Nawęglanie jest procesem nasycania powierzchni stali węglem przez wygrzewanie w ośrodkach nawęglających przy temperaturze wyższej od temperatury austenityzacji. Celem nawęglania jest uzyskanie twardej i odpornej naścieranie i zmęczenia warstwy wierzchniej przy zachowaniu ciągliwego rdzenia. Nawęglaniu poddaje się stale niskowęglowe zawierające dodatki pierwiastków takich jak: chrom, nikiel, mangan i tytan. Pierwiastki te polepszają własności rdzenia i usuwają skłonności stali do przegrzewania się.

Nawęglanym przez nas obiektem był walec o promieniu 10 mm wykonany ze stali EN 16MnCr5. Węgiel którym nasycana jest powierzchnia walca pochodził z rozkładu węglowodoru wtłaczanego pod ciśnieniem 700 Pa, którego przepływ wynosi 20 %. Proces nawęglania składał się z kilku etapów:

Etap 1. Nagrzewanie elementu do temperatury 930 °C

Etap 2. Nawęglanie elementu przez 5:35 min

Etap 3. Dyfuzja węgla w głąb elementu przez 10:46 min

Etap 4. Nawęglanie elementu przez 3:21 min

Etap 5. Dyfuzja węgla w głąb elementu przez 18:03 min

Etap 6. Nawęglanie elementu przez 3:21 min

Etap 7. Dyfuzja węgla w głąb elementu przez 26:27 min

Etap 8. Nawęglanie elementu przez 3:21 min

Etap 9. Dyfuzja węgla w głąb elementu przez 35: 27min

Etap 10. Nawęglanie elementu przez 3:21 min

Etap 11. Dyfuzja węgla w głąb elementu przez 55:01 min

Etap 12. Nawęglanie elementu przez 3:21 min

Etap 13. Dyfuzja węgla w głąb elementu przez 51:03 min

Etap 14. Wstępne chłodzenie do temperatury 870 °C z prędkością 15 °C/min

Etap 15. Gwałtowne ochłodzenie przy użyciu sprężonego gazu (azotu) o ciśnieniu 1,2 MPa o przepływie 100%.

Z wykresu wynika że najbardziej efektywną zawartość węgla (40 %) otrzymaliśmy w odległości 0,69 mm od powierzchni naszego elementu. Całkowita odległość od powierzchni na jaką udało nam się nawęglić element wynosi 1,16 mm. Maksymalny procent węgla na powierzchni jaki udało się uzyskać wynosi 75 %. Rdzeń elementu zawiera natomiast 17 % węgla.

Powyższe zdjęcie przedstawia twardą warstwę nawęgloną, granicę, oraz mniej twardą warstwę stali.

Nawęglanie gazowe jest procesem dość skomplikowanym pod względem wykonania, jednakże pozwala uzyskać dużą twardość powierzchni stalom o małej zawartości węgla. Na całe szczęście w dzisiejszych czasach można zasymulować cały ten proces przy użyciu sztucznej inteligencji.

Wyniki zaprojektowanego procesu nawęglania przy użyciu sztucznej inteligencji znajdują się poniżej,