Warstwa wierzchnia: wwa ograniczona rzeczywistą powierzchnią przedmiotu, obejmująca tą powierzchnię oraz części materiału wgłąb od powierzchni rzeczywistej, która wykazuje zmienne cechy fizyczne.
Powłoka: wwa materiału wytworzona w sposób naturalny, lub sztuczny lub nałożona sztucznie na powierzchnię przedmiotu wykonanego z innego materiału w celu uzyskania własności technicznych lub dekoracyjnych.
Własności eksploatacyjne
-wytrzymałościowe: wytrz. Zmęczeniowa
-trybologiczne: WSP tarcia, zużycie trybologiczne, odporność na zatarcia
-antykorozyjne: zuzycie korozyjne, oddziaływanie na inne własności eksploatacyjne.
- dekoracyjne: barwa, połysk, odporność na starzenie
5-strefowy model warstwy wierzchniej po Obr mechanicznej:
1. Strefa przypowierzchniowa 2. Ukierunkowana 3. Efektów cieplnych 4. Steksturowania, 5. Zgniotu
METODY WYTWARZANIA WARSTW POWIERZCHNIOWYCH:
1. Cieplne: grubość(części mm do kilku mm) warstwa wierzchnia METODY: hartowanie, odpuszczanie, wyrzażanie(indukcyjne, płomieniowe, plazmowe, laserowe, elektronowe); napawanie: nadtapianie (laserowe, elektronowe, elektrolitowe), stapianie(wypalanie), powlekanie ogniowe, zanurzeniowe.
2. Cieplno-chemiczne: kilkadziesiąt um do kilku mm; wwa wierzchnia lub powłoka. METODY: nasycanie (dyfuzyjne niewspomagane, proszkowe, kąpielowe, gazowe); dyfuzyjne wspomagane jarzeniowe, metody CVD; stopowanie (laserowe, elektronowe); zestalanie cieplno-chem.
3. Elektrocheniczne i chemiczne: kilka um do kilkaset um; powłoka. METODY: osadzanie (elektrolityczne, chemiczne, konwersyjne); polerowanie(chemiczne, elektrochemiczne); trawienie (chemiczne, elektrochemiczne); zestalanie chemiczne.
4. Fizyczne: dziesiętne cz. Um do kilkadziesiąt um; wwa wierzchnia, powłoka. METODY: zestalanie fizyczne; osadzanie par(naparowanie, napylanie); implantowanie jonów(pierwotnych, wtórnych, mieszanie jonowe)
5. Mechaniczne: części mm do kilka mm; wwa wierzchnia i powłoka. METODY: nadtapianie natrysk detonacja (powłoka); skrawanie, Obr plast na zimno
6. Cieplno-mechaniczne: kilkadziesiąt um do kilku mm; wwa wierzchnia i powłoka. METODY: natryskiwanie gazowe, łukowe, plazmowe, nadtapianie natryskowe; polerowanie naporowe, detonacyjne, skurczowe; utwardzanie detonacyjne(laserowe, elektronowe, wybuchowe); Obr plast na gorąco(walcowanie kucie)
Ze względu na ZASTOSOWANIE można wyróżnić wwy:
1. Wskazując wybrane własności fiz. Zapewniające produktom określone wł. Mechaniczne(twardość)
2. Antykorozyjne: charakter anodowy lub katodowy, przeciwdziałające korozji elektromecha.
3. Dekoracyjne i dek-ochronne: nadają estetyczny wygląd.
PRZYGOTOWANIE POWIERZCHNI: oczyszczenie pow(usunąć zgorzeline i inne syfy:). Ważnym czynnikiem jest okres pomiędzy oczyszczeniem a nałożeniem powłoki.
METODY OCZYSZCZANIA POWIERZCHNI PRZED NAŁOŻENIEM POWŁOKI:
1. Mechaniczne: a)za pomocą narzędzi(młotkowanie, skrobanie, szczotkowanie, szlifowanie, polerowanie. b)Strumieniowo-ścierne: wirnikowe, pneumatyczne
2. Chemiczne lub elektrochemiczne: odtłuszczanie(a)w rrach organicznych typu benzyna nafta; b) w rrach alkalicznych c)emulsyjne, d)elektrolityczne(anoda katoda), e) z wykorzystaniem ultradźwięków ), trawienie(chem- zanurzenie przedmiotów w odpowiednim roztworze kwasów lub alkaliów, które reagują z tlenkami znajdującymi się na powierzchni danego metalu;; elektrolityczne: w wyniku działania prądu elektrycznego . może być prowadzony anodowo lub katodowo), polerowanie(chem: selektywne rozpuszczanie pow Obr elem co powoduje ich stopniowe wygładzanie,El-chem: anodowe rozp pow metalu podłoza, co powoduje stopniowe wygładzanie )
3. Termiczne: najczęściej powierzchnie stalowe
ADHEZJA:
-trwałe silne łączenie się warstw powierzchniowych 2 różnych ciał doprowadzonych do zetknięcia
-przyczyną jest występowanie sił przyciągania(van der waalsa)między cząsteczkami stykających się ciał
-wielkość adhezji określa się wartością siły potrzebnej do rozłączenia przywierających ciał przypadających na jednostkę powierzchni kontaktu.
