OBRÓBKA CIEPLNO-
CHEMICZNA

Obróbka cieplno-chemiczna stopów - zabieg
dokonywany na stopach żelaza z węglem takich
jak stal, staliwo, lub żeliwo, w którym pod
wpływem ciepła i chemicznego oddziaływania
otoczenia oraz innych działań modyfikuje się
niektóre własności fizyczne i chemiczne tych
stopów.

2

C - C 2 C

ATMOSFERA

dysocjacja

METAL

C

adsorpcja

C

dyfuzja

3

PODSTAWOWYMI RODZAJAMI
OBRÓBKI CIEPLNO CHEMICZNEJ SĄ:



Nawęglanie



Azotowanie



Naborowywanie



Aluminiowanie (koloryzowanie,
naglinowywanie)



Chromowanie



Siarkowanie



Węgloazotowanie (cyjanowanie)

4

KRYTERIUM PODZIAŁU

GRUPY METOD OBR. C-CH

STAN OŚRODKA NASYCAJĄCEGO

W OŚRODKU STAŁYM

W OŚRODKU CIEKŁYM

W OSRODKU GAZOWYM

RODZAJ PIERWIASTKA

NASYCAJĄCEGO

NASYCANIE METALAMI

NASYCENIE NIEMETALAMI

KOMPLEKSOWE NASYCENIE Me i X

TEMPERATURA OPERACJI

NISKOTEMPERATUROWE <600 ̊C

WYSOKOTEMPERATUROWE > 600

̊C

LICZBA CYKLI W PROCESIE

JEDNOSTKOWE

DWUSTOPNIOWE

TRÓJSTOPNIOWE

SPOSÓB WYTWARZANIA

WARSTWY DYFUZYJNEJ

REGULOWANE

NIE REGULOWANE

5

METODY OBRÓBKI
CIEPLNO-CHEMICZNEJ

NASYCENIE DYFUZYJNE
1 PIERWIASTKIEM

KOMPLEKSOWE
NASYCENIE DYFUZYJNE

METALAMI
NIEMETALAMI

M – M N – N M – N

CHROMOWANIE

WANADOWANIE

TYTANOWANIE

ALUMINOWANIE

NAWĘGLANIE

AZOTOWANIE

BOROWANIE

KRZEMOWANIE

UTLENIANIE

Cr – Al

Cr - V

C – N

O – N

S – N

S – C – N

Si – B

B – C - N

B – Cr

C - Cr

6

NAWĘGLANIE

Zabieg polegający na dyfuzyjnym nasyceniu
węglem warstwy wierzchniej materiału. Źródłem
węgla w procesach nawęglania są najczęściej CO i
CH4, których rozkład do węgla atomowego w
warunkach obróbki przebiega wg następujących
reakcji :

2CO=CO

2

+C

CH

4

=2H

2

+C

7

WPŁYW WĘGLA NA WŁAŚCIWOŚCI
MECHANICZNE STALI WĘGLOWEJ

METODY NAWĘGLANIA:



W proszkach



Gazowe



W ośrodku ciekłym



W złożach fluidalnych



Próżniowe



Jonizacyjne

9

NAWĘGLANIE W PROSZKACH



Najbardziej rozpowszechniona metoda, ponieważ

stosunkowo łatwa i nie wymaga specjalnych urządzeń.



Przeprowadza się w piecach komorowych elektrycznych

lub gazowych.



Do pieca wstawia się skrzynki z częściami obsypanymi

proszkami nawęglającymi.



Temp. procesu 900-930 ̊C, czas 4-12 godz.



Ośrodek nawęglający jest mieszaniną 80% węgla

drzewnego,10% Na2CC>3 i 10Ba2CO3 Węglany sodu i

baru służą tu jako przyśpieszacze procesu.



Reakcje zachodzące podczas nawęglania:

BaCO3->BaO + CO2 C+O2->CO2
Na2CO3-> Na2O+CO2

CO2+C<->2CO

10

PROCES NAWĘGLANIA GAZOWEGO

Przeprowadza się w mieszaninie gazów przygotowanej w

specjalnej wytwornicy (generatorze). W zależności od

nagrzewnicy stosuje się atmosfery egzo lub

endotermiczne.

Egzotermiczne typu CO2-H2O-N2 oraz CO2-CO-H2O-N2

wytwarza się przez niepełne spalanie gazu opałowego

Endotermiczna wytwarza się przez konwersję gazu

opałowego z powietrzem. Atmosfery typu CO,N2,H2

Atmosfery mogą być uzyskane również z pirolizy

ciekłych związków organicznych jak alkohole

metylowe, acetony, i inne. W temp. nawęglania

następuje rozpad:

2CO<->CO2+C

Wydziela się węgiel atomowy. Metoda ta ma wyższą

wydajność o 25% od nawęglania w ośrodkach stałych.

