28. Co to jest utwardzanie wydzieleniowe?
Utwardzanie wydzieleniowe jest procesem dwóch operacji obróbki cieplnej: przesycania i starzenia. Polega na utwardzaniu stopu metalicznego dyspersyjnymi cząstkami fazy wtórnej wydzielonej z przesyconego roztworu stałego. Utwardzanie wydzieleniowe spowodowane jest zablokowaniem ruchu dyslokacji przez drobne wydzielenia faz wtórnych. Jest obróbką cieplną stosowaną dla licznych stopów metali nieżelaznych oraz stali.
Warunki do zrealizowania utwardzania wydzieleniowego:
• wykazywanie przez stop zmniejszającej się wraz z obniżeniem temperatury rozpuszczalności składnika stopu w osnowie(warunek konieczny, opisany powyżej)
• uzyskanie w temperaturze podwyższonej jednorodnego roztworu stałego.
• możliwość zrealizowania szybkiego oziębienia do temperatury otoczenia.
• możliwość przebiegu procesu starzenia w temperaturze otoczenia lub podwyższonej.
Przesycanie jest operacja obróbki cieplnej polegająca na nagrzaniu stopu do temperatury jednorodnego roztworu stałego α, wytrzymaniu w tej temperaturze w celu rozpuszczenia wydzielonych cząstek fazy β (ujednorodnienie roztworu stałego α) oraz oziębieniu z szybkością oziębiania większą od prędkości krytycznej (w celu zatrzymania w roztworze pierwiastka przesycającego) do temperatury otoczenia lub wyższej, ale zawsze niższej od temperatury granicznej rozpuszczalności. Ma to na celu utrzymanie stanu struktury uzyskanej w temperaturze podwyższonej. Temperatura i czas przesycania odgrywają w tej operacji ważną role, gdyż parametry te muszą być tak dobrane, aby uzyskać możliwie największe rozpuszczenie pierwiastka przesycającego w roztworze, a następnie ujednorodnienia tego roztworu.
Starzenie jest następująca po przesycaniu operacja utwardzenia wydzieleniowego, polega na rozpadzie przesyconego roztworu stałego. Przeprowadza się nagrzewając stop uprzednio przesycony do temperatury niższej od linii granicznej rozpuszczalności, wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu. Następuje wydzielanie w przesyconym roztworze stałym składnika znajdującego się w nadmiarze w postaci faz o wysokiej dyspersji. Ogólnie starzenie można podzielić na samorzutne, przyspieszone. Własności stopu starzonego zależą od czasu i temperatury starzenia oraz struktury stopu przed starzeniem ponadto od składu chemicznego, warunków przesycania i obróbki plastycznej na zimno.
29. Podaj przykłady stopów, które mogą być umacniane poprzez przesycanie i starzenie.
Utwardzaniu wydzieleniowemu poddawane są stopy charakteryzujące się zmienną rozpuszczalnością jednego ze składników w stanie stałym i ma zastosowanie do umacniania metali nieżelaznych oraz stopowych stali austenitycznych i ferrytycznych. Utwardzanie wydzieleniowe jest bardzo efektywne niestety w praktyce można go stosować w stosunku do nielicznych stopów: Cu-Be, Al-Cu. Ni-Cr, Fe-Ni.
30. Klasyfikacja obróbki cieplno-chemicznej.
a) Dyfuzyjne nasycanie niemetalami:
I. Nawęglanie
II. Azotowanie
III. Borowanie
IV. Krzemowanie
V. Siarkowanie
VI. Utlenianie
b) Dyfuzyjne nasycanie metalami:
I. Chromowanie
II. Tytanowanie
III. Wanadowanie
IV. Aluminiowanie
31. Wyjaśnić pojęcie dyfuzji atomowej i reakcyjnej.
Dyfuzja atomowa polega na przemieszczaniu się atomów jednego pierwiastka do sieci
elementarnej pierwiastka drugiego, przy czym powstaje roztwór stały o sieci elementarnej
pierwiastka rozpuszczającego. Tworzenie się nowych faz o budowie różnej od budowy
pierwiastka rozpuszczającego jest niemożliwe i maksymalne stężenie pierwiastka dyfundującego
nie przekracza granicznej rozpuszczalni w temperaturze dyfuzji.
