Kemijska toplinska obrada čeličnih odljevaka

Kemijska toplinska obrada čeličnih odljevaka odnosi se na stavljanje odljevaka u aktivni medij na određenu temperaturu radi očuvanja topline, tako da jedan ili više kemijskih elemenata mogu prodrijeti na površinu. Kemijska toplinska obrada može promijeniti kemijski sastav, metalografsku strukturu i mehanička svojstva površine odljevka. Obično korišteni postupci kemijske toplinske obrade uključuju karburizaciju, nitriranje, karbonitrizaciju, boriranje i metalizaciju. Prilikom izvođenja kemijske toplinske obrade odljevaka treba sveobuhvatno razmotriti oblik, veličinu, stanje površine i površinsku toplinsku obradu odljevka.

 

1. Karburiziranje

Naugljičavanje se odnosi na zagrijavanje i izoliranje odljevka u mediju za naugljičavanje, a zatim infiltriranje ugljikovih atoma na površinu. Glavna svrha pougljičavanja je povećanje sadržaja ugljika na površini odljevka, uz stvaranje određenog gradijenta sadržaja ugljika u odljevku. Sadržaj ugljika u čeliku za pougljičenje općenito je 0,1%-0,25% kako bi se osiguralo da jezgra odljevka ima dovoljnu žilavost i čvrstoću.

Površinska tvrdoća karburiziranog sloja općenito je 56HRC-63HRC. Metalografska struktura karburiziranog sloja je fini igličasti martenzit + mala količina zadržanog austenita i jednoliko raspoređenih granuliranih karbida. Mrežasti karbidi nisu dopušteni, a volumni udio zadržanog austenita općenito ne prelazi 15%-20%.

Tvrdoća jezgre odljevka nakon naugljičavanja općenito je 30HRC-45HRC. Metalografska struktura jezgre trebala bi biti martenzit s niskim udjelom ugljika ili niži bainit. Nije dopušteno imati masivni ili istaloženi ferit duž granice zrna.

U stvarnoj proizvodnji postoje tri uobičajene metode pougljičavanja: kruto pougljičavanje, tekuće pougljičavanje i pougljičavanje plinom.

2. Nitriranje

Nitriranje se odnosi na proces toplinske obrade kojim se atomi dušika infiltriraju u površinu odljevka. Nitriranje se općenito izvodi ispod temperature Ac1, a glavna mu je svrha poboljšati tvrdoću, otpornost na habanje, čvrstoću na zamor, otpornost na habanje i otpornost na atmosfersku koroziju površine odljevka. Nitriranje čeličnih odljevaka općenito se provodi na 480°C-580°C. Odljevci koji sadrže aluminij, krom, titan, molibden i volfram, poput niskolegiranog čelika, nehrđajućeg čelika i alatnog čelika za vruće kalupe, prikladni su za nitriranje.

Kako bi se osiguralo da jezgra odljevka ima potrebna mehanička svojstva i metalografsku strukturu, te da bi se smanjila deformacija nakon nitriranja, potrebna je predobrada prije nitriranja. Za konstrukcijski čelik potrebno je kaljenje i popuštanje prije nitriranja kako bi se dobila jednolika i fina kaljena struktura sorbita; za odljevke koji se lako deformiraju tijekom obrade nitriranjem, također je potreban tretman žarenjem za ublažavanje naprezanja nakon kaljenja i popuštanja; za nehrđajući čelik i čelične odljevke otporne na toplinu općenito se može prigušiti i poboljšati kako bi se poboljšala struktura i čvrstoća; za austenitni nehrđajući čelik može se koristiti toplinska obrada otopinom.