1. Stale stosowanie do nawęglania, azotowania i węgloazotowania.

Nawęglanie:

- stale węglowe wyższej jakości oraz stale stopowe o zawartości węgla do 0,25%

- stale drobnoziarniste zawierające dodatki tytanu i wanadu;

Azotowanie:

- stale stopowe o takich składnikach, które wykazują dużą skłonność do tworzenia twardych azotków, jak glin, chrom, tytan, i wanad,

- obecność węgla w stalach utrudnia proces azotowania. Wobec tego stale wysoko węglowe nie nadają się do azotowania,

- w azotowaniu utwardzającym stosuje się głównie stale konstrukcyjne średniowęglowe (0,35-0,45%C) zawierające dodatkowo dodatki stopowe głównie Al., Mo, Cr, V, W i Ti;

Węgloazotowanie:

- stale szybkotnące,

-stale konstrukcyjne: węglowe, stopowe o małej i średniej zawartości węgla.

2. Metody przeprowadzania procesów nawęglania i azotonawęglania (wady i zalety)

Metody nawęglania:

Proces nawęglania przeprowadza się w ośrodkach stałym, ciekłym lub gazowym.

Ze względu na aktywność ośrodka nawęglającego nawęglanie dzielimy na:

- Gazowe:

Zalety: regulacja grubości warstwy nawęglanej i zawartości w niej węgla, duża szybkości procesu, możliwość hartowania przedmiotów bezpośrednio po nawęglaniu

Wady: wysoki koszt urządzeń i instalacji, duża powierzchnia hali przeznaczona

na urządzenie i stosunkowo wysoki koszt wytworzenia atmosfer (koszty surowców atmosfer).

- W ośrodkach stałych:

Zalety: nie wymaga specjalnych urządzeń, najprostszy,

Wady: duża czaso i energochłonność, trudność regulowania grubości warstw i stężenia C

- W ośrodkach ciekłych:

Zalety: możliwość bezpośredniego hartowania elementów, najlepsza efektywność

- Próżniowe:

Zalety: lepsza absorpcja C , mniejsze zużycie gazów, ekologiczne, skraca czas procesu

- Jonizacyjne, fluidalne:

Zalety: duża wydajność procesu, umożliwia regulacje grubości i struktury warstwy dyfuzyjnej, ułatwia absorpcje.

Metody azotonawęglania:

- Niskotemperaturowe(500-600)

Zalety: zwiększenie twardości, odporności na ścieranie

- Wysokotemperaturowe(800-880)

Zalety: twarda, odpornej na ścieranie warstwy o podwyższonej wytrzymałości zmęczeniowej z zachowaniem ciągliwego rdzenia.

3. Rodzaje atmosfer gazowych stosowanych do nawęglania i azotonawęglania:

Nawęglanie:

-Wytwarzana w specjalnych wytwornicach z gazu ziemnego, koksowego, generatorowego, świetlnego, endotermicznego.

- W piecach o działaniu okresowym stosuje się pary benzolu lub nafty, a także mieszaninę metanolu i octanu etylu.

Azotonawęglanie:

-składa się z amoniaku i endogazu, zaś etap chłodzenia zrealizowano w dwutlenku węgla

4. Rodzaje atmosfer gazowych stosowanych do azotowania i węgloazotowania;

Azotowanie:

- gazowe: atmosfera częściowo zdysocjowanego amoniaku;

- jonizacyjne: atmosfera zjonizowanego azotu ;

- ewentualnie dodatek wodoru, lub argonu lub węglowodorów pod obniżonym ciśnieniem

Węgloazotowanie:

-Mieszanina amoniaku i gazu nawęglającego

5. Potencjał węglowy atmosfery nawęglającej i metody jego kontroli;

Potencjałem węglowym atmosfery nazywamy jej zdolność do nawęglania żelaza do określonej zawartości węgla na powierzchni. Potencjał ten zależy od składu chemicznego atmosfery. CO i CH₄ zwiększają potencjał, a CO₂ i H₂O obniżają go. Składniki atmosfery reagują ze sobą i wytwarza się równowaga między nimi, dzięki czemu dla określenia potencjały wystarczy znać jeden ze składników. Kontrola:

- można wyznaczyć punkt rosy,

- można określić potencjał węglowy nawęglając cienką filię żelazną i określając w niej zawartość węgla. Jeśli potencjał węglowy atm. Jest większy ni ż zawartość węgla w stali , to będzie ona nawęglana, im mniej- odwęglana.

6. Potencjał atmosfer gazowych azotującej i metod jego kontroli, stopień dysocjacji amoniaku;

Azot niezbędny do procesu otrzymuje się z reakcji dysocjacji amoniaku w podwyższonych temperaturach (począwszy od 270C), zgodnie ze wzorem:
3NH2 -› 2N + 3H2
W temperaturach azotowania amoniak dysocjuje wytwarzając azot, przy czym obecność żelaza działa katalitycznie na tą reakcję. Stopień rozpadu amoniaku tj. stopień dysocjacji zależy od temperatury i w praktyce najczęściej ustala się na poziomie ok. 30% (czyli pozostaje ok. 70% amoniaku niezdysocjowanego). Reakcja dysocjacji amoniaku jest połączona ze wzrostem ilości cząsteczek (atomów), a więc ze wzrostem ciśnienia. Wzrost ciśnienia powoduje przesunięcie równowagi w kierunku na lewo, czyli tworzenia się cząstek NH3 niezdysocjowanego. Natomiast zmniejszenie ciśnienia spowoduje przesunięcie równowagi w kierunku dysocjacji amoniaku.
Amoniak jest wpuszczany do pieca w sposób ciągły, przez co odnawia stale ilość azotu w przestrzeni pieca.