Drugim rodzajem dyfuzji jest dyfuzja reakcyjna, której wynikiem jest powstanie nowej fazy międzymetalicznej, zgodnie z wykresem równowagi między pierwiastkiem rozpuszczanym i
metalem rozpuszczającym. Proces dyfuzji reakcyjnej można podzielić na dwa etapy:
a) powstanie nowej fazy na powierzchni metalu na skutek zachodzącej reakcji chemicznej,
b) rozrost nowej fazy na skutek zachodzącej dyfuzji.
32. Warunki konieczne dla przeprowadzenia obróbki cieplno-chemicznej (nasycania dyfuzyjnego)
• ośrodek czynny musi wytwarzać aktywne wolne atomy (określone jako atomy „in statu nascendi”), powstające w wyniku reakcji zachodzących w ośrodku, albo na jego granicy z materiałem obrabianym, osadzają się na powierzchni elementu, bardzo szybko tworzą wartę jednoatomowej grubości. • powierzchnia materiału musi absorbować wolne atomy. • atomy zaabsorbowane powierzchniowo muszą dyfundować w głąb materiału obrabianego i tworzyć z podłożem roztwór stały.
Istotnymi parametrami decydującymi o zasięgu dyfuzji są: temperatura, czas, gradient koncentracji pierwiastka dyfundującego. Przebieg dyfuzji oraz rodzaj powstających w jej wyniku faz zależą od typu układu równowagi fazowej, jaki tworzą pierwiastek nasycający oraz podstawowy pierwiastek metaliczny obrabianego materiału.
33. Cel i sposób przeprowadzenia nawęglania.
Nawęglanie jest rodzajem obróbki cieplno - chemicznej polegającym na dyfuzyjnym wzbogacaniu warstwy wierzchniej w węgiel, podczas wygrzewania części w temperaturze w zakresie 900 do 950 °C w środowisku w którym wydziela się aktywny węgiel. Celem procesu nawęglania wraz z następną obróbką cieplną (hartowaniem i niskim odpuszczaniem) jest uzyskanie części o twardej i odpornej na ścieranie powierzchni przy zachowaniu plastycznego rdzenia, zapewniającego odporność na obciążenia udarowe.
Metody konwencjonalne: metoda proszkowa(polega na nawęglaniu w skrzynkach z proszkiem węgla drzewnego z dodatkiem węglanu baru i sodu) oraz metoda kąpielowa polegająca na nawęglaniu w roztopionych solach zawierających cyjanki i cyjaniany.
Metody atmosferyczne : metoda nawęglania gazowego w atmosferach regulowanych
Proces nasycania powierzchni stali węglem składa się z trzech elementów:
- dysocjacji karboryzatora, w wyniku której tworzy się węgiel atomowy, zdolny do wnikania w powierzchnię stali,
- absorpcji polegającej na pochłanianiu atomów węgla przez powierzchnię metalu,
- dyfuzji polegającej na przemieszczaniu atomów węgla w głąb stali.
34. Stale do nawęglania
Do nawęglania stosuje się stale węglowe wyższej jakości o zawartości węgla do 0.25%, wyjątkowo do 0,35% oraz stale stopowe o zawartości węgla do 0,25%. Stale stopowe do nawęglania z reguły zawierają chrom, utrudniający przegrzanie i podnoszący wytrzymałość oraz takie pierwiastki jak: Ni, Mn, Mo, zwiększające wytrzymałość rdzenia, po obróbce cieplnej przy zachowaniu jego wysokiej plastyczności. Równocześnie dodatki stopowe umożliwiają hartowanie tych stali w oleju, co daje mniejsze naprężenia hartownicze przy zachowaniu wysokiej twardości warstwy powierzchniowej.
