Obróbka cieplna metali i stopów obejmuje zestaw różnych procesów technologicznych, mających na celu zmianę parametrów, konfiguracji i jakościowych właściwości stopów lub metali. Jedną z najważniejszych metod jest obróbka chemiczno-cieplna, która pozwala znacząco zmienić właściwości metalu, szczególnie jego warstwy powierzchniowej.
Metody obróbki cieplnej metali
Obróbka metali dzieli się na kilka głównych typów:
- Obróbka cieplna.
- Obróbka chemiczno-cieplna.
- Obróbka elektro-fizyczna.
- Obróbka elektrochemiczna.
- Inne metody.
Obróbka cieplna metali
Obróbka cieplna polega na zmianie struktury materiału poprzez nagrzewanie, wytrzymanie i chłodzenie. Te operacje prowadzą do wzmocnienia, odprężenia i stabilizacji metalu. Główne rodzaje obróbki cieplnej obejmują:
- Wyżarzanie: Półfabrykat jest nagrzewany, a następnie powoli schładzany w piecu, co redukuje naprężenia resztkowe, zwiększa plastyczność i zmniejsza twardość metalu.
- Hartowanie: Stal jest nagrzewana powyżej punktu krytycznego i szybko schładzana, co zwiększa wytrzymałość i zmniejsza plastyczność metalu.
- Odpuszczanie: Zahartowany metal nagrzewany jest do określonej temperatury, wytrzymywany i schładzany, co zmniejsza naprężenia wewnętrzne i sprawia, że półfabrykat staje się bardziej plastyczny.
- Normalizacja: Półfabrykat jest nagrzewany i schładzany na powietrzu. To bardziej ekonomiczna i szybsza wersja wyżarzania.
- Starzenie: Materiał zostaje zmuszony do szybkiej zmiany parametrów, które w normalnych warunkach zmieniają się bardzo powoli.
- Chłodzenie: Zahartowany i schłodzony do 200°C materiał jest przechowywany w chłodziwach, co zwiększa odporność i wydajność narzędzi tnących i pomiarowych.
Obróbka chemiczno-cieplna metali
Obróbka chemiczno-cieplna jest stosowana, gdy konieczna jest zmiana składu określonej warstwy metalu. Główne rodzaje tej obróbki obejmują:
- Cementowanie: Nasycenie powierzchni węglem, co pozwala uzyskać detal z miękkim rdzeniem i twardą powierzchnią.
- Azotowanie: Nasycenie powierzchni azotem, co zwiększa odporność na korozję i wytrzymałość zmęczeniową.
- Borowanie: Nasycenie górnej warstwy borem, co zwiększa odporność na zużycie i środowiska kwasowe oraz zasadowe.
- Alitowanie: Nasycenie powierzchni aluminium, co sprawia, że detale są odporne na agresywne środowiska gazowe.
- Chromowanie: Nasycenie chromem, co zwiększa twardość, odporność na zgorzelinę, korozję i zużycie.
Proces obróbki chemiczno-cieplnej
Obróbka chemiczno-cieplna metali i stopów polega na nagrzewaniu i wytrzymywaniu półfabrykatów w aktywnych środowiskach chemicznych. Ta metoda umożliwia dodanie do określonych warstw półfabrykatów wybranych pierwiastków chemicznych, co zmienia skład chemiczny i strukturę warstw powierzchniowych.
Po przeprowadzeniu obróbki powstaje warstwa dyfuzyjna, w której zaszły zmiany nie tylko w składzie chemicznym, ale również w strukturze i właściwościach warstw powierzchniowych. Różny skład komponentów nasycenia powoduje różne zmiany w warstwie dyfuzyjnej.
Obróbka chemiczno-cieplna może być:
- Jednoskładnikowa: Nasycenie jednym składnikiem (np. węglem, azotem, chromem).
- Wieloskładnikowa: Nasycenie kilkoma składnikami (np. nitrocementacja – azot i węgiel, boroaluminiowanie – bor i aluminium).
Tradycyjne metody nasycania
W przemyśle najczęściej stosowane są tradycyjne metody obróbki chemiczno-cieplnej, takie jak azotowanie, cementowanie, cyjanowanie. Metody te zapewniają niezawodne poprawienie właściwości metali, niezbędnych dla różnych zastosowań przemysłowych.
Obróbka chemiczno-cieplna jest złożonym procesem wymagającym precyzyjnej kontroli i znajomości właściwości metali. Ta metoda pozwala znacznie poprawić właściwości eksploatacyjne wyrobów metalowych, czyniąc je bardziej odpornymi na zużycie, korozję i inne negatywne czynniki, co przyczynia się do zwiększenia ich trwałości i niezawodności.