utwardzanie powierzchniowe
co to jest utwardzanie powierzchniowe?
Utwardzanie powierzchniowe przez nawęglanie jest procesem cieplno-chemicznym. W ramach tego procesu warstwa powierzchniowa komponentów jest wzbogacana węglem za pomocą metody znanej jako nawęglanie. Proces ten jest wykorzystywany do poprawy właściwości mechanicznych warstwy powierzchniowej komponentu.
proces utwardzania powierzchniowego
Proces utwardzania powierzchniowego zazwyczaj obejmuje kolejno etapy nawęglania, hartowania i odpuszczania. W pierwszym etapie, elementy obrabiane są wystawiane na działanie środowiska bogatego w węgiel w temperaturze od 800 °C do 1050 °C. Drugi etap, obejmuje hartowanie, bezpośrednio z temperatury nawęglania, po pośrednim schłodzeniu do temperatury hartowania lub po pośrednim schłodzeniu i ponownym podgrzaniu do określonej temperatury hartowania. Trzeci etap, odpuszczanie, ma na celu przede wszystkim zmniejszenie największych naprężeń w strukturze materiału i zmniejszenie podatności na pęknięcia.
1. proces: nawęglanie
W przypadku utwardzania powierzchniowego, nawęglanie jest procesem kontrolowanym przez dyfuzję, stosowanym do obróbki powierzchni przedmiotów obrabianych. Polega on na wzbogaceniu powierzchni przedmiotu obrabianego w węgiel w celu poprawy jego twardości i odporności na zużycie. Nawęglanie można przeprowadzić poprzez nawęglanie gazowe lub nawęglanie w kąpieli solnej. W przypadku nawęglania gazowego, obrabiany przedmiot jest wystawiony na działanie atmosfery gazowej bogatej w węgiel, podczas gdy w przypadku nawęglania w kąpieli solnej, obrabiany przedmiot jest zanurzony w kąpieli solnej. W procesie dyfuzji węgiel wnika w powierzchnię przedmiotu obrabianego i tworzy warstwy bogate w węgliki.
2. proces: hartowanie
Hartowanie w kontekście utwardzania powierzchniowego obejmuje proces szybkiego chłodzenia rozgrzanego przedmiotu obrabianego w celu wytworzenia struktury martenzytycznej. Obejmuje ono osiągnięcie temperatury austenityzacji, a następnie szybkie hartowanie w medium takim jak woda, olej, gaz lub powietrze. Skutkuje to wysoką twardością powierzchni i wytrzymałością poprzez przekształcenie struktury austenitu w strukturę martenzytyczną. W zależności od zastosowanego medium hartujacego, mówimy o hartowaniu w wodzie, hartowanie w oleju, hartowanie w gazie lub hartowanie w soli.
3. proces: odpuszczanie
Odpuszczanie to proces obróbki cieplnej przeprowadzany po hartowaniu w przypadku utwardzania powierzchniowego. Obrabiany przedmiot jest podgrzewany do określonej temperatury, a następnie powoli chłodzony. Celem odpuszczania jest zmniejszenie twardości przy jednoczesnej poprawie ciągliwości i plastyczności obrabianego przedmiotu. Dzięki kontrolowanej obróbce cieplnej, wewnętrzne naprężenia zostają zredukowane, a właściwości mechaniczne zoptymalizowane. Proces odpuszczania pozwala na dostosowanie właściwości obrabianego przedmiotu do specyficznych wymagań danego zastosowania.
zalety utwardzania powierzchniowego
- Zwiększona żywotność: Hartowanie powierzchniowe zwiększa żywotność obrabianego przedmiotu, pozwalając mu wytrzymać powtarzające się obciążenia bez zmęczenia materiału lub awarii.
- Zwiększona odporność: Utwardzanie powierzchniowe poprawia odporność elementu na zużycie, ścieranie i odkształcenia. Dzięki temu obrabiany przedmiot może wytrzymać większe obciążenia i jest trwalszy.
- Zwiększona wytrzymałość na rozciąganie: Utwardzanie powierzchniowe zwiększa wytrzymałość elementu na rozciąganie, czyniąc go bardziej odpornym na siły rozciągające i zwiększając jego nośność.
- Zwiększona odporność na ciepło: Utwardzanie powierzchniowe zwiększa zdolność przedmiotu obrabianego do wytrzymywania wysokich temperatur bez utraty wytrzymałości lub twardości. Dzięki temu doskonale nadaje się do zastosowań, w których występują wysokie temperatury.
przykład przed i po
obrabiany przedmiot przed
Stal do nawęglania (C ≤ 0,25%)
- łatwa w obróbce
- łatwa do spawania
- wyjątkowa wytrzymałość
obrabiany przedmiot po
Strefa rdzenia (C ≤ 0,25%)
- twardy i ciągliwy
- ulepszone właściwości użytkowe
(ciągliwość i, w stosownych przypadkach, wytrzymałość)
Warstwa powierzchniowa (C = 0,70…0,90%)
- twarda i odporna na zużycie
- zwiększona wytrzymałość zmęczeniowa pod
- naprężenia wibracyjne
które metale nadają się do utwardzania powierzchniowego?
