Proces nawęglania – kompleksowy przewodnik

Nawęglanie stali to zaawansowany proces obróbki cieplno-chemicznej, w którym uzyskiwana jest wysoka twardość powierzchni stali a jednocześnie zachowywany jest elastyczny rdzeń stali. Hartownia Łódź zapewnia nawęglanie stali poprzez różnorodne metody nawęglania, nawęglanie stali wykonujemy zapewniając optymalne rezultaty dla każdego projektu. Nawęglanie stali polega na kontakcie rozgrzanej powierzchni elementu z ośrodkiem wzbogacającym w węgiel. Proces nawęglania potrzebny jest czasem jako pierwszy etap obróbki cieplnej i poprzedza hartowanie stali.

Nawęglanie stali

Proces nawęglania ewoluował na przestrzeni lat – zarówno pod względem technologii, jak i precyzji kontroli parametrów. Proces nawęglania ewoluował w odpowiedzi na rosnące wymagania jakie stawia przemysłowy proces nawęglania. Kiedyś nawęglane elementy stalowe otaczano węglem drzewnym z aktywatorem, dziś stosuje się różnorodne metody nawęglania.

Na czym polega nawęglanie stali?

Nawęglanie stali polega na nasyceniu powierzchni metalu węglem. Najczęściej stosowane do stali niskowęglowej. Nawęglanie stali przebiega w atmosferze bogatej w węgiel. Nawęglanie zmienia strukturę stali w warstwie powierzchniowej, nawęglanie zwiększa zawartość węgla, więc powierzchnia stali miękkiej zyskuje wysoką twardość. Powierzchnia nawęglanego przedmiotu zyskuje możliwość obrabiania przez proces hartowania przy zachowaniu plastycznego rdzenia ze stali miękkiej.

Jak przebiega proces nawęglania stali?

Proces nawęglania stali przebiega poprzez:

• poddawanie stali procesowi nagrzania do wysokiej temperatury,
• powierzchnia nawęglanego przedmiotu umieszczana jest w atmosferze zawierającej węgiel,
• utrzymanie odpowiedniego okresu nawęglania aż powierzchnia nawęglanego metalu nasyci się,
• kontrolowane chłodzenie lub hartowanie stali węglowej.
• twarda powierzchnia stali wymaga czasem poddawanie stali procesowi odpuszczania

Celem jest nasycenie węglem warstwy powierzchniowej i powierzchnia nawęglanego przedmiotu nabiera nowych własności jak hartowność stali nawęglanych.

Proces nawęglania

Proces nawęglania ewoluował od stosunkowo prostych metod stosowanych przez kowali po przemysłowy proces nawęglania. Proces nawęglania stali wykonujemy stosując nowoczesne technologie, takie jak nawęglanie gazowe, nawęglanie próżniowe i nawęglanie plazmowe. Przemysłowy proces nawęglania pozwala uzyskać elementy stalowe które charakteryzuje: wysoka twardość powierzchni, hartowność stali nawęglanych, wysoka zawartość węgla, itp .

Metody nawęglania stali

Przemysłowy proces nawęglania obejmuje różnorodne metody nawęglania. Stosowane metody nawęglania :

• Nawęglanie gazowe
• Nawęglanie próżniowe
• Nawęglanie plazmowe
• Nawęglanie w ośrodkach ciekłych
• Nawęglanie proszkowe
• Nawęglanie w złożach fluidalnych

Każda metoda nawęglania części dostosowana jest do wymagań jakie ma spełniać powierzchnia nawęglanego przedmiotu dotyczących grubości warstwy nawęglonej i rodzaju elementów.

