Metody otrzymywania warstw powierzchniowych

Transkrypt

1

2 mechaniczne: Nagniatanie, obróbka plastyczna na zimno Fizyczne: Osadzanie z fazy gazowej, implantowanie jonów (stopowanie jonowe) cieplno-mechaniczne: natryskiwanie, natapianie natryskowe, platerowanie, utwardzanie detonacyjne, obróbka plastyczna na gorąco chemiczne i elektrochemiczne: Osadzanie bezpośrednie tworzywa metalowego lub niemetalowego, osadzanie elektrolityczne metali bądź stopów, osadzanie konwersyjne powłoki, trawienie i polerowanie Metody otrzymywania warstw powierzchniowych cieplno-chemiczne: Nasycanie, stopowanie Cieplne: Hartowanie, odpuszczanie, wyżarzanie, nadtapianie napawanie

3 Wiadomości ogólne Obróbka cieplno- chemiczna jest procesem polegającym na zamierzonej dyfuzyjnej zmianie składu chemicznego warstwy powierzchniowej materiału w celu uzyskania w nich odpowiednich właściwości użytkowych Podział metod obróbki cieplno chemicznej: - niskotemperaturowe prowadzone w zakresie C i - wysokotemperaturowe prowadzone w zakresie C. Obróbkę niskotemperaturową prowadzi się na narzędziach obrobionych cieplnie, natomiast po obróbce wysokotemperaturowej zazwyczaj stosowana jest obróbka cieplna narzędzi. W zakresie temperatur C do narzędzi aktualnie najczęściej stosowane jest utlenianie w parze wodnej, tlenoazotowanie, azotowanie i węgloazotowanie i azotowanie kąpielowe. Z grupy wysokotemperaturowych metod obróbki cieplnej do narzędzi najczęściej stosuje się chromowanie i tytanownie.

4 Podział metod obróbki cieplnochemicznej

5 Stal narzędziowa do pracy na zimno Narzędzia do pracy na zimno mogą pracowad w temperaturze do 250 C i stosowane są najczęściej w procesach kształtowania bezwiórowego np. ciągnienia, gięcia, rolowania, tłoczenia itd. oraz w procesach cięcia, wykrawania dziurkowania Wymaga się przede wszystkim: wysokiej wytrzymałości przede wszystkim na ściskanie, dobrej odporności na ścieranie i naciski powierzchniowe oraz małej skłonności do przyklejania się materiału obrobionego do powierzchni narzędzia. Stosuje się : azotowanie gazowe, węgloazotowanie kąpielowe, proszkowa metoda chromowania i tytanowania dyfuzyjnego.

6 Azotowanie a) Nasycanie warstwy powierzchniowej azotem b) Atmosfera: amoniak lub azot c) Temperatura: ºC d) Rodzaje: krótkookresowe i długookresowe (10-130h) e) Grubość warstwy: 0,1-0,4mm f) Struktura warstwy: ciągła strefa azotków typu ε (Fe2-3N), pod nią cienka warstwa γ, wewnętrzna strefa dyfuzyjna ferrytu przesyconego azotem z wydzieleniami azotków g) Elementy po azotowaniu nie wymagają dodatkowych zabiegów obróbki cieplnej - elementy wykonywane na gotowo h) Twardość warstw osiąga 1400HV i) Cel: Utwardzenie warstwy wierzchniej materiału Obróbka jest użyteczna gdy temperatura nagrzewania się powierzchni narzędzia nie będzie przekraczała ºC

7 Stale matrycowe zawierające dużo dodatków stopowych tworzących azotki (chrom, wanad, molibden) tworzą bardzo płytką ale twardą warstwę wierzchnią Stale zawierające mało chromu tworzą głębszą warstwę utwardzoną ale nie taką twardą

