul zředěného plynu (štěpení a ionizace)

přiváděných plynů difunduje do povrchu oceli vhodné materiály a použití s

34 Iontová (plazmová) nitridace kladné ionty jsou urychlovány směrem ke katodě - povrch nitridovaných součástí atomární dusík uvolněný v disociačním procesu z přiváděných plynů difunduje do povrchu oceli vhodné materiály a použití s dosaženými vlastnostmi - zařízení pro plazmovou nitridaci - VI 65

35 Iontová nitridace

36 Nitrocementování proces probíhá při teplotě nad A C3 - ve vrstvě převažuje uhlík - vrstva se kalí a popouští (viz. cementování) prostředí - plynné nebo solné lázně plyn - teplota (820 až 860) C - čas (2 až 5)hod. - tloušťka vrstvy (0,4 až 0,8)mm lázeň (tzv.kyanování) - čas (15min. až 1hod.) - tloušťka vrstvy (0,05 až 0,2)mm

37 Karbonitridování princip - teplota pod A C1, ve vrstvě převažuje dusík - tvrdá vrstva bez kalení s nepatrnými deformacemi tenká tvrdá vrstva karbonitridů (1000 HV) použití - odolnost proti zadření a opotřebení - zvýšená mez únavy až o 100% - vhodné pro nelegované a nízkolegované oceli, šedou litinu

38 Karbonitridování - podmínky atmosféra částečně disociovaného čpavku s přídavkem uhlovodíků teplota (570 až 620) C doba sycení (2 až 4)hod.

39 Chemicko-tepelné zpracování v řízených atmosférách cementování (max. hloubka cementační vrstvy 1,50 mm) nitrocementování (max. hloubka vrstvy 0,50 mm) nitridování (max. hloubka nitridované vrstvy 0,30 mm) karbonitridování (max. hloubka vrstvy 0,30 mm)

40 Chemicko-tepelné zpracování v řízených atmosférách prováděno na moderních počítačově řízených pecích - AICHELIN KVKES SOLO CTB /40/60 odmaštění dílů před kalením - zařízení PERO 2502

41 Chemicko-tepelné zpracování v řízených atmosférách

42 Sulfonitridování princip - sycení povrchu oceli sírou a dusíkem - dusík proniká do hlubších vrstev (zvyšuje tvrdost) - síra proniká jen málo do povrchové vrstvy (zlepšuje její obrobitelnost) použití - výborné třecí vlastnosti - odolnost proti korozi (vrstva obohacena o N, S, H, O) - vhodné pro oceli i litiny

43 Sulfonitridování - podmínky solná lázeň - 95% kyanidu sodného (NaCN) a 5% siřičitanu sodného (Na 2 SO 4 ) - teplota ( ) o C - doba sycení (1 4)hod. - hloubka (0,2 0,4) mm atmosféra ze směsi čpavku a sirovodíku - teplota ( ) o C - doba sycení (2 3)hod. - hloubka (0,2 0,5)mm

44 Sulfonitridování

45 Sulfonizování obdoba sulfonitridování - podíl síry je v povrchové vrstvě větší zlepšení obrábění zejména chromových ocelí solná lázeň (Na 2 SO 4 ) - teplota ( ) o C - doba sycení (1-5)hod. - hloubka vrstvy (0,01 0,05)mm

46 Boridování bór - zvyšuje otěruvzdornost - zvyšuje odolnost proti korozi i v koncentrovaných kyselinách a louzích - zvyšuje odolnost proti erozi a kavitaci atmosféra chlorid boritý + vodík - teplota 850 o C, čas (3-6) hod., hloubka vrstvy 0,3mm solná lázeň (ferobór- obsahuje % bóru, max. 3 % křemíku, max. 2 % hliníku, max. 1 % uhlíku) - teplota 950 o C, čas (2-6) hod., hloubka vrstvy 0,3mm

47 Použitá literatura

Podobné dokumenty

Tepelné zpracování ocelí. Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc. ; Ing. Karel Němec, Ph.D.

Tepelné zpracování ocelí. Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc. ; Ing. Karel Němec, Ph.D. Tepelné zpracování ocelí Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc. ; Ing. Karel Němec, Ph.D. Schéma průběhu tepelného zpracování 1 ohřev, 2 výdrž na teplotě, 3 ochlazování Diagram Fe-Fe 3 C Základní typy žíhání