9. Struktura warstw nawęglanych i azotonawęglania, wpływ parametrów procesu na grubość warstwy dyfuzyjnej

Warstwy nawęglone:

W nawęglonym przedmiocie zawartość węgla zmniejsza się stopniowo od po­wierzchni w kierunku rdzenia, w związku z czym zmienia się również struktura.

Najsilniej nawęglona strefa zewnętrzna (nadeutektoidalna) powinna się składać z perlitu, ewentualnie z niewielką ilością cementytu.

Natomiast struktura perlitu z wyraźną siatką cementytu przy powierzchni jest niedopuszczal­na - bardzo krucha i łatwo pęka podczas hartowania.

Strefa perlityczna (eutektoidalna) powinna łagodnie przechodzić w ferrytyczno-perlityczną strukturę rdzenia. W stalach stopowych w warstwie nawęglonej występują ponadto węgliki stopowe.

10. Struktura warstw azotowanych i węgloazotowanych, wpływ parametrów procesu na grubość warstwy dyfuzyjnej:

Warstwy azotowane:

Warstwy wytwarzane w procesie konwencjonalnego azotowania gazowego są zwykle zbudowane z dwóch stref:

- strefy przypowierzchniowej (nie ulega trawieniu, bogate w azot węgloazotki Fe₂.₃(N,C) i azotki γ' (Fe₄N) lub tylko azotki γ w strefie węgloazotków ε mogą występować pory),

-strefy azotowania wewnętrznego, która w stalach węglowych jest roztworem stałym azotu w żelazie z wydzieleniami lub bez wydzieleń azotków żelaza (w przypadku stali stopowych strefa ta zawiera drobnodyspersyjne wydzielenia azotków pierwiastków stopowych (Cr, W, Mo, V, Ti) rozmieszczonych w podłożu ferrytycznym; strefa ta trawi się ciemniej niż rdzeń).

11. Rodzaje obróbki cieplnej stosowanej po nawęglaniu i azotonawęglaniu

Nawęglanie:

- hartowanie

- niskie odpuszczanie

Azotonawęglanie:

- hartowanie

12. Obróbka cieplna stali poddawanej azotowaniu i wegloazotowaniu:

azotowanie Stal poddana hartowaniu i odpuszczaniu 550 przed azotowaniem.

węlgoazotowanie po węgloazotowaniu wysokotemperaturowym stosuje się hartowanie, natomiast węgloazotowanie niskotemperaturowe poprzedza się ulepszeniem cieplnym.

13. Struktura warstw nawęglanych i azotonawęglania po obróbce cieplnej:

Nawęglanie

Powinno otrzymać się w warstwie wierzchniej struktury drobnoiglastego martenzytu z węglikami (zwiększenie twardości do około 60 HRC), w warstwie tej z reguły występuje również austenit szczątkowy, który zależy od gatunku nawęglania stali, stężenia węgla w warstwie i rodzaju hartowania po nawęglaniu.

Azotonawęglanie

Prawidłowa struktura warstwy azotonawęglonej i zahartowanej powinna składać się z drobnoziarnistego martenzytu z małą ilością austenitu szczątkowego bez wydzieleń węglików.

15.Zakres zastosowania nawęglania i azotonawęglania na elementy maszyn

Nawęglanie stosuje się przy:

• koła zębate silnie obciążone i poddawane zmiennym obciążeniom

• wałki uzębione i z wieloklinami

• wałki rozrządu i krzywki sterujące

• sworznie tłokowe

• gryzy narzędzi do wierceń geologicznych i górniczych

• pierścienie i wałki łożysk wielo gabarytowych

Azotonawęglanie stosuje się do różnego rodzaju części maszyn i urządzeń (np. maszyn do pisania, broni, silników motocyklowych itd.)

16. Zakres zastosowań azotowania i węgloazotowania na elementy maszyn;

Azotowanie

elementy konstrukcyjne i narzędziowe narażone podczas pracy na zużycie ścierne i korozję, np. elementy silników i pomp w przemyśle okrętowym, lotniczym i motoryzacyjnym, narzędzia do obróbki plastycznej i skrawania, elementy wytłaczarek i wtryskarek.

Węgloazotowanie

Stosuje się najczęściej w obróbce narzędzi ze stali szybkotnących i wysokostopowych w celu zwiększenia twardości, odporności na ścieranie

17. Fazy układu żelazo - azot

Zgodnie z układem Fe-N w warstwie azotowanej wytworzonej na żelazie w procesie azotowania mogą występować następujące fazy:

- roztwór stały azotu w żelazie (faza α) zwany ferrytem azotowym lub nitroferrytem,

- roztwór stały azotu w żelazie γ (faza γ) zwana austenitem azotowym lub nitroaustenitem,

- azotek typu Fe4N (faza międzywęzłowa γ`),

- azotek typu Fe2N (faza międzywęzłowa ε)

Faza ε jest krucha, wiec jej występowanie jest niepożądane w przypadku azotowania

utwardzającego natomiast pożyteczna w przypadku azotowania antykorozyjnego, gdyż jest

odporna korozyjnie.

Faza γ przy powolnym chłodzeniu z temperatury eutektoidalnej (591°C) rozpada się na

mieszaninę α + γ` zwaną potocznie braunitem. Dlatego też przy azotowaniu poniżej

temperatury 591°C warstwa azotowana składa się z faz: ε, γ` i α. Natomiast w przypadku

azotowania powyżej 591°C i powolnym chłodzeniu ε, ε + γ`, γ`+ α. (braunit) oraz α.

---