Carbonitrering er en proces, hvorved kulstof og nitrogen indføres på overfladen af en ståldel. Målet med denne proces er at danne en austenit (over A3), som bliver en martensitmatricsmikrostruktur efter slukning. Hvis der indføres for meget kvælstof i stålet, kan det resultere i tilbageholdt austenit, som er austenit, der ikke bliver en martensitmikrostruktur efter slukning. Dette kan forårsage problemer som øget porøsitet, hvorved mange små huller svækker materialets struktur. Af denne grund er det ekstremt vigtigt at bruge den rette varmebehandlingsatmosfære, slukningsmedium og den samlede carbonitrideringsproces.

Carbonitriding Process

atmosfære: carbonitrideringsprocessen ligner gascarbureringsprocessen, men med tilsætning af ammoniak sammen med carbon. Denne proces tilføjer 0,5 – 0,8% kulstof og 0,2-0.4% kvælstof til overfladen af stålet. Nitrogenet kommer fra ammoniak til stede i atmosfæren.

varmebehandling: temperaturen, der anvendes til carbonitrering, skal være omkring 850 liter C (1550 liter F). Dette er lavere end den temperatur, der anvendes til karburering, og den tid, hvor delen vil blive varmebehandlet, er også kortere. Disse lavere temperaturer, der anvendes til carbonitrering sammenlignet med karburation, betyder også, at der er mindre forvrængning af delen, især under slukning. Dette er dog en højere temperatur end hvad der bruges til standard nitrering.

slukning: Når delen er blevet varmebehandlet, skal den straks slukke i enten olie eller gas med en beskyttende atmosfære. Mens vand er et andet muligt slukningsmedium, kan mildt stål fordreje mere, når det slukkes i vand. Af denne grund anbefales slukning i olie eller gas med en beskyttende atmosfære over vand.

Sagshærdningsdybde (CHD): sagshærdningsdybden er, hvor dybt ind i stålets overflade hærdningsprocessen gennemsyrer. Denne dybde afhænger af en række faktorer, herunder karbonitrideringsdybden, hærdningstemperaturen, dæmpningshastigheden, hærdbarheden af stålet og komponentens dimensioner.

fordele ved Carbonitriding

som tidligere nævnt er målet med carbonitriding at give stålet en hårdere ydre skal. Den hærdede sag er imidlertid ikke et ekstra lag oven på stålet. Carbonitrideringsprocessen ændrer det øverste lag af komponenten, så de oprindelige dimensioner bevares. Denne sagshærdning er typisk mellem 0,07-0,75 mm tyk. En tykkere sag betyder mere slidbeskyttelse, men alt ud over 0,75 mm vil normalt ikke være værd at bruge den tid og kræfter, det tager at opnå. Derudover kan hårdheden af skallen stige op til 65 – 66 HRC på Rockbrøndskalaen, som sætter den i kategorien “meget hårdt stål”.

martensitmatrikkens mikrostruktur, der er resultatet af carbonitrering, er en af de primære fordele ved at bruge denne proces. Denne mikrostruktur er det, der giver det ydre lag af stålet sin øgede holdbarhed, slidstyrke og duktilitet. På grund af denne øgede holdbarhed og slidstyrke har carbonitrided dele øget levetid i dårligt smurte og forurenede miljøer, som normalt ville være for