35. Parametry warstwy utwardzonej po nawęglaniu.
* grubość warstwy wierzchniej - głębokości nawęglania wahają się w granicach 0,6 - 1,5 mm. Dobór grubości warstwy zależy od charakteru pracy części. Części silnie obciążone i narażone na duże naciski jednostkowe powinny mieć grubszą warstwę nawęgloną, mniej - warstwy cieńsze.
* powierzchniowe stężenie węgla - za optymalne stężenie powierzchniowe węgla w warstwie nawęglonej przyjmuje się stężenie eutektoidalne. W zależności od gatunku stali warunków pracy części stosuje się w praktyce stężenie od 0,7 do 1,0 %C. Rozkład stężenia węgla w warstwie wierzchniej powinien zapewnić łagodny spadek stężenia od powierzchni do rdzenia, szczególnie w strefie przejściowej.
* struktura - po nawęglaniu i hartowaniu warstwa wierzchnia powinna mieć strukturę martenzytyczną ewentualnie z niewielką ilością austenitu szczątkowego.
* twardość - warstwa nawęglona jest utwardzona nieznacznie poprzez zmianę stężenia węgla w warstwie w stalach niestopowych od 120 do 160 HB (poniżej 15 HRC) a w stalach stopowych od 220 do 260 (ok. 25 HRC) HB. Uzyskanie pełnego efektu nawęglania wymaga następnego hartowania i niskiego odpuszczania.
* wielkość ziarna - wielkość ziarna byłego austenitu nie powinna przekraczać nr 5 a w częściach szczególnie odpowiedzialnych być mniejsza niż nr 7 wg skali ziarna ASTM.
36. Obróbka cieplna po nawęglaniu.
Obróbka cieplna stali nawęglonej polega na hartowaniu z temperatury właściwej dla rdzenia - wyższej od Ac3 - i ponownym hartowaniu z temperatury wyższej od Ac1, właściwej dla nawęglonej warstwy powierzchniowej. Przedmioty nawęglone i zahartowane poddaje się niskiemu odpuszczaniu w temperaturze 160÷180°C przez 1,5÷2 h. Nawęglanie z następnym hartowaniem i niskim odpuszczaniem zapewnia dużą twardość powierzchni obrobionych elementów, dużą odporność na ścieranie i naciski powierzchniowe, znaczną wytrzymałość zmęczeniową. Rdzeń stali po takich operacjach obróbki cieplno-chemicznej i cieplnej wykazuje dużą ciągliwość, sprężystość i odporność na dynamiczne działanie obciążeń.
|
37. Cel i sposób przeprowadzenia azotowania.
Azotowanie jest obróbką cieplno-chemiczną, polega na dyfuzyjnym wprowadzeniu azotu do warstwy powierzchniowej stali w celu nadania jej wysokiej twardości, wytrzymałości zmęczeniowej, odporności na ścieranie i w pewnym stopniu w celu poprawy odporności na korozję. Uzyskanie twardej warstwy powierzchniowej w wyniku azotowania jest następstwem powstania w warstwie wierzchniej azotków. Dlatego też do azotowania stosowane są stale stopowe średnio-węglowe, zawierające dodatki stopowe, łatwo tworzące azotki jak: glin, chrom, tytan i wanad i inne.
Do azotowania używa się także stali węglowej, niskostopowej i stopowej. Azotowanie przeprowadza się zazwyczaj w temperaturze od 480 do 650°C z reguły w atmosferze gazowej.
W przeciwieństwie do nawęglania przy azotowaniu strefa powierzchniowa utwardza się bez dodatkowej obróbki cieplnej. Azotowaniu poddaje się stale uprzednio ulepszone cieplnie, gdzie temperatura odpuszczania powinna być nieznacznie wyższa niż temperatura samego azotowania.
