Науглероживание
Науглероживание , [1] науглероживание (в основном американский английский) или науглероживание — это процесс термической обработки , при котором железо или сталь поглощают углерод , в то время как металл нагревается в присутствии углеродсодержащего материала, такого как древесный уголь или монооксид углерода . Цель состоит в том, чтобы сделать металл более твердым . В зависимости от количества времени и температуры пораженный участок может различаться по содержанию углерода. Более длительное время науглероживания и более высокие температуры обычно увеличивают глубину диффузии углерода. Когда железо или сталь быстро охлаждаются закалкой, более высокое содержание углерода на внешней поверхности становится твердой из-за превращения аустенита в мартенсит , в то время как сердцевина остается мягкой и вязкой, как ферритная и/или перлитная микроструктура . [2]
Этот производственный процесс можно охарактеризовать следующими ключевыми моментами: он применяется к заготовкам с низким содержанием углерода; заготовки находятся в контакте с высокоуглеродистым газом, жидким или твердым; получается твердая поверхность заготовки; стержни заготовок в значительной степени сохраняют свою вязкость и пластичность ; и он обеспечивает глубину твердости корпуса до 0,25 дюйма (6,4 мм). В некоторых случаях это служит средством от нежелательного обезуглероживания , которое произошло ранее в производственном процессе.
Науглероживание стали включает термическую обработку металлической поверхности с использованием источника углерода. [3] Науглероживание может быть использовано для увеличения поверхностной твердости низкоуглеродистой стали. [3]
Ранняя науглероживание использовала прямое нанесение [(древесного угля)] вокруг обрабатываемого образца (первоначально это называлось цементацией ), но современные методы используют углеродсодержащие газы или плазму (например, двуокись углерода или метан ). Процесс зависит в первую очередь от состава окружающего газа и температуры печи, которую необходимо тщательно контролировать, поскольку тепло может также влиять на микроструктуру остального материала. Для применений, где требуется большой контроль над составом газа, науглероживание может происходить при очень низком давлении в вакуумной камере.
Плазменная науглероживание все чаще используется для улучшения характеристик поверхности (таких как износостойкость, коррозионная стойкость, твердость , несущая способность, в дополнение к переменным, основанным на качестве) различных металлов, особенно нержавеющих сталей . Процесс является экологически безопасным (по сравнению с газообразным или твердым науглероживанием). Он также обеспечивает равномерную обработку компонентов сложной геометрии (плазма может проникать в отверстия и узкие зазоры), что делает его очень гибким с точки зрения обработки компонентов.
Процесс науглероживания работает посредством диффузии атомов углерода в поверхностные слои металла. Поскольку металлы состоят из атомов, тесно связанных в металлическую кристаллическую решетку , атомы углерода диффундируют в кристаллическую структуру металла и либо остаются в растворе (растворяются в кристаллической матрице металла — это обычно происходит при более низких температурах), либо реагируют с элементами. в основном металле с образованием карбидов (обычно при более высоких температурах из-за более высокой подвижности атомов основного металла). Если углерод остается в твердом растворе, сталь затем подвергают термообработке для ее упрочнения. Оба этих механизма упрочняют поверхность металла, первый за счет образования перлита или мартенсита, а второй за счет образования карбидов. Оба эти материала твердые и устойчивы к истиранию.
