Kemična toplotna obdelava jeklenih ulitkov

Kemična toplotna obdelava jeklenih ulitkov se nanaša na namestitev ulitkov v aktivni medij pri določeni temperaturi za ohranjanje toplote, tako da lahko eden ali več kemičnih elementov prodre na površino. Kemična toplotna obdelava lahko spremeni kemično sestavo, metalografsko strukturo in mehanske lastnosti površine ulitka. Običajno uporabljeni postopki kemične toplotne obdelave vključujejo karburiziranje, nitriranje, karbonitriranje, boriranje in metaliziranje. Pri izvajanju kemične toplotne obdelave ulitkov je treba celovito upoštevati obliko, velikost, stanje površine in površinsko toplotno obdelavo ulitkov.

 

1. Naogljičenje

Naogljičenje se nanaša na segrevanje in izolacijo ulitka v mediju za naogljičenje in nato infiltracijo ogljikovih atomov na površino. Glavni namen naogljičenja je povečati vsebnost ogljika na površini ulitka, hkrati pa oblikovati določen gradient vsebnosti ogljika v ulitku. Vsebnost ogljika v naogljičenem jeklu je običajno 0,1 %-0,25 %, da se zagotovi zadostna žilavost in trdnost jedra ulitka.

Površinska trdota karburiziranega sloja je na splošno 56HRC-63HRC. Metalografska struktura karburizirane plasti je fin igličast martenzit + majhna količina zadržanega avstenita in enakomerno porazdeljenih zrnatih karbidov. Mrežni karbidi niso dovoljeni, volumski delež zadržanega avstenita pa na splošno ne presega 15–20 %.

Trdota jedra ulitka po naogljičenju je na splošno 30HRC-45HRC. Metalografska struktura jedra mora biti nizkoogljični martenzit ali nižji bainit. Ni dovoljeno imeti masivnega ali izločenega ferita vzdolž meje zrn.

V dejanski proizvodnji obstajajo tri običajne metode naogljičenja: naogljičenje v trdnem stanju, naogljičenje v tekočini in naogljičenje v plinu.

2. Nitriranje

Nitriranje se nanaša na postopek toplotne obdelave, pri katerem se atomi dušika infiltrirajo na površino ulitka. Nitriranje se na splošno izvaja pod temperaturo Ac1, njegov glavni namen pa je izboljšati trdoto, odpornost proti obrabi, trdnost proti utrujenosti, odpornost proti udarcem in odpornost proti atmosferski koroziji površine ulitka. Nitriranje jeklenih ulitkov se običajno izvaja pri 480°C-580°C. Za nitriranje so primerni odlitki, ki vsebujejo aluminij, krom, titan, molibden in volfram, kot so nizkolegirano jeklo, nerjavno jeklo in vroče oblikovano orodno jeklo.

Da bi zagotovili, da ima jedro ulitka potrebne mehanske lastnosti in metalografsko strukturo ter da bi zmanjšali deformacijo po nitriranju, je potrebna predobdelava pred nitriranjem. Za konstrukcijsko jeklo je pred nitriranjem potrebna obdelava za kaljenje in popuščanje, da se pridobi enotna in fina struktura kaljenega sorbita; za ulitke, ki se zlahka popačijo med obdelavo z nitriranjem, je po kaljenju in popuščanju potrebna tudi obdelava z žarjenjem za razbremenitev napetosti; za ulitke iz nerjavečega jekla in toplotno odpornega jekla je mogoče na splošno pogasiti in popustiti, da se izboljša struktura in trdnost; za avstenitno nerjavno jeklo se lahko uporabi toplotna obdelava raztopine.