Poznámka: tyto materiály slouží pouze pro opakování STT žáků SPŠ Na Třebešíně, Praha 10;s platností do r. 2016 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
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
Objemové chemicko-tepelné zpracování žíhaní pro odstranění křehkosti po moření žíhaní protivločkové žíhání ocelí a slitin pro elektrotechnický průmysl ke zmenšení obsahu uhlíku
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
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)
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
Povrchové chemicko - tepelné zpracování cementování nitridování nitrocementování karbonitridování sulfonitridování boridování aj.
Automatické linky pece pracující pod ochrannou atmosférou štěpeného metanolu, amoniaku nebo dusíku systém regulace a měření, programování a řízení počítačem
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
Použití součásti vyžadující - vysokou povrchovou tvrdost - houževnatost jádra tloušťka vrstvy (0,1 až 2,5) mm víceúčelové linky
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)
Teplota oblast austenitu - max.rozpustnost C v Fe γ (až 2,11%) nasycení na mírně nadeutektoidní složení γ γ
teplota [ C] Teplota cementování 911 800 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 [%]
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
Přímé kalení po cementování v solném či kapalném prostředí získáme hrubou martenzitickou strukturu vznik vnitřních pnutí, deformací součástí použití - méně namáhané součásti
Kalení s přichlazením po cementování v plynu přichlazení na teplotu (750 až 780) C menší deformace po kalení
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
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
Kalení s vloženou normalizací
Kalení na jádro a na vrstvu 1. kalení z teploty nad A c3 - zjemní se zrno a rozpustí sekundární cementit povrchové vrstvy
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
Porovnání hloubky prokalení ozubené kolo cementováno v plynu (zvětšeno 3x, nital) mezerově povrchově kalené kolo (skutečná velikost, nital)
Ochrana před cementováním příslušná část potřena pastou zabraňující cementaci příslušná část povrchu galvanicky poměděna přídavek na obrábění o tloušťce cementované vrstvy (před kalením obrobeno)
Příklady součástí linka SOLO Modultherm kapacita 500 kg / vsázka maximální hmotnost součásti 250 kg základní materiál s obsahem C do 0,25% (11 373, 12 010, 14 220, 16 420 ) cementační vrstva hloubky až 1,3mm
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
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)
Prostředí plynné (zdrojem dusíku je čpavek) - 0,1 mm /12h při teplotách 500 600 o C solné lázně - vodný roztok chloridů, kterými probublává amoniak
Nitridování v plynném NH 3 vysoké požadavky na otěruvzdornost a povrchovou tvrdost - zachování houževnatosti materiálu v jádře (ozubená kola, vačky, kluzná ložiska hřídelí ) 14 220, 14 340, 15 142, 15 230, 15 330, 15 340 max. tl. vrstvy 0,5 mm
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.14 340, 15 230, 15 330, 15 340
Příklady součástí ozubená kola, pastorky, vačky, kliky, pístní čepy aj.
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
Porovnání nitridovaných vrstev
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)
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 - www.bodycote.cz zařízení pro plazmovou nitridaci - VI 65
Iontová nitridace
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
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
Karbonitridování - podmínky atmosféra částečně disociovaného čpavku s přídavkem uhlovodíků teplota (570 až 620) C doba sycení (2 až 4)hod.
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)
Chemicko-tepelné zpracování v řízených atmosférách prováděno na moderních počítačově řízených pecích - AICHELIN KVKES - 2 - SOLO CTB 202-40/40/60 odmaštění dílů před kalením - zařízení PERO 2502
Chemicko-tepelné zpracování v řízených atmosférách
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
Sulfonitridování - podmínky solná lázeň - 95% kyanidu sodného (NaCN) a 5% siřičitanu sodného (Na 2 SO 4 ) - teplota (560-590) o C - doba sycení (1 4)hod. - hloubka (0,2 0,4) mm atmosféra ze směsi čpavku a sirovodíku - teplota (580 610) o C - doba sycení (2 3)hod. - hloubka (0,2 0,5)mm
Sulfonitridování
Sulfonizování obdoba sulfonitridování - podíl síry je v povrchové vrstvě větší zlepšení obrábění zejména chromových ocelí solná lázeň (Na 2 SO 4 ) - teplota (180 200) o C - doba sycení (1-5)hod. - hloubka vrstvy (0,01 0,05)mm
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 12 20 % bóru, max. 3 % křemíku, max. 2 % hliníku, max. 1 % uhlíku) - teplota 950 o C, čas (2-6) hod., hloubka vrstvy 0,3mm
Použitá literatura www.gma.cz www.mwcr.cz www.silvaart.cz www.galvamet.cz www.linearnitechnika.cz www.bodycote.cz