Науглероживание , [1] науглероживание (в основном американский английский) или науглероживание - это процесс термообработки, при котором железо или сталь поглощают углерод, в то время как металл нагревается в присутствии углеродсодержащего материала, такого как древесный уголь или окись углерода . Цель состоит в том, чтобы сделать металл более твердым. В зависимости от времени и температуры пораженный участок может варьироваться по содержанию углерода. Более продолжительное время науглероживания и более высокие температуры обычно увеличивают глубину диффузии углерода. Когда чугун или сталь быстро охлаждают закалкой, более высокое содержание углерода на внешней поверхности становится твердым из-за превращения аустенита в мартенсит , в то время как сердцевина остается мягкой и жесткой, как ферритная и / или перлитная микроструктура . [2]
Этот производственный процесс можно охарактеризовать следующими ключевыми моментами: он применяется к заготовкам с низким содержанием углерода; детали контактируют с высокоуглеродистым газом, жидкостью или твердым телом; образует твердую поверхность детали; сердечники заготовок в значительной степени сохраняют свою вязкость и пластичность ; и обеспечивает глубину твердости корпуса до 0,25 дюйма (6,4 мм). В некоторых случаях он служит средством от нежелательного обезуглероживания, которое произошло ранее в производственном процессе.
Метод [ править ]
Науглероживание стали включает термическую обработку металлической поверхности с использованием источника углерода. [3] Науглероживание можно использовать для увеличения твердости поверхности низкоуглеродистой стали. [3]
На ранних этапах науглероживания использовалось прямое нанесение древесного угля вокруг обрабатываемого образца (первоначально это называлось цементацией ), но в современных технологиях используются углеродсодержащие газы или плазма (например, двуокись углерода или метан ). Процесс зависит в первую очередь от состава окружающего газа и температуры печи , которые необходимо тщательно контролировать, поскольку тепло также может повлиять на микроструктуру остальной части материала. Для применений, в которых желателен большой контроль над составом газа, науглероживание может происходить при очень низких давлениях в вакуумной камере.
Плазменная науглероживание все чаще используется для улучшения характеристик поверхности (таких как износ, коррозионная стойкость, твердость , несущая способность, в дополнение к параметрам, зависящим от качества) различных металлов, особенно нержавеющих сталей . Процесс экологически безопасен (по сравнению с газовым или твердым науглероживанием). Он также обеспечивает равномерную обработку компонентов со сложной геометрией (плазма может проникать в отверстия и узкие зазоры), что делает его очень гибким с точки зрения обработки компонентов.
Процесс науглероживания заключается в диффузии атомов углерода в поверхностные слои металла. Поскольку металлы состоят из атомов, плотно связанных в металлическую кристаллическую решетку , атомы углерода диффундируют в кристаллическую структуру металла и либо остаются в растворе (растворяются в кристаллической матрице металла - обычно это 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 подвергается термообработке для его 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.
Науглероживание газом обычно проводят при температуре от 900 до 950 ° C.
При кислородно-ацетиленовой сварке пламя науглероживания - это пламя с низким содержанием кислорода, которое дает сажистое пламя с более низкой температурой. Его часто используют для отжига металла, что делает его более пластичным и гибким в процессе сварки.
Основная цель при производстве науглероженных деталей - обеспечить максимальный контакт между поверхностью детали и элементами, богатыми углеродом. При науглероживании газом и жидкостью детали часто поддерживаются в сетчатых корзинах или подвешиваются на проволоке. При науглероживании в упаковке заготовка и уголь помещаются в контейнер, чтобы гарантировать, что контакт сохраняется на максимально большой площади поверхности. Пакет науглероживание контейнеры, как правило, изготовлены из углеродистой стали, покрытая алюминием или жаропрочный никель-хромовый сплав и запечатано на все отверстия с огнеупорной глиной.