OBRÓBKA CIEPLNA
hartowanie powierzchniowe: 1. Szybkie nagrzanie do temp hartowania 2. Szybkie chłodzenie (bez wygrzewania); metody: indukcyjna, laserowa, płomieniowa, kąpielowa, kontaktowa, elektrolityczna, impulsowa.
hartowanie płomieniowe: nagrzewanie palnikami gazowymi i chłodzenie; palniki są sprzężone z natryskiwaczami; może być stosowane w przypadku Obr cieplnej wałków kół ,prowadnic, łóż obrabiarek.
NAPRĘŻENIA PODCZAS OBR CIEPLNEJ:
1 rodzaju:obejmują cały przedmiot, powodują zmiany wymiarów i odkształcenia
2 rodzaju: w wyniku niejednorodności budowy ciał mechanicznych składających się z ziarn i bloków ziarn.
3 rodzaju: równoważą się w obrębie kryształu
METODY OBR CIEPLNEJ:
NADTAPIANIE: wygładzanie powierzchni tworzywa metalowego lub uszczelnianie powłoki niemetalowej lub metalowej bądź uzyskanie struktury amorficznej bez zmian skł chem. Uzyskanie str amorficznej jest możliwe tylko przy szybkim nagrzaniu i chłodzeniu. Realizowane za pomocą grzania laserowego,elektronowego, plazmowego i płomieniowego.
NAPAWANIE: odmiana nadtapiania realizowana przy użyciu palników spawalniczych dla pokrycia powierzchni materiału warstwą spoiwa w celu uzyskania zajebistej powłoki która m. in. podwyższy trwałość eksploatacyjną. Materiały do napawania: stale węglowe i niskostopowe, chromowe, chromowo niklowe.(CO-Cr-W,Ni-Cr-B,Ni-Mo, węgliki spiekane)
NATAPIANIE: wykorzystanie grzania laserowego, elektronowego lub elektroiskrowego w celu naniesienia powłoki: metali (Al.,Ni,Si), stopów matali, zw. Metali, ceramiki lub cermetali na powierzchnie metalu lub stopu o wł różnych od wł. Materiału. Z reguły powłoki żaroodporne, odporne na korozje i wys temp.
CYNOWANIE: nie jest toksyczna więc powłoki cynowe są stosowane na opakowanie spożywcze. 40% zapotrzebowania na cynę pochłania produkcja białej blachy.
KONIEC OBRÓBKI CIEPLNEJ
OBRÓBKA CIEPLNO-CHEMICZNA
-zespół operacji i zabiegów obejmujących zmianę składu chem i struktury wwy pow stopu w wyniku zmiany temp i chemicznego oddziaływania ośrodka. Robimy to w celu uzyskania odpowiednich własności użytkowych. Poddaje się jej stopy żelaza, głównie stale oraz molibden, wolfram tytan i inne. Jest związana z transportem masy.
5 procesów składowych w procesie transportu masy:
1. Reakcje w ośrodku nasycającym 2. Dyfuzja w ośrodku nasycającym (dopływ składnika dyfundującego do pow metalu 3. Reakcje na granicach rozdziału faz 4. Dyfuzja metalu 5. Reakcje metalu (np. wydzielenia fazowe)
DYFUZJA: aktywowany cieplnie proces zachodzący wskutek ruchu atomów w sieci przestrzennej metalu w kierunku stężenia składników. Prawa Ficka z kartki
Dyfuzja może przebiegać: wzdłuż powierzchni metalu-najłatwiej; wzdłuż granic ziarn - trudniej; wewnątrz ziarn - masakrycznie trudno:P
METODY OBRÓBKI-CIEPLNO CHEMICZNEJ:
1. W OŚRODKACH STAŁYCH:w proszkach, w pastach
2. Kąpielowe
3. Gazowe: jonizacyjne konwencjonalne:: próżniowe, w złożach fluidalnych
PROCES TECHNOLOGICZNY OBRÓBKI CIEPLNO CHEMICZNEJ
NAWĘGLANIE:Polega na nasycaniu warstwy powierzchniowej stali w węgiel podczas wygrzewania obrabianego przedmiotu w ciągu określonego czasu w ośrodku zawierającym węgiel atomowy. Odbywa się w temp 900-950. Grubość wwy nawęglającej 0,5-2 mm o jej grubości decyduje czas nawęglania. Twardość stali nawęglonej: 250-300HB. Jest poddawana dalszej Obr cieplnej. Dąży się do zwiększenia twardości stali na powierzchni (60HRC); zapewnienie ciągliwości w nawęglanym rdzeniu.