Opiszmy krótko różnorodne metody nawęglania:

Nawęglanie gazowe

To najczęściej stosowana metoda nawęglania stali w przemyśle. Polega na wzbogaceniu warstwy powierzchniowej stali w węgiel przy użyciu gazu nawęglającego, zazwyczaj w temperaturze 850–950°C. Nawęglanie gazowe prowadzi się w atmosferze zawierającej gazy nawęglające, takie jak metan lub propan. Proces nawęglania gazowego zapewnia wysoką jakość powierzchni nawęglanych elementów stalowych. Pozwala na nawęglanie części stalowych takich jak: koła zębate, wały, tuleje. Do nawęglania gazowego wykorzystuje się metan, propan, metanol. Do nawęglania gazowego wykorzystuje się piece z atmosferami aktywnymi.

Nawęglanie próżniowe

Próżniowe nawęglanie stali to nowoczesna, zaawansowana technologicznie metoda prowadzona w warunkach niskiego ciśnienia (próżni) z wykorzystaniem impulsów gazów węglonośnych. Nawęglanie stali przebiega tu szybciej niż czas nawęglania metodą gazową. Zapewnia nawęglanie stali bardzo precyzyjne, czyste i wydajne .Nawęglanie próżniowe odbywa się w komorach próżniowych, gdzie kontroluje się dokładnie atmosferę procesu.

Próżniowe nawęglanie stali minimalizuje ryzyko utleniania i zapewnia doskonałą jakość powierzchni. Jak nawęglanie gazowe prowadzi się je przy użyciu metanu, propanu, i innych gazów. Próżniowe nawęglanie stali zapewnia wysoką jakość powierzchni – brak utleniania, dokładna kontrola głębokości i profilu nawęglania, brak sadzy i osadów – proces czystszy niż inne stosowane metody nawęglania.

Nawęglanie próżniowe odbywa się w piecach próżniowych, możliwa jest wyższa temperatura nawęglania, a czas nawęglania metodą próżniową jest krótszy. Stosowane piece pozwalają także na hartowanie próżniowe stali. Próżniowe nawęglanie stali pozwala by były nawęglane elementy stalowe ze stali nierdzewnej. Nawęglanie próżniowe odbywa się w zakładach wymagających wysokiej powtarzalności, przemysł lotniczy, motoryzacyjny, precyzyjny. Nawęglanie próżniowe odbywa się często z innymi obróbkami jak: przesycanie, wyżarzanie, azotowanie, proces hartowania, węgloazotowanie,

Nawęglanie plazmowe

Metoda nawęglania metodą plazmową, zwana też nawęglaniem jonowym, to nowoczesna metoda w której zachodzi dyfuzyjne nawęglanie stali. Nawęglanie jonizacyjne – powierzchnia nawęglanego metalu jest nasycana węglem z użyciem plazmy niskotemperaturowej w warunkach próżniowych. Plazma powstaje dzięki zastosowaniu pola elektrycznego, które pobudza cząsteczki gazów do stanu zjonizowanego. Nawęglanie jonowe to nowoczesna metoda, w której stosowane jest plazmowe wzbudzenie gazów nawęglających.

Ponadto nawęglanie plazmowe pozwala uzyskać cienkie, precyzyjne warstwy nawęglane. Dyfuzyjne nawęglanie stali sprawia że czas nawęglania stali może być krótszy, nie jest konieczna wyższa temperatura nawęglania. Ponadto nawęglanie plazmowe daje precyzyjne i równomierne nawęglanie – także elementów o skomplikowanej geometrii. Inne zalety nawęglania metodą plazmową to możliwość lokalnego nawęglania (przez maskowanie nawęglanie zmienia strukturę tylko w wybranych miejscach powierzchni), wysoka zawartość węgla -wysoka twardość powierzchni. Ponadto nawęglanie plazmowe umożliwia nawęglania części ze stali nierdzewnej nie tyko stali węglowej.

Zalety nawęglania stali

Nawęglanie stali zapewnia:

• nawęglane elementy stalowe osiągają wysoką twardość powierzchni stali,
• proces nawęglania stali daje poprawę odporności na ścieranie,
• nawęglanie stali przebiega w sposób który pozwala na zachowanie elastycznego rdzenia stali,
• elementy nawęglane osiągają zwiększenie żywotności.

Gatunki stali do nawęglania

Nawęglaniu poddaje się przede wszystkim stale niskowęglowe, takie jak:

• Stal 17HNM
• Stal 1.6587
• Stal 18CrNiMo7-6

Wybór odpowiedniego gatunku stali decyduje jakie nawęglanie stali wykonujemy(jakiej metodzie nawęglania poddaje się element), czy konieczna jest dodatkowa obróbka cieplna, jaki jest czas nawęglania metodą przez nas wybraną, czy konieczna jest wyższa temperatura nawęglania, oraz o skuteczności i trwałości elementu. Proces nawęglania gazowego stosowany jest najczęściej dla stali zwykłych. Nawęglanie gazowe prowadzi się w odpowiednich piecach.

Dyfuzyjne nawęglanie stali a ponadto nawęglanie plazmowe stosowane jest do nawęglania części ze stali nierdzewnej, które może zastąpić azotowanie.

Etapy procesu nawęglania

Stosowane metody nawęglania przebiegają zwykle podobnie. Etapy procesu nawęglania obejmują:

• przygotowanie powierzchni stali,
• wprowadzenie do komory (nawęglanie gazowe prowadzi się w piecach, dyfuzyjne nawęglanie stali wymaga instalacji do produkcji plazmy, próżniowe pieca próżniowego)
• poddawanie stali procesowi nawęglania przez czas nawęglania stali ,
• hartowanie stali – hartowność stali nawęglanych zależy od udziału węgla
• odpuszczanie.

Proces nawęglania potrzebny jest do uzyskania wysokiej twardości powierzchniowej i odporności na zmęczenie materiału.

Właściwości stali nawęglanej

Nawęglanie stali zmienia strukturę stali w warstwie powierzchniowej, nawęglanie zwiększa zawartość węgla, zapewniając wysoką twardość, poprawę odporności na ścieranie oraz utrzymanie plastycznego rdzenia stali niskowęglowej.

FAQ – Najczęstsze pytania o nawęglanie

Jakie procesy próżniowe stosuje się przy nawęglaniu?

W procesach próżniowych nawęglania poddaje się kontrolowaną atmosferę zawierającą węgiel, nawęglanie zwiększa zawartość węgla na powierzchni.

Czym różnią się metody nawęglania stali?

Metody nawęglania różnią się rodzajem atmosfery, temperaturą oraz czasem trwania procesu, co pozwala dobrać najlepsze rozwiązanie dla danego gatunku stali. Proces nawęglania gazowego stosuje się dla stali niskowęglowej, nawęglania metodą plazmową stosuje się też do stali nierdzewnej

Co daje hartowanie po nawęglaniu?

Zahartowanie po nawęglaniu zapewnia uzyskanie wysokiej twardości warstwy powierzchniowej i wytrzymałości mechanicznej rdzenia. Hartowność stali nawęglanych zależy od udziału w nich węgla.

Podsumowanie

Nawęglanie stali to kluczowy proces obróbki cieplno-chemicznej, który znaczną poprawia jakość elementów stalowych. Nawęglanie stali polega na wzbogacaniu jej w węgiel. W Hartowni Łódź nawęglanie stali wykonujemy z zastosowaniem wszystkich nowoczesnych metod nawęglania jak: proces nawęglania gazowego, nawęglania metodą plazmową, Proces nawęglania potrzebny do uzyskania potrzebnych właściwości prowadzimy dostosowując procesy do indywidualnych wymagań klientów i zapewniając najwyższą jakość usług. Realizujemy także inne metody obróbki: węgloazotowanie, azotowanie, odpuszczanie. Proces nawęglania potrzebny jest do obróbki różnych stali np: Stal 17HNM , Stal 1.6587, Stal 18CrNiMo7-6, inne.