Отвердители [ править ]
Существуют различные типы элементов или материалов, которые можно использовать для выполнения этого процесса, но в основном они состоят из материала с высоким содержанием углерода. Некоторые типичные отвердители включают газообразный оксид углерода (CO), цианид натрия и карбонат бария или древесный уголь. При науглероживании газа углерод выделяется пропаном или природным газом . При жидкой науглероживании углерод получают из расплавленной соли, состоящей в основном из цианида натрия (NaCN) и хлорида бария (BaCl 2 ). При науглероживании в пакетах окись углерода выделяется коксом или древесным углем твердых пород.
Геометрические возможности [ править ]
Науглероживание можно производить всевозможными видами деталей, что означает практически безграничные возможности для формы материалов, которые могут быть науглерожены. Однако следует внимательно относиться к материалам, которые содержат неоднородные или несимметричные участки. Различные поперечные сечения могут иметь разную скорость охлаждения, что может вызвать чрезмерные напряжения в материале и привести к поломке. [4]
Изменения размеров [ править ]
Практически невозможно науглероживать заготовку без каких-либо изменений размеров. Величина этих изменений зависит от типа используемого материала, процесса науглероживания, которому подвергается материал, а также от исходного размера и формы заготовки. Однако изменения невелики по сравнению с операциями термической обработки. [4]
| Свойства рабочего материала | Эффекты науглероживания |
|---|---|
| Механический |
|
| Физический |
|
| Химическая |
|
Материал заготовки [ править ]
Обычно карбонизируемые материалы представляют собой низкоуглеродистые и легированные стали с исходным содержанием углерода от 0,2 до 0,3%. На поверхности заготовки не должно быть загрязнений, таких как масло, оксиды или щелочные растворы, которые предотвращают или препятствуют диффузии углерода на поверхность заготовки. [4]
Сравнение различных методов [ править ]
В целом, пакетное науглероживающее оборудование может работать с более крупными деталями, чем оборудование для науглероживания жидкостью или газом, но методы науглероживания жидкостью или газом быстрее и подходят для механизированной обработки материалов. Кроме того, преимущество над цементацией нитроцементации является большой глубиной случая (случай глубины более 0,3 дюйма возможен), меньшее искажение и более высокой прочностью удара. Это делает его идеальным для применения в высокопрочных и износостойких материалах (например, ножницы или мечи). К недостаткам можно отнести дополнительные расходы, более высокие рабочие температуры и увеличенное время. [4]
Выбор оборудования [ править ]
Обычно науглероживание газом используется для больших деталей. Науглероживание жидкостью используется для мелких и средних деталей, а науглероживание в пакетах может использоваться для крупных деталей и отдельной обработки мелких деталей в больших объемах. Вакуумная науглероживание (науглероживание под низким давлением или LPC) может применяться к большому спектру деталей при использовании в сочетании с закалкой в масле или газе под высоким давлением (HPGQ), в зависимости от легирующих элементов в основном материале. [4]
См. Также [ править ]
- Карбонитрирование
- Поверхностное упрочнение
- Процесс цементирования
- Тигельная сталь
- Броня Харви (также известная как Harveyized Steel), раннее применение науглероживания
- Хейворд А. Харви , пионер в области науглероживания
- Нитридизация
Ссылки [ править ]
- ^ "Науглероживание стали" . Бесплатный словарь Farlex. Архивировано из оригинала на 2011-08-31 . Проверено 25 мая 2012 .
- ^ Оберг, Э., Джонс, Ф., и Райффель, Х. (1989) Справочник по машинам, 23-е издание. Нью-Йорк: Industrial Press Inc.
- ^ a b «Малоуглеродистые стали» . эфунда . Проверено 25 мая 2012 .
- ^ a b c d e f Роберт Х. Тодд, Делл К. Аллен и Лео Алтинг Справочное руководство по производственным процессам . Industrial Press Inc., 1994. стр. 421–426.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Джеффри Пэрриш. Науглероживание: микроструктуры и свойства. ASM International. 1999. стр. 11
Внешние ссылки [ править ]
- «MIL-S-6090A, Военные спецификации: процесс для сталей, используемых для науглероживания и азотирования в самолетах» . Министерство обороны США . 7 июня 1971. Архивировано из оригинального (PDF) от 29 августа 2019 года . Проверено 19 июня 2012 года .
