Co to jest obróbka cieplno-chemiczna?
Jednym z przykładów procesów specjalnych jest obróbka cieplno-chemiczna. Może być ona jednorazowym zabiegiem lub zbiorem kilku działań. Celem obróbki cieplno-chemicznej jest otrzymanie w powłoce wierzchniej obrabianego materiału właściwości odmiennych od własności rdzenia na skutek działania temperatury, czasu i środowiska technologicznego.
Proces obróbki cieplno-chemicznej
Proces ten rozpoczyna ogrzewanie przedmiotu w odpowiedniej temperaturze w środowisku aktywnym chemicznie, w którym jest możliwe nasycanie warstwy wierzchniej określonymi pierwiastkami (lub ich usunięcie) wskutek dyfuzji.
Etapy powierzchniowej obróbki cieplno – chemicznej:
1) Reakcja dostarczająca aktywnych atomów,
2) Adsorpcja atomów na powierzchni,
3) Dyfuzja w głąb materiału – to etap decydujący o długości procesu, zazwyczaj najwolniejszy. Atomy najszybciej dyfundujące to atomy dające roztwory międzywęzłowe np. C i N w Fe, atomy wolno substytucyjne to np. Cr, Al, Si w Fe. Czas procesu ma wpływ na jego koszt oraz na częstotliwość zastosowania.
Na powierzchni materiału następuje tworzenie się warstwy o grubości do nieco ponad 1 mm, twardej i odpornej na ścieranie oraz na działanie czynników chemicznych. Ponadto pierwiastki te nadają jej odporność na korozję, estetyczny wygląd, biozgodność z tkanką biologiczną.
Oprócz wyżej wymienionych działań można zastosować dodatkową obróbkę cieplną w postaci:
– hartowania – polegającego na nagrzaniu danego materiału do odpowiedniej temperatury zwanej temperaturą hartowania, przetrzymaniu go w tej temperaturze do momentu przebudowy struktury wewnętrznej materiału (głównie dotyczy to przemian fazowych) oraz następnie odpowiednio szybkim schłodzeniu.
– wyżarzania – typ obróbki cieplnej metalu polegający także na nagrzaniu materiału do określonej temperatury oraz wytrzymaniu przy tej temperaturze, jednakże w przypadku wyżarzania ma miejsce powolne studzenie. Jego celem jest przybliżenie stanu materiału do warunków równowagi. Wyżarzanie może mieć zastosowanie:
- Normalizujące
- Zmiękczające
- Rekrystalizujące
- Odprężające
Rodzaje obróbki cieplno-chemicznej
- dyfuzyjne nasycanie niemetalami (nawęglanie, azotowanie, utlenianie, siarkowanie, borowanie, krzemowanie),
- dyfuzyjne nasycanie metalami (aluminiowanie, chromowanie, cynkowanie, tytanowanie),
- dyfuzyjne nasycanie wieloskładnikowe (węgloazotowanie, węglotytanowanie siarkowęgloazotowanie, siarkoazotowanie itd.),
- dyfuzyjne usuwanie domieszek i zanieczyszczeń (odwęglanie, odtlenianie metali, odwodorowywanie)
W metalach i ich stopach następuje zmiana składu chemicznego i jednocześnie struktury warstwy wierzchniej. Polega ona na samorzutnym mieszaniu się cząsteczek i atomów różnych substancji pod wpływem ruchów cieplnych.
Dyfuzja atomów jest możliwa dzięki:
- różnicy ich stężeń,
- istnieniu przestrzeni międzyatomowych (międzywęzłowych),
- błędnie ułożonym atomom w materiałach polikrystalicznych (wakansów, dyslokacji, jak również granic ziaren).
Dyfuzja najszybciej zachodzi w gazach, cieczach oraz w ciałach stałych, ale w tym ostatnim przypadku jej tempo jest bardzo powolne. Jednakże to środowisko gazowe jest najczęściej wykorzystywane do przeprowadzenia procesu obróbki cieplno-chemicznej. Wystarczy niewielka ilość silnie pachnącej substancji, by poczuć ją po niedługim czasie od momentu kontaktu z powietrzem. Na skutek oddzielenia się cząsteczek zapachowego specyfiku od macierzystej powierzchni następuje ich zmieszanie się z powietrzem. Następnie są one rozpraszane we wszystkich kierunkach w wyniku chaotycznego popychania przez cząsteczki powietrza. Cząsteczki zderzają się przekazując energię kinetyczną.
Procesy specjalne są przeprowadzane przez specjalistyczne przedsiębiorstwa, jak np. Poeton Polska które oferują szeroki zakres usług dzięki wysoko wykwalifikowanemu personelowi oraz odpowiednim urządzeniom.