Wiadomości, Sport, Kultura, Moto 2025-01-06

Bądź na bieżąco

Nawęglanie stali - na czym polega i w jakim celu jest stosowane?

2023-12-20 13:23:20 art 602

Stal jest powszechnie wykorzystywana w niemal każdej dziedzinie przemysłu. Jej zastosowanie obejmuje różnorodne elementy, które można znaleźć w maszynach i narzędziach. Aby uzyskać pożądane właściwości stali, niezbędne są odpowiednie procesy mechaniczne, takie jak hartowanie, oraz procesy chemiczne, jak nawęglanie.

Fot

Czym jest nawęglanie stali?

Nawęglanie to specjalny proces cieplny, który ma na celu wzbogacenie warstwy powierzchniowej materiału węglem. Jest on szczególnie użyteczny w przypadku niskowęglowych stali (o zawartości węgla do 0,25%), gdyż pozwala zmienić właściwości tej warstwy, zwiększając jej twardość i odporność na ścieranie, jednocześnie zachowując miękki i elastyczny rdzeń. Proces ten polega na nasyceniu węglem warstwy powierzchniowej materiału obrabianego.

Nawęglanie można podzielić na dwa etapy:

Absorpcję: czyli proces pochłaniania węgla w postaci atomowej przez powierzchnię metalu.

Przenikanie: po pochłonięciu węgla, ten przenika w głąb stali, tworząc warstwę o zwiększonej zawartości węgla.

W procesie nawęglania istotne jest również utrzymanie odpowiedniej temperatury, zazwyczaj wynoszącej do 920 stopni Celsjusza. Uzyskana w wyniku nawęglania warstwa metalu powinna osiągać do 2 mm. W przypadku wykorzystania stali w procesie nawęglania ważne, aby posiadała ona w sobie chrom, który zabezpieczy ją przed przegrzaniem i niekorzystnymi czynnikami zewnętrznymi. Dodatkowym efektem nawęglania jest wzmocnienie rdzenia materiału

Jakie metody stosuje się do nawęglania stali?

Do nawęglania stali stosuje się takie metody, jak:

• Nawęglanie w proszkach: Przedmiot umieszczony jest w specjalnej skrzynce wypełnionej sproszkowanym węglem drzewnym. Najczęściej stosuje się węgiel dębowy, bukowy lub brzozowy wymieszany ze środkami przyspieszającymi nawęglanie, takimi jak węglan baru, węglan sodu itp. Nawęglanie proszkowe prowadzi się w temperaturze około 900–950 °C, a nawęglony przedmiot dodatkowo jest często hartowany się powierzchniowo
• Nawęglanie gazowe: Przedmiot umieszcza się w atmosferze gazowej, najczęściej gazu ziemnego lub innego gazu powstałego przy rafinacji produktów naftowych. Nawęglanie gazowe przeprowadza się w temperaturach 850–950 °C przy stałej cyrkulacji gazu w specjalnych piecach muflowych. Jest ono bardziej skomplikowane od proszkowego oraz wymaga specjalnych instalacji, lecz jest dokładniejsze i znacznie szybsze.
  
• Nawęglanie w ośrodkach ciekłych: Proces przeprowadza się w temperaturze około 850 °C. Nawęglanie odbywa się przy pomocy zanurzania obrabianego materiału w roztopionej soli (mieszanka węglanów, metali alkalicznych oraz chlorków)
• Nawęglanie w złożach fluidalnych: Nawęglanie w złożu fluidalnym polega na zanurzaniu jak w cieczy przedmiotów obrabianych cieplno-chemicznie w złożu tworzonym przez cząstki ciała stałego, np. piasku lub tlenku aluminium, utrzymywane w zawieszeniu przez gorący gaz nasycający przepływający przez złoże od dołu ku górze
• Nawęglanie próżniowe: Proces polega na dyfuzyjnym nasycaniu węglem warstwy powierzchniowej metalu. Węgiel powstaje poprzez dysocjację (rozpad termiczny) węglowodorów, takich jak propan, acetylen czy etylen. W ten sposób uzyskuje się jego wysokie stężenie w wyjątkowo krótkim czasie – jak na tego typu technologię. Mowa o 3-20 godzinach w zależności od grubości warstwy powierzchniowej. Nawęglanie próżniowe przeprowadza się, w warunkach próżni. Ciśnienie sięga nawet 20 mbar, a temperatura ok. 900ºC
• Nawęglanie jonizacyjne: Metoda polega na nagrzewaniu w piecu próżniowym w atmosferze węglowodorowej. Po przyłożeniu napięcia następuje wytworzenie plazmy, a w konsekwencji wytworzenie jonów węgla, które bombardują powierzchnię metalu.

Jak wygląda obróbka stali po procesie nawęglania?

Obecnie po procesie nawęglania stosuje się dalszą obróbkę cieplną (hartowanie do temperatury właściwej dla rdzenia, hartowanie do temperatury właściwej dla powierzchni i niskie odpuszczanie), a jej zaniechanie jest traktowane jako błąd technologiczny, ponieważ może skutkować niespójnymi lub nieodpowiednimi właściwościami materiału. 

Procesy podobne do nawęglania to azotowanie oraz procesy łączone, np. węgloazotowanie (cyjanowanie), które łączą nawęglanie i azotowanie w celu uzyskania unikalnych właściwości powierzchniowych materiału. Każdy z tych procesów należy dostosować do konkretnych zastosowań i wymagań projektu.

Kopiowanie materiałów dozwolone pod warunkiem podania źródła: www.super-nowa.pl