W zależności od czasu trwania azotowania wyróżniamy:
* azotowanie długotrwałe: od 30 do 80h
* azotowanie krótkotrwałe: w czasie do 6h
Azotowanie gazowe: jako medium w procesie tym stosuje się środowisko gazowe z wykorzystaniem amoniaku. Sama operacja bazuje na zapewnieniu w trakcie procesu odpowiedniej termodynamicznej aktywności atmosfery azotującej, określanej umownie poprzez wartość potencjału azotowego. W czasie tego typu obróbki zachodzą trzy podstawowe procesy:
* dysocjacja amoniaku — polegająca na rozkładzie cząsteczek podgrzanego do temperatury 500 °C gazu i wydzielenia aktywnych atomów pierwiastka dyfundującego
* absorpcja — polegająca na wchłanianiu (rozpuszczaniu) w metalu powstałego azotu, który następnie reaguje z żelazem, tworząc azotek,
* dyfuzja — polegająca na przemieszczaniu się obcych atomów w sieci przestrzennej obrabianego metalu.
Azotowanie plazmowe (jarzeniowe) polega na azotowaniu przedmiotów w warunkach wyładowania jarzeniowego przy ciśnieniu atmosfery obróbczej gazu reaktywnego od 100 do 1300 Pa Atmosfera obróbcza amoniak lub azot. Aktywne atomy azotu uzyskuje się poprzez jonizację gazu reaktywnego, zachodzącego w wyniku wyładowania jarzeniowego w specjalnym urządzeniu wyposażonym w reaktor.
Azotowanie w złożach fluidalnych -wykonywane jako krótkotrwałe w atmosferze amoniaku i amoniaku z azotem nieregulowane i regulowane.
Azotowanie w proszkach - konwencjonalne azotowanie w proszkowanych związkach azotu, amoniaku. Azotowanie w proszkach jest stosowane bardzo rzadko.
Azotowanie jonowe - umożliwia nasycenie stopów żelaza azotem w temperaturach 300 - 600 stopni celcjusza i czasie 0,5 - 30 godzin.
Podstawową różnicą pomiędzy azotowaniem a innym procesem utwardzania powierzchni jest fakt, iż elementy azotowane muszą być wykonane ze stali stopowych.
Operacji azotowania poddaje się stale konstrukcyjne średnio węglowe ze składem skład chemiczny stali tej grupy, jest następujący: 0,35-0,46% C, 1,35-M,65% Cr, 0,7-M,2% Al, 0,15-5-0,25% Mo. Stale te przed azotowaniem ulepsza się cieplnie, przy czym odpuszczanie przeprowadza się w temperaturze wyższej od temperatury azotowania, które po nim następuje.
40. Struktura i własności warstw azotowanych.
Podstawą do określenia struktury warstw azotowanych przedmiotów wykonanych z żelaza i jego stopów jest układ równowagi fazowej Fe-N. W układzie równowagi fazowej Fe-N występują następujące fazy mając, znaczenie w procesie azotowania:
- faza α (ferryt azotowy),która jest roztworem stałym granicznym azotu w żelazie α, o maksymalnej rozpuszczalności 0,1%N w temperaturze eutektoidalnej- 590C i 0,004%N w temperaturze pokojowej,
- faza γ (austenit azotowy) będąca roztworem stałym w żelazie γ o maksymalnej rozpuszczalności 2,8%N w temperaturze 650C; trwała powyżej temperatury utektodainej,
- azotek γ' jest fazą międzywęzłową zakresie sieci A1 trwałą w zakresie stężeń ok. 5,7 - 6,1%N i do temperatury 680C, której przypisuje się wzór Fe4N,
- azotek ε, któremu przypisuje się wzór Fe2N, jest fazą międzywęzłową o sieci A3, trwałą w zakresie stężeń ok. 8,2 - 11 %N.
