Další vývojový krok nízkotlaké cementace - PreNitLPC®
Další vývojový krok vakuové cementace FineCarb® je podporován nitridační metodou nazvanou PreNitLPC® . Technologie spočívá v přidávání čpavku v počáteční fázi procesu - v průběhu ohřevu na cementační teplotu (obr. 1). Dusík, který je tímto způsoben zaváděn do povrchové vrstvy, podporuje proces cementace zrychlením difuse uhlíku, redukuje tendenci růstu karbidů a co je nejdůležitější, prokazatelně omezuje růst zrn austenitu. Tyto výhody umožňují zkrácení doby procesu díky zvýšení teploty při cementaci. Navíc dosažená vrstva má správnou mikrostrukturu a mechanické vlastnosti nejsou horší než ty, kterých lze dosáhnout tradičními procesy při nižší teplotě.
Tabulka 1 zobrazuje jak silný vliv má teplota na čas procesu při nízkotlaké cementaci, což je zejména výsledkem exponenciálního vlivu difuse uhlíku do oceli.
Pokud vezmeme jako referenční hodnotu tradiční cementaci při 925 ºC, lze zkrátit dobu procesu na polovinu při teplotě 980 °C a dále je možné s tím v souladu zkrátit dobu procesu troj, čtyř až pětinásobně při teplotách 1 000, 1 020 a 1 040 °C . Například pro ocel 16MnCr5, při požadavku na efektivní tloušťku vrstvy 2 mm při kritériu 0.35 % C (550HV kaleno v oleji), bude doba procesu 22 hodin při teplotě 925 °C, zatímco při 1 040 °C bude cementace trvat pouze 5 hodin.
Díky metodě PreNitLPC® je možné provádět cementaci i při teplotách 1 000 °C a více, s dosažením velikosti zrn austenitu jako při tradičním procesu.
Obrázek 2 zobrazuje porovnání mikrostruktury nacementovaných vrstev dosažených při cementaci ve vakuové peci při teplotě 920 °C a při teplotě 1 000 °C s metodou PreNitLPC®. Je zřejmé, že velikost zrn je po zpracování s použitím metody PreNitLPC® menší i přes vyšší teplotu procesu, 13.6 μm v průměru, v porovnání s 16.7 μm po běžném procesu nízkotlaké cementace LPC. Podle očekávání je velikost zrn v jádře větší při vyšší teplotě: 19.2 μm při 1000 °C a 17.2 μm při 920 °C.
Následné zkoušky mechanických vlastností, dosažených při vysokoteplotní technologii PreNitLPC® potvrdily, že nejsou horší než ty, které lze dosáhnout při tradičním procesu. Pro účely průkaznosti byly učiněny porovnávací zkoušky tvrdosti, meze únavy, rázové zkoušky. Vzorky byly vyrobené z ocelí 16MnCr5 a 17CrNi6-6, cementace tradičním způsobem ve vakuové peci Seco-Warwick (obr.3) na vrstvu 0.60 mm při teplotě 920 °C a s použitím metody PreNitLPC® při 950, 980 a 1 000 °C.
Bylo dosaženo identických průběhů tvrdosti, hloubky vrstvy od 0.60 - 0.65 mm při 550 HV a povrchové tvrdosti v rozmezí 750 - 790 HV.
Byla testována odolnost v ohybu vibrační metodou a Wöhlerovy křivky stanoveny v místě limitované a nelimitované meze únavy. Všechny vzorky z materiálu 17CrNi6-6 dosáhly nelimitované meze únavy v porovnávaném rozsahu 650 - 680 MPa, s malou tendencí k vyšším hodnotám při vysokoteplotních procesech PreNitLPC® .
PREN (pitting resistance) byla také provedena dle britského standardu IP 300/82, za použití modifikovaného 4 kuličkového zařízení. Test byl proveden na vzorcích z materiálu 16MnCr5. Vzorky odolávaly více než 1.4 milionu cyklů (průměrné výsledky byly v rozmezí 1.46 až 1.61 milionu) a byly srovnatelné pro všechny typy procesů cementace.
Kromě toho byly provedeny rázové zkoušky na vzorcích o roměru 10x10x55 mm s zářezem ve tvaru U. Po zkouškách byly vzorky podrobeny Charpyho testu. Veškerá měření překonala hodnotu 150 J/cm2 a jsou vyšší pro vzorky po použití metody cementace PreNitLPC® a vzrůstají společně s teplotou procesu od 155 J/cm2 při 920 °C na 168 J/cm2 při 1 020 °C. Nicméně žádné dosažené rozdíly nelze označit jako podstatné a jsou prakticky velmi podobné u všech metod.
Autor článku: Maciej Korecki
Pridať komentár
......