8 Rodzaje azotowania: -w ośrodkach stałych, -ciekłych, gazowych Zastosowanie azotowania: Matryce kuźnicze, ciągadła, formy do tworzyw sztucznych, elementy wtryskarek i wytłaczarek, narzędzia skrawające ze stali szybkotnących np. frezy, wiertła gwintowniki Również: Wały korbowe, korbowody, koła zębate, wałki tłoki, pierścienie i sworznie tłokowe

9 Azotowanie gazowe Azotowanie gazowe prowadzi się poniżej temperatury A 1 a gazem dostarczającym azot jest zwykle amoniak Na skutek jego dysocjacji następuje uwolnienie atomowego azotu i jego zaadsorbowanie przez powierzchnię metalu pełniącą funkcję katalizatora

10 Azotowanie plazmowe lub jonowe (ostatnio najczęściej stosowane)

11 Składy chemiczne gazu do azotowania plazmowego i otrzymywane warstwy wierzchnie po azotowaniu

12 Optymalna grubośd powłoki wyładowania jarzeniowego wynosi ok. 6mm Chłodzenie przedmiotów od temperatury azotowania odbywa się gazem, dlatego nie ma zniekształceo przedmiotu powodowanych gradientami temperatury. Ze względu na temperaturę procesu nie ma także zmian wymiarowych spowodowanych przemianą martenzytyczną. Czas obróbki 0.5 do 36h

13 Tlenoazotowanie i azotowanie selektywne Tlenoazotowanie przeprowadza się w atmosferze składającej się z częściowo zdysocjowanego amoniaku i pary wodnej. Podczas tego zabiegu powierzchnia stali absorbuje tlen i azot atomowy, tworząc warstwę dyfuzyjną złożoną z zewnętrznej strefy tlenków Fe3O4 lub rzadziej Fe2O3 a stalach szybkotnących także FeO. Struktura warstwy wzbogaconej w azot nie różni się istotnie od struktury warstw azotowanych w amoniaku (mniejsza zawartość azotu

14 Węgloazotowanie Węgloazotowanie to proces, w którym połączono efekt nawęglania i azotowania gdyż polega on na równoczesnym nasycaniu powierzchni węglem i azotem w ośrodkach stałych, gazowych, kąpielach.

15 Węgloaztowanie niksotemperaturowe Trwałośd narzędzi ze stali szybkotnącej wzrasta 2 lub 3 krotnie. Najczęściej prowadzi się w roztopionych solach cyjanowych, głównie cyjanku sodu (NaCN). W ośrodkach gazowych mieszanina częściowo zdysocjowanego amoniaku i gazu nawęglającego( alk. metylowy lub inne gazy nawęglające w proporcjach 30-50% w stosunku do amoniaku. Gaz nawęglający rozcieocza atmosferę azotującą, przeciwdziała odwęglającemu działaniu wodoru oraz powoduje nasycenie powierzchni stali węglem

16 W wyniku dyfuzji N i C powstaje najczęściej zewnętrzna warstewka węglikoazotka typu - Fe2-3N(N, C) i głębiej leżąca strefa dyfuzyjna

17 Chromowanie Odbywa się w temperaturze od kilku do kilkunastu godzin w ośrodkach stałych, ciekłych i gazowych Nasycenie powierzchni stali wysoko- i średniowęglowych chromem powoduje wzrost twardości warstwy powierzchniowej oraz jej odporności na ścieranie i działanie korozji

18 Chromowanie w ośrodkach stałych przebiega w sproszkowanej mieszaninie chromu lub żelazochromu z tlenkiem aluminium oraz aktywatorami najczęściej chlorkiem lub jodkiem amonu Kąpielowe w stopionych solachnp. Chlorkach chromu zawierających chrom zmieszanych z solami obojętnymi BaCl2 lub NaCl

19 Chromowanie gazowe jest wykonywane w atmosferze gazowej zawierającej związki chromu, utworzonej w wyniku reakcji wymiany redukcji lub dysocjacji halogenków chromu wymieszanych z obojętnym gazem nośnym azotem lub argonem.