Utwardzanie powierzchniowe jest zwykle wykonywane na stali stopowej, które zawierają określone pierwiastki stopowe. Oto kilka odpowiednich materiałów do utwardzania powierzchniowego:
Stale nisko-węglowe: Stale o zawartości węgla poniżej 0,3% są często odpowiednie do nawęglania. Mają relatywnie niską twardość i są łatwo obrabialne, ale mogą być utwardzane na powierzchni, aby poprawić odporność na zużycie. Przykłady: 1018 i 1020 steels.
Stale średnio-węglowe: Stale o zawartości węgla w zakresie od 0,3% do 0,6% mogą być utwardzane. Mają one wyższą wytrzymałość i twardość w porównaniu z nisko-węglowymi stalami, dzięki czemu nadają się do zastosowań wymagających większej wytrzymałości i odporności na zużycie. Przykłady: 1045 i 4140.
Stale stopowe: stal stopowa zawierająca dodatkowe elementy, takie jak chrom, molibden, lub nikiel może być również poddawane nawęglaniu. Pierwiastki stopowe zwiększają utwardzalność materiału, co pozwala na głębsze i bardziej jednolite hartowanie. Przykładami są: stal 8620 (20HNM), 9310 (16NiCrMo12), 16MnCr5 (16HG), 20MnCr5 (20HG), 25CrMo4, 18HGT, 18CrNiMo7-6 (17HNM), 18CrNi8 (18H2N2)
Niektóre metale nieżelazne: Podczas gdy utwardzanie jest związane przede wszystkim z materiałami żelaznymi, istnieją pewne metale nieżelazne, które mogą być utwardzane w ograniczonym zakresie. Należą do nich stopy aluminium i niektóre stopy miedzi, takie jak brąz.
właściwości i obszary zastosowań
Utwardzanie powierzchniowe przez nawęglanie, jako jeden z najczęściej stosowanych procesów obróbki cieplnej na świecie, znajduje szerokie zastosowanie w przekładniach, maszynach, przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.
Jest to szczególnie korzystne w przypadku kół zębatych i podobnych komponentów, które są narażone na duże zużycie w trudnych warunkach. Ten proces obróbki cieplnej jest szczególnie przydatny, gdy wymagana jest twarda, odporna na zużycie powierzchnia, pokrywająca znacznie bardziej miękki i wytrzymały rdzeń. Dobrym przykładem jego zastosowania jest koło zębate. Powierzchnia zębów musi być wyjątkowo twarda, aby mogła wytrzymać stały kontakt metalu z metalem bez nadmiernego zużycia. Materiał bazowy musi być twardy, aby zęby mogły tolerować okazjonalne obciążenia udarowe bez ryzyka złamania.
Utwardzanie powierzchniowe, znane również jako węglowe utwardzanie powierzchniowe lub po prostu nawęglanie, jest stosowane w celu uzyskania twardej, odpornej na zużycie i wgniecenia powierzchni stali miękkich i niskostopowych do głębokości rzędu 5 mm.
Stale odpowiednie do nawęglaniao to stale niestopowe lub stopowe o zawartości węgla poniżej ok. 0,25%. Częściowe utwardzanie powierzchniowe jest możliwe dzięki odpowiednim technikom izolacji, tych obaszarów które mają pozostać nienawęglone. Typowym zostosoawniem jest tzw. pasta stop-off do ochrony przed nawęglaniem lub proces miedziowania.
korzyści z naszych usług, od pomysłu do produkcji seryjnej
- Rozwój indywidualnych innowacji
- Wyjaśnienie szczegółowych kwestii
- Wsparcie od pomysłu do produkcji seryjnej
- Pierwszorzędna obsługa klienta
- Najwyższa jakość – niezależnie od tego, czy mówimy o małych partiach, czy o produkcji na dużą skalę
często zadawane pytania
Jakie są rodzaje utwardzania powierzchniowego?
Typowe metody hartowania powierzchniowego obejmują nawęglanie, azotowanie, hartowanie indukcyjne i hartowanie płomieniowe.
Czy istnieją procesy alternatywne dla utwardzania powierzchniowego?
Istnieją alternatywne procesy, takie jak azotowanie, hartowanie indukcyjne i hartowanie płomieniowe, które mogą być również stosowane do utwardzania powierzchniowego metali.
Jak mierzy się twardość po hartowaniu?
Twardość można mierzyć różnymi metodami, w tym testami twardości Rockwella, Brinella i Vickersa. Metody te wykorzystują różne skale i wgłębniki do określenia twardości.
Czy wymagane są specjalne zabiegi wstępne i końcowe?
Tak, w zależności od materiału i zastosowania, może być wymagana obróbka wstępna i końcowa, taka jak usuwanie zadziorów, czyszczenie lub odtłuszczanie, aby zminimalizować niepożądane właściwości.
branże, które obsługujemy
lokalizacje procesów
Masz pytania? Skontaktuj się z nami bezpośrednio lub wybierz lokalizację procesu w pobliżu.