Najważniejszą z właściwości warstw azotowanych jest ich wysoka twardość. Warstwę azotowaną cechuje także odpowiednio wysoka odporność na zmęczenie, ścieranie, korozję, erozję kawitacyjną. Warstwy azotowane zachowują twardość do temperatur w zakresie 500 - 600C, a krótkotrwałą nawet do wyższych temperatur.
|
28. Co to jest utwardzanie wydzieleniowe?
Utwardzanie wydzieleniowe jest procesem dwóch operacji obróbki cieplnej: przesycania i starzenia. Polega na utwardzaniu stopu metalicznego dyspersyjnymi cząstkami fazy wtórnej wydzielonej z przesyconego roztworu stałego. Utwardzanie wydzieleniowe spowodowane jest zablokowaniem ruchu dyslokacji przez drobne wydzielenia faz wtórnych. Jest obróbką cieplną stosowaną dla licznych stopów metali nieżelaznych oraz stali.
Warunki do zrealizowania utwardzania wydzieleniowego:
• wykazywanie przez stop zmniejszającej się wraz z obniżeniem temperatury rozpuszczalności składnika stopu w osnowie(warunek konieczny, opisany powyżej)
• uzyskanie w temperaturze podwyższonej jednorodnego roztworu stałego.
• możliwość zrealizowania szybkiego oziębienia do temperatury otoczenia.
• możliwość przebiegu procesu starzenia w temperaturze otoczenia lub podwyższonej.
Przesycanie jest operacja obróbki cieplnej polegająca na nagrzaniu stopu do temperatury jednorodnego roztworu stałego α, wytrzymaniu w tej temperaturze w celu rozpuszczenia wydzielonych cząstek fazy β (ujednorodnienie roztworu stałego α) oraz oziębieniu z szybkością oziębiania większą od prędkości krytycznej (w celu zatrzymania w roztworze pierwiastka przesycającego) do temperatury otoczenia lub wyższej, ale zawsze niższej od temperatury granicznej rozpuszczalności. Ma to na celu utrzymanie stanu struktury uzyskanej w temperaturze podwyższonej. Temperatura i czas przesycania odgrywają w tej operacji ważną role, gdyż parametry te muszą być tak dobrane, aby uzyskać możliwie największe rozpuszczenie pierwiastka przesycającego w roztworze, a następnie ujednorodnienia tego roztworu.
Starzenie jest następująca po przesycaniu operacja utwardzenia wydzieleniowego, polega na rozpadzie przesyconego roztworu stałego. Przeprowadza się nagrzewając stop uprzednio przesycony do temperatury niższej od linii granicznej rozpuszczalności, wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu. Następuje wydzielanie w przesyconym roztworze stałym składnika znajdującego się w nadmiarze w postaci faz o wysokiej dyspersji. Ogólnie starzenie można podzielić na samorzutne, przyspieszone. Własności stopu starzonego zależą od czasu i temperatury starzenia oraz struktury stopu przed starzeniem ponadto od składu chemicznego, warunków przesycania i obróbki plastycznej na zimno.
29. Podaj przykłady stopów, które mogą być umacniane poprzez przesycanie i starzenie.
Utwardzaniu wydzieleniowemu poddawane są stopy charakteryzujące się zmienną rozpuszczalnością jednego ze składników w stanie stałym i ma zastosowanie do umacniania metali nieżelaznych oraz stopowych stali austenitycznych i ferrytycznych. Utwardzanie wydzieleniowe jest bardzo efektywne niestety w praktyce można go stosować w stosunku do nielicznych stopów: Cu-Be, Al-Cu. Ni-Cr, Fe-Ni.
30. Klasyfikacja obróbki cieplno-chemicznej.
a) Dyfuzyjne nasycanie niemetalami:
I. Nawęglanie
II. Azotowanie
III. Borowanie
IV. Krzemowanie
V. Siarkowanie
VI. Utlenianie
b) Dyfuzyjne nasycanie metalami:
I. Chromowanie
II. Tytanowanie
III. Wanadowanie
IV. Aluminiowanie
31. Wyjaśnić pojęcie dyfuzji atomowej i reakcyjnej.
Dyfuzja atomowa polega na przemieszczaniu się atomów jednego pierwiastka do sieci
elementarnej pierwiastka drugiego, przy czym powstaje roztwór stały o sieci elementarnej
pierwiastka rozpuszczającego. Tworzenie się nowych faz o budowie różnej od budowy
pierwiastka rozpuszczającego jest niemożliwe i maksymalne stężenie pierwiastka dyfundującego
nie przekracza granicznej rozpuszczalni w temperaturze dyfuzji.