11

NAWĘGLANIE W OŚRODKU CIEKŁYM



Stosuje się głownie do szybkiego nawęglania
małych przedmiotów na niewielkie głębokości
(0,2-0,6mm)



Temp. procesu 815 ̊C- 860 ̊C, czas 1-4 godz.



Reakcja

2Na

2

CO

3

+SiC->Na

2

SiO

3

+Na

2

O+2CO+C

12

WADY:



Trudności regulowanie grubości warstwy i
zawartości w niej węgla.



Długotrwałość procesu



Duża strata energii i czasu na podgrzewanie
skrzynek z proszkiem nawęglającym



Nierównomierny rozkład temp. w skrzynkach

13

AZOTOWANIE

Zabieg cieplny polegający na dyfuzyjnym
nasyceniu azotem warstwy powierzchniowej
stalowego elementu. Źródłem azotu w obróbkach
gazowych jest najczęściej amoniak, który w
warunkach procesu rozkłada się według równania:

2NH3=6H+2N

14

Warstwa po azotowaniu zapewnia polepszenie
następujących własności:



Odporność na ścieranie



Wytrzymałość na rozciąganie



Twardość



Właściwości przeciwkorozyjne (nierdzewność)

15

AZOTOWANIE - ZASTOSOWANIE



Elementy silników i pomp w przemyśle
lotniczym, okrętowym



Wały korbowe, korbowody, tuleje
cylindryczne, koła zębate, wałki, tłoki,
pierścienie, sworznie tłokowe, cylindry



Narzędzia

›

Matryce kuźnicze, ciągadła

›

Narzędzia skraw. (frezy, wiertła)



W przemyśle obrabiarkowym

›

Śruby pociągowe, wrzeciona

›

Koła zębate

›

Sprzęgła elektromagnetyczne.

16

WĘGLOAZOTOWANIE

Polega na nasyceniu powierzchni wierzchniej
jednocześnie węglem i azotem.

Zalety:



Skrócenie czasu procesu w stosunku do czasu
nawęglania



Uzyskanie bardzo twardych powłok odpornych na
ścieranie



Stosunkowo niska temp. procesu

17

NABOROWYWANIE

Polega na nasyceniu borem powierzchni
wierzchniej.
Zwiększa odporność na:



działanie kwasu solnego



innych kwasów



własności korozyjne

18

METODY NABOROWYWANIA:



W ośrodkach stałych (proszkach i piaskach)



W ośrodkach ciekłych (z pododmianą
borowania elektrolitycznego)



W ośrodkach gazowych (w tym metody
borowania jonowego)

19

CHROMOWANIE

Polega na pokrywaniu przedmiotów

metalowych i z tworzyw sztucznych powłoką
chromową.

Cel chromowania :



Zwiększenie odporności na zużycie



Poprawienie własności termicznych



Dla ozdoby

20

ALUMINIOWANIE (KOLORYZOWANIE,
NAGLINOWYWANIE)

Jest to rodzaj obróbki cieplnej polegający

na nasyceniu powierzchniowej warstwy

przedmiotu glinem.
Podstawowe sposoby koloryzowania

możemy podzielić na trzy w zależności

od ośrodka w którym je się

przeprowadza:



Gazowe ( w temp. 900- 1000 ̊̊C)



W ośrodku stałym ( w temp. 900- 1000

̊̊C)



W ośrodku ciekłym tj. kąpieli aluminiowej

(w temp. 750 -800 ̊C)

21

ZALETY ORAZ ZASTOSOWANIE
ALUMINIOWANIA



Żaroodporność



Odporność na korozję

›

Dla stali i żeliw węglowych 950-1000 ̊C

›

Dla stali żaroodpornych 1200 ̊C

Stosuje się na :



Stalowe elementy pieców



Urządzeń grzewczych



Ruszty



Osłony termopar



Zawory wydechowe

22

SIARKOWANIE

Polega na dyfuzyjnym nasyceniu warstwy
wierzchniej w siarkę.

Cel:



Zwiększenie odporności na ścieranie
Zastosowanie:

Wykorzystuję się głownie do narzędzi

skrawających.

23

BIBLIOGRAFIA



Metaloznawstwo, Karol Przybyłowicz, WNT,
Warszawa 1992,2003



L.A. Dobrzański, Podstawy nauki o
materiałach i metaloznawstwo : materiały
inżynierskie z podstawami projektowania
materiałowego, WNT,

24