JAKA JEST OBRÓBKA PO NAWĘGLANIU:
2-krotne hartowanie
niskie odpuszczanie(160-180 przez 1,5-2h)
Struktura wwy nawęglanej:
1 strefa nadeutektoidalna (perlit+cementyt) 2 eutektoidalna(perlit) 3 podeutektoidalna(perlit-ferryt)
AZOTOWANIE:
-polega na nasyceniu pow. przedmiotu azotem podczas wygrzewania w ośrodku z wolnymi atomami azotu. Wykonywana w temp niższej od temp Ac1. Azotowanie może być krótkookresowe(kilkanaście minut - kilka godzin) lub długookresowe(kilkadziesiąt godzin).Przez azotowanie długotrwałe na powierzchni tworzy się strefa azotków typu e.
METODY AZOTOWANIA: w proszkach, gazowe, w złożach fluidalnych, jonizacyjne
Jest to OSTATNIA OPERACJA W PROCESIE TECHNOLOGICZNYM. Poddaje się jej przedmioty zahartowane/odpuszczone w temp dużo wyższej niż temp azotowania. Stosowane do elem ze stali niestopowych i stopowych, maszynowych, narzędziowych, narażonych na korozję w wodzie.
WĘGLOAZOTOWANIE:
-jednoczesne nasycenie powierzchni stali węglem i azotem i ośrodkach gazowych i ciekłych. Może być:WYSOKOTEMP(750=900 Powierzchnia robi się martenzytowi (m. drobnoziarnisty z udziałem austenitu szczątkowego) lub niskotemp(450-600: budowa zbliżona do wrw azotowanych)
METODY ELEKTROCHEMICZNE I CHEMICZNE
Wykorzystuje się je do wytwarzania powłoki metalowej lub niemetalowej na pow metalu, do polerowania lub oczyszczania pow metalu.
uzyskane powłoki mają zajebistą odp na korozje, ścieranie i inne ciulstwa typu barwa etc.
OSADZANIE ELEKTROLITYCZNE:
umożliwia uzyskanie powłok z metalu lub stopu w wyniku redukcji prądem elektrycznym jonów metalu powłokowego z rrów elektrolitów. Grubość powłok: 0,3-300um , 1 lub wielowarstwowe. Najczęściej stosowane procesy elektrolityczne: chromowanie, niklowanie, cynkowanie, cynowanie, miedziowanie oraz powłoki zawierające Zn, Cn i Ni w celu antykorozyjnym i dekoracyjnym.. Mamy też tamponowe procesy, zamiast kąpieli jest użyty tampon z tkaniny. Pozwala to na uzyskanie twardszych powłok.
OSADZANIE CHEMICZNE(BEZPRĄDOWE)
uzyskanie powłok przez wymiane, kontakt lub redukcje bez lub z katalizatorem(bez kat-powłoki miedziowane lub niklowe, z kat-powł złote). Grubość wwy wynosi 5-20um. Stosowane w celu poprawy odp na korozje oraz jako wwy kontaktowe na żeliwie przed emaliowaniem
OSADZANIE KONWERSYJNE:
sztucznie wywołany proces korozji powierzchni metalu w wyniku którego na powierzchni tworzy się powłoka, ściśle zw z mat podłoża o własn dielektrycznych. Może to być powłoka chromianowa, fosforanowa, tlenkowa,szczawianowa.
grubość takich powłok wynosi od kilku do kilkuset um. Stosowane do ochrony przed korozją, jako wwy: polepszenie przyczepności pow malarskich, popraw wł innych powłok, podnoszące walory estetyczne
POLEROWANIE:
Obr wykańczająca ma na celu uzyskanie gładkości i połysku powierzchni. Realizowana w elektrolicie lub po kąpieli chemicznej, polega na selektywnym rozp wierzchołków mikronierównosci powierzchni. Polerowanie może być chemiczne: wybłyszczanie, najczęściej aluminium w kąpielach zawierających środek utleniający(kwasy azotowy, siarkowy,octowy) lub elektrolityczne: wygładzanie i wybłyszczanie(zmniejszanie nikronierówności od ok 1um do 0,01um) , głównie Al. I jego stopów. Nie zmienia stanu naprężeń w wwie wierzchniej.
TRAWIENIE:
usuwanie wwy zgorzeliny i innych ciulstw z metali stosowane przed dotrawianiemi nakładaniem powierzchni galwanicznych. Może być chemiczne : zanurzenie w rrach kwaśnych lub elektrolityczne: metal trawiony może być anodą