Drugim rodzajem dyfuzji jest dyfuzja reakcyjna, której wynikiem jest powstanie nowej fazy międzymetalicznej, zgodnie z wykresem równowagi między pierwiastkiem rozpuszczanym i
metalem rozpuszczającym. Proces dyfuzji reakcyjnej można podzielić na dwa etapy:
a) powstanie nowej fazy na powierzchni metalu na skutek zachodzącej reakcji chemicznej,
b) rozrost nowej fazy na skutek zachodzącej dyfuzji.
32. Warunki konieczne dla przeprowadzenia obróbki cieplno-chemicznej (nasycania dyfuzyjnego)
• ośrodek czynny musi wytwarzać aktywne wolne atomy (określone jako atomy „in statu nascendi”), powstające w wyniku reakcji zachodzących w ośrodku, albo na jego granicy z materiałem obrabianym, osadzają się na powierzchni elementu, bardzo szybko tworzą wartę jednoatomowej grubości. • powierzchnia materiału musi absorbować wolne atomy. • atomy zaabsorbowane powierzchniowo muszą dyfundować w głąb materiału obrabianego i tworzyć z podłożem roztwór stały.
Istotnymi parametrami decydującymi o zasięgu dyfuzji są: temperatura, czas, gradient koncentracji pierwiastka dyfundującego. Przebieg dyfuzji oraz rodzaj powstających w jej wyniku faz zależą od typu układu równowagi fazowej, jaki tworzą pierwiastek nasycający oraz podstawowy pierwiastek metaliczny obrabianego materiału.
33. Cel i sposób przeprowadzenia nawęglania.
Nawęglanie jest rodzajem obróbki cieplno - chemicznej polegającym na dyfuzyjnym wzbogacaniu warstwy wierzchniej w węgiel, podczas wygrzewania części w temperaturze w zakresie 900 do 950 °C w środowisku w którym wydziela się aktywny węgiel. Celem procesu nawęglania wraz z następną obróbką cieplną (hartowaniem i niskim odpuszczaniem) jest uzyskanie części o twardej i odpornej na ścieranie powierzchni przy zachowaniu plastycznego rdzenia, zapewniającego odporność na obciążenia udarowe.
Metody konwencjonalne: metoda proszkowa(polega na nawęglaniu w skrzynkach z proszkiem węgla drzewnego z dodatkiem węglanu baru i sodu) oraz metoda kąpielowa polegająca na nawęglaniu w roztopionych solach zawierających cyjanki i cyjaniany.
Metody atmosferyczne : metoda nawęglania gazowego w atmosferach regulowanych
Proces nasycania powierzchni stali węglem składa się z trzech elementów:
- dysocjacji karboryzatora, w wyniku której tworzy się węgiel atomowy, zdolny do wnikania w powierzchnię stali,
- absorpcji polegającej na pochłanianiu atomów węgla przez powierzchnię metalu,
- dyfuzji polegającej na przemieszczaniu atomów węgla w głąb stali.
34. Stale do nawęglania
Do nawęglania stosuje się stale węglowe wyższej jakości o zawartości węgla do 0.25%, wyjątkowo do 0,35% oraz stale stopowe o zawartości węgla do 0,25%. Stale stopowe do nawęglania z reguły zawierają chrom, utrudniający przegrzanie i podnoszący wytrzymałość oraz takie pierwiastki jak: Ni, Mn, Mo, zwiększające wytrzymałość rdzenia, po obróbce cieplnej przy zachowaniu jego wysokiej plastyczności. Równocześnie dodatki stopowe umożliwiają hartowanie tych stali w oleju, co daje mniejsze naprężenia hartownicze przy zachowaniu wysokiej twardości warstwy powierzchniowej.
