Azotowanie a nawęglanie
Azotowanie a nawęglanie – różnice pomiędzy obróbką cieplno-chemiczną stali za pomocą azotowania i nawęglania.
Nawęglanie i azotowanie są jednymi z najważniejszych zabiegów obróbki cieplno-chemicznej stali. Atomy azotu (liczba atomowa 7) i węgla (liczba atomowa 6) różnią się od siebie nieznacznie wielkością. Wielkość ta jest jednym z najważniejszych parametrów w obróbce materiałów metalowych. Sugerowałoby to, że procesy technologiczne powyższych operacji różnią się od siebie nieznacznie, tak jednak nie jest.
Najistotniejsze różnice:
| Cecha, technologia | Azotowanie | Nawęglanie |
|---|---|---|
| Pierwiastek nasycający | Azot | Węgiel |
| Stale poddawane obróbce | Wysokiej jakości stale stopowe | Stale niestopowe niskowęglowe (do 0,25%) niskiej jakości |
| Twardość po obróbce | 900–1200 HV | 700 HV (60–61 HRC) |
| Własności antykorozyjne powłoki | Tak | Nie |
| Temperatura prowadzenia procesu | 500–550 °C | 900–950 °C |
| Temperatura ta zapewnia odpowiednio intensywną dyfuzję atomów azotu | Aby węgiel mógł zdyfundować do stali, trzeba podnieść jej temperaturę powyżej temperatury A3 (zob. wykres) aby uzyskać austenit (bez ferrytu), w którym graniczne stężenie węgla może być niemal stukrotnie wyższe. Stal niskowęglowa, którą poddaje się nawęglaniu, ma temperaturę A3 właśnie w okolicach 900 °C. | |
| Czas prowadzenia procesu | W przypadku krótkookresowego do kilku godzin, w przypadku długookresowego do kilkudziesięciu godzin | 8–12 h |
| W przypadku azotowania warstwy mają grubość w granicach 0,02-0,025 mm | W przypadku nawęglania uzyskiwane warstwy są grubości 0,5–2 mm | |
| Grubość warstwy | 0,02–0,25 mm | 0,5–2 mm |
| Warstwa nie musi być gruba, gdyż stal poddawana azotowaniu jest już sama w sobie wysokiej jakości. Warstwa nakładana ma poprawić twardość i odporność na ścieranie. | Stale poddawane nawęglaniu nie mają wysokich własności wytrzymałościowych, warstwa nawęglona, która jest zdecydowanie twardsza od rdzenia, przejmuje całe obciążenie, co wymaga odpowiedniej jej grubości. Stale nawęglane mają najczęściej plastyczny rdzeń, zdolny do przenoszenia naprężeń dynamicznych i twardą, odporną na ścieranie powłokę zewnętrzną. | |
| Kolejność procesu technologicznego | Najpierw obróbka cieplna, później azotowanie. | Najpierw nawęglanie, potem obróbka cieplna. |
| Gdyby materiał był azotowany przed obróbką cieplną, to mógłby pęknąć w czasie hartowania w wyniku naprężeń. | Powierzchnia materiału obrabianego musi być nawęglona przed obróbką cieplną, gdyż przy zawartości węgla poniżej 0,25% stal nie zahartowałaby się powierzchniowo. | |
| Hartowanie | Hartowanie jak w przypadku stali stopowej. | Dwa hartowania o innych temperaturach austenityzowania. |
| Fakt występowania azotowania po obróbce cieplnej nie wymusza specjalnych warunków hartowania. | Po nawęglaniu następuje studzenie do temperatury pokojowej, gdyż nie można hartować stali bezpośrednio na nawęglaniu z powodu gruboziarnistej struktury stali uzyskanej w trakcie nawęglania. Po studzeniu odbywają się dwa hartowania. Pierwsze rozpoczyna się po austenityzowaniu w temperaturze 30–50 °C powyżej A3 dla rdzenia (niższe stężenie węgla, wyższa temperatura A3). Pierwsze hartowanie nosi znamiona wyżarzania normalizującego. Drugie rozpoczyna się po austenityzowaniu w temperaturze 30–50 °C powyżej A1,3 dla nawęglonej powierzchni (temperatura niższa niż w pierwszym). Ma to na celu zmniejszenie wielkości ziarna w stali, które nadmiernie się rozrosło podczas nawęglania. | |
| Odpuszczanie | Wysokie | Niskie |
| Wysokie odpuszczanie jest konieczne do wywołania efektu twardości wtórnej. | Średnie lub wysokie odpuszczanie doprowadziłoby do zmiękczenia warstwy nawęglonej. |
.svg)
Wykres fazowy stopu żelazo-węgiel
Bibliografia
- Rozdziały 4.13.1-4.13.2. W: L.A. Dobrzański: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo Techniczne, 2002. ISBN 83-20427-93-2.
- K. Wesołowski, Metaloznawstwo i obróbka cieplna.
Zobacz też
Media użyte na tej stronie