20 Warstwy chromowane wytworzone w wyniku chromowania składają się ze złożonych węglików typu (Cr, Fe)23C6 i (Cr,Fe)7C3. Zachodzi dyfuzja węgla do warstwy chromowanej (strefa o zmniejszonej zawartości węgla) Twardośd warstw 1500HV Grubośd warstw 0,005 do 0,04mm

21 Tytanowanie Uzyskuje się węglik tytanu (TiC) o zmiennym składzie chemicznym zmieniającym się z odległością od powierzchni. Twardość warstwy natytanowanej jest bardzo wysokai wynosi HV. Zapewnia ona znaczne zwiększenie odporności na ścieranie w zakresie temperatury do 500 C.

22 Warstwy tytanowe wytwarza się prawie wyłącznie na stalach chromowych ledeburycznych. Stosuje się tytanowanie proszkowe lub gazowe. Gazowe prowadzi się w atmosferze czterochlorku tytanu, metanu lub wodoru

23 Metoda obróbki cieplnochemicznej Ośrodek nasycający Temperatura procesu Czas procesu Stale poddawane obróbce Narzędzia obrabiane cieplnochemiczne Azotowanie gazowe Amoniak C 3-6h X180Cr12, X210Cr12, X210CrW12, SW12C, SW7M Stemple, matryce do tłoczenia blach stalowych i z metali nieżelaznych, ciągadła Chromowanie dyfuzyjne w proszkach 65%żelazochromu, Cr400+0,5% chlorku amonu+34,5kaolin u C, stale X180Cr12 i X210Cr12 w temp Czas dobiera się indywidualnie Wszystkie stale narzędziowe do pracy na zimno Stemple, matryce do tłoczenia, szczęki i rolki do walcowania gwintu ciągadła, wykrojniki Tytanowanie dyfuzyjne w proszkach 95% żelazo-tytanu Ti 1,5%, NH4Cl C 4-6h X180Cr12, 137CrV, x210crw12, 60WCrV8 Ciągadła i tłoczniki Węgloazotowani e kąpielowe Kąpiele cyjankowocyjanianowe C 2h X180Cr12, 137CrV, x210crw12, 60WCrV8 i stale szybkotnące Stemple, matryce do tłoczenia blach, ciągadła, wykrojniki Azotowanie jonizacyjne Mieszaniny azotu, wodoru i węglowodorów C 4h X180Cr12, X210Cr12, X210CrW12 i stale szybkotnące Stemple i matryce tłoczniki, wykrojniki

24 Stal narzędziowa do pracy na gorąco: Metoda obróbki cieplnochemicznej Ośrodek nasycający Temperatura procesu Czas procesu Stale narzędziowe poddawane obróbce Narzędzia obrabiane cieplnochemicznie Azotowanie gazowe NH C 6h (krótkokresowe 10h, 50h (dłuookresowe) 45NiCrMo16, 45NiCrMoV7, X37CrMoV5-1 Matryce do pras, wkładki do kuźniarek Chromowani e dyfuzyjne w proszkach 65%Żelazo chromu cr400 0,5% chlorku amonu 34,5 kaolinu Czas dobierany indywidualni e ok.10h 45NiCrMo16 Matryce kuźnicze. Matryce do pras, Wkładki kuźniarek

25 Stal narzędziowa do pracy na gorąco: Metoda obróbki cieplno-chemicznej Ośrodek nasycający Temperatura procesu Czas procesu Azotowanie gazowe 100% amoniaku 20%amoniaku+80%azotu 520 C 0,3h dla małych narzędzi 1,5h dla dużych narzędzi Azotowanie jonowe Mieszanina azotu wodoru i węglowodorów C 30-60min Utlenianie w parze wodnej Para wodna C 0,5-2h Tlenoazotowanie 75%H2O+25% amoniaku dla narzędzi drobnych 50%H2O+50% amoniaku dla narzędzi masywnych C 0,5-2h Węgloazotowanie gazowe 30-35% amoniaku+70-65%gazowych węglowodorów C Do 2h