35. Parametry warstwy utwardzonej po nawęglaniu.
* grubość warstwy wierzchniej - głębokości nawęglania wahają się w granicach 0,6 - 1,5 mm. Dobór grubości warstwy zależy od charakteru pracy części. Części silnie obciążone i narażone na duże naciski jednostkowe powinny mieć grubszą warstwę nawęgloną, mniej - warstwy cieńsze.
* powierzchniowe stężenie węgla - za optymalne stężenie powierzchniowe węgla w warstwie nawęglonej przyjmuje się stężenie eutektoidalne. W zależności od gatunku stali warunków pracy części stosuje się w praktyce stężenie od 0,7 do 1,0 %C. Rozkład stężenia węgla w warstwie wierzchniej powinien zapewnić łagodny spadek stężenia od powierzchni do rdzenia, szczególnie w strefie przejściowej.
* struktura - po nawęglaniu i hartowaniu warstwa wierzchnia powinna mieć strukturę martenzytyczną ewentualnie z niewielką ilością austenitu szczątkowego.
* twardość - warstwa nawęglona jest utwardzona nieznacznie poprzez zmianę stężenia węgla w warstwie w stalach niestopowych od 120 do 160 HB (poniżej 15 HRC) a w stalach stopowych od 220 do 260 (ok. 25 HRC) HB. Uzyskanie pełnego efektu nawęglania wymaga następnego hartowania i niskiego odpuszczania.
* wielkość ziarna - wielkość ziarna byłego austenitu nie powinna przekraczać nr 5 a w częściach szczególnie odpowiedzialnych być mniejsza niż nr 7 wg skali ziarna ASTM.
36. Obróbka cieplna po nawęglaniu.
Obróbka cieplna stali nawęglonej polega na hartowaniu z temperatury właściwej dla rdzenia - wyższej od Ac3 - i ponownym hartowaniu z temperatury wyższej od Ac1, właściwej dla nawęglonej warstwy powierzchniowej. Przedmioty nawęglone i zahartowane poddaje się niskiemu odpuszczaniu w temperaturze 160÷180°C przez 1,5÷2 h. Nawęglanie z następnym hartowaniem i niskim odpuszczaniem zapewnia dużą twardość powierzchni obrobionych elementów, dużą odporność na ścieranie i naciski powierzchniowe, znaczną wytrzymałość zmęczeniową. Rdzeń stali po takich operacjach obróbki cieplno-chemicznej i cieplnej wykazuje dużą ciągliwość, sprężystość i odporność na dynamiczne działanie obciążeń.
|
37. Cel i sposób przeprowadzenia azotowania.
Azotowanie jest obróbką cieplno-chemiczną, polega na dyfuzyjnym wprowadzeniu azotu do warstwy powierzchniowej stali w celu nadania jej wysokiej twardości, wytrzymałości zmęczeniowej, odporności na ścieranie i w pewnym stopniu w celu poprawy odporności na korozję. Uzyskanie twardej warstwy powierzchniowej w wyniku azotowania jest następstwem powstania w warstwie wierzchniej azotków. Dlatego też do azotowania stosowane są stale stopowe średnio-węglowe, zawierające dodatki stopowe, łatwo tworzące azotki jak: glin, chrom, tytan i wanad i inne.
Do azotowania używa się także stali węglowej, niskostopowej i stopowej. Azotowanie przeprowadza się zazwyczaj w temperaturze od 480 do 650°C z reguły w atmosferze gazowej.
W przeciwieństwie do nawęglania przy azotowaniu strefa powierzchniowa utwardza się bez dodatkowej obróbki cieplnej. Azotowaniu poddaje się stale uprzednio ulepszone cieplnie, gdzie temperatura odpuszczania powinna być nieznacznie wyższa niż temperatura samego azotowania.
