Karburizācija — metāla oglekļa ievadīšana un virsmas sacietināšana
Karburizācija — metāla virsmas sacietināšana ar oglekļa ievadīšanu (gāzes/plazmas metodes) nodilumizturībai, izturībai un ilgmūžībai; metodes, riski un pielietojumi.
Karburizācija ir termiska ķīmiskā apstrāde, kurā metālā tiek ievadīts ogleklis ar mērķi sacietināt virsmu un uzlabot tās izturību pret nodilumu. Procesa pamatā ir oglekļa difūzija no ārējā avota uz darba gabala virsmu pie paaugstinātas temperatūras, tādēļ virsmas īpašības būtiski atšķiras no metāla serdes — virsma kļūst cietāka, bet serde saglabā relatīvu noturību un rūszturību.
Metodes un materiāli
Historiski karburizācija tika veikta ar ogles (pakete-karburizācija), kur oglekļa avots bija cietā veidā. Mūsdienās biežāk lieto kontrolētas un tīrākas metodes:
- gāzu karburizācija — izmanto oglekli saturošas gāzes, piemēram, oglekļa dioksīdu vai metānu, veidojot gāzu maisījumu ar noteiktu oglekļa potenciālu;
- plazmas (jonu) karburizācija — ogleklis tiek ievadīts, izmantojot plazmas ģeneratoru, kas ļauj labāk kontrolēt procesu un samazināt deformācijas;
- šķidras vārīšanas (liquid carburizing) un citi speciāli procesi — izmanto šķidras ogļūdeņražu bāzes vielas.
Procesa parametri un rezultāti
Parasti karburizācija tiek veikta temperatūrā aptuveni 850–950 °C (atkarībā no materiāla un metodes). Oglekļa difūzijas dziļums jeb "case depth" ir atkarīgs no temperatūras, laika un oglekļa potenciāla; praktiskās dziļuma vērtības svārstās no dažiem mikrometriem līdz vairākiem milimetriem. Pēc karburizācijas parasti seko atkāpšana (quenching) un tempering, lai virsma pārvērstos cietā martensīta slānī, bet serde paliktu mīkstāka un izturīgāka pret triecieniem.
Karburizācijas ietekme uz detaļas īpašībām:
- ievērojami pieaug virsmas cietība un nodilumizturība;
- uzlabo noguruma izturību, ja process un termiskā apstrāde ir pareizi kontrolēti;
- serdei saglabājas labas mehāniskās īpašības — izturība pret plaisāšanu un triecieniem.
Riska faktori un kontrole
Pārmērīgi augsta oglekļa koncentrācija vai nepareiza termiskā apstrāde var padarīt virsmu trauslu un veicināt plaisu veidošanos. Lai izvairītos no nevēlamām sekām, nepieciešama precīza oglekļa potenciāla, temperatūras un laika kontroli. Tāpat var rasties deformācijas un termiskā plaisāšana, īpaši masīvos vai nestabilos detaļu formātos.
Ja virsma satur pārāk daudz oglekļa vai ja nepieciešams samazināt oglekļa saturu, metālus var dekarbonizēt (noņemt oglekli) ar speciālām apstrādēm.
Piemērotie materiāli un lietojumi
Karburizāciju visbiežāk izmanto zema vai zema leģētā tērauda detaļām ar sākotnējo oglekļa saturu aptuveni 0,05–0,3 %; tipiski produkti ir zobrati, kams, vārpstas, gultņi un skrūvju savienojumi, kur nepieciešama cieta nodilumizturīga virsma un blīva, izturīga serde.
Kvalitātes mērīšana un novērtēšana
Procesa iznākumu novērtē ar vairākām metodēm: mikrogriezumu un optiskās mikroskopijas, cietības profilu mērījumiem (mikro un makro cietības) un oglekļa koncentrācijas profila noteikšanu. Pareiza dokumentācija un procesu kontrole nodrošina atkārtojamību un ilgtspējīgu detaļu darbību ražošanas apstākļos.
Kopsavilkumā, karburizācija ir efektīvs virsmas sacietināšanas veids, kam rūpīga parametru kontrole un pareizs pēcapstrādes cikls ļauj sasniegt ilgmūžīgas un tehniski pieprasītas īpašības industriālajās detaļās.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir karbonizācija?
A: Karburizācija ir oglekļa ievadīšana metālā, lai padarītu tā virsmu cietāku un izturīgāku pret nodilumu.
J: Kāpēc tiek veikta karberizācija?
A: Karburizāciju veic, lai metāla virsmu padarītu cietāku un izturīgāku pret nodilumu.
J: Kā karburizāciju veica agrākos laikos?
A.: Agrākā pagātnē metālu karberizācijai tieši uzklāja kokogles.
J: Kādus mūsdienu paņēmienus izmanto karberizācijai?
A.: Mūsdienu tehnikās karburizācijai izmanto oglekli saturošas gāzes vai plazmas (piemēram, oglekļa dioksīdu vai metānu).
J: Kāda ir laika un temperatūras ietekme uz karbonizāciju?
A: Atkarībā no laika un temperatūras karburizācijas laikā oglekļa saturs skartajā zonā var atšķirties.
J: Kādus metālu veidus galvenokārt izmanto karsēšanai?
A: Karburizāciju galvenokārt izmanto, lai sacietinātu zema leģētā tērauda virsmu.
J: Kas notiek, ja oglekļa koncentrācija metālā karburizācijas laikā kļūst pārāk liela?
A: Pārāk liela oglekļa koncentrācija padara metālu trauslu un neapstrādājamu, tāpēc metālu var dekarbonizēt.
Meklēt