W zależności od czasu trwania azotowania wyróżniamy:
* azotowanie długotrwałe: od 30 do 80h
* azotowanie krótkotrwałe: w czasie do 6h
Azotowanie gazowe: jako medium w procesie tym stosuje się środowisko gazowe z wykorzystaniem amoniaku. Sama operacja bazuje na zapewnieniu w trakcie procesu odpowiedniej termodynamicznej aktywności atmosfery azotującej, określanej umownie poprzez wartość potencjału azotowego. W czasie tego typu obróbki zachodzą trzy podstawowe procesy:
* dysocjacja amoniaku — polegająca na rozkładzie cząsteczek podgrzanego do temperatury 500 °C gazu i wydzielenia aktywnych atomów pierwiastka dyfundującego
* absorpcja — polegająca na wchłanianiu (rozpuszczaniu) w metalu powstałego azotu, który następnie reaguje z żelazem, tworząc azotek,
* dyfuzja — polegająca na przemieszczaniu się obcych atomów w sieci przestrzennej obrabianego metalu.
Azotowanie plazmowe (jarzeniowe) polega na azotowaniu przedmiotów w warunkach wyładowania jarzeniowego przy ciśnieniu atmosfery obróbczej gazu reaktywnego od 100 do 1300 Pa Atmosfera obróbcza amoniak lub azot. Aktywne atomy azotu uzyskuje się poprzez jonizację gazu reaktywnego, zachodzącego w wyniku wyładowania jarzeniowego w specjalnym urządzeniu wyposażonym w reaktor.
Azotowanie w złożach fluidalnych -wykonywane jako krótkotrwałe w atmosferze amoniaku i amoniaku z azotem nieregulowane i regulowane.
Azotowanie w proszkach - konwencjonalne azotowanie w proszkowanych związkach azotu, amoniaku. Azotowanie w proszkach jest stosowane bardzo rzadko.
Azotowanie jonowe - umożliwia nasycenie stopów żelaza azotem w temperaturach 300 - 600 stopni celcjusza i czasie 0,5 - 30 godzin.
Podstawową różnicą pomiędzy azotowaniem a innym procesem utwardzania powierzchni jest fakt, iż elementy azotowane muszą być wykonane ze stali stopowych.
Operacji azotowania poddaje się stale konstrukcyjne średnio węglowe ze składem skład chemiczny stali tej grupy, jest następujący: 0,35-0,46% C, 1,35-M,65% Cr, 0,7-M,2% Al, 0,15-5-0,25% Mo. Stale te przed azotowaniem ulepsza się cieplnie, przy czym odpuszczanie przeprowadza się w temperaturze wyższej od temperatury azotowania, które po nim następuje.
40. Struktura i własności warstw azotowanych.
Podstawą do określenia struktury warstw azotowanych przedmiotów wykonanych z żelaza i jego stopów jest układ równowagi fazowej Fe-N. W układzie równowagi fazowej Fe-N występują następujące fazy mając, znaczenie w procesie azotowania:
- faza α (ferryt azotowy),która jest roztworem stałym granicznym azotu w żelazie α, o maksymalnej rozpuszczalności 0,1%N w temperaturze eutektoidalnej- 590C i 0,004%N w temperaturze pokojowej,
- faza γ (austenit azotowy) będąca roztworem stałym w żelazie γ o maksymalnej rozpuszczalności 2,8%N w temperaturze 650C; trwała powyżej temperatury utektodainej,
- azotek γ' jest fazą międzywęzłową zakresie sieci A1 trwałą w zakresie stężeń ok. 5,7 - 6,1%N i do temperatury 680C, której przypisuje się wzór Fe4N,
- azotek ε, któremu przypisuje się wzór Fe2N, jest fazą międzywęzłową o sieci A3, trwałą w zakresie stężeń ok. 8,2 - 11 %N.
Najważniejszą z właściwości warstw azotowanych jest ich wysoka twardość. Warstwę azotowaną cechuje także odpowiednio wysoka odporność na zmęczenie, ścieranie, korozję, erozję kawitacyjną. Warstwy azotowane zachowują twardość do temperatur w zakresie 500 - 600C, a krótkotrwałą nawet do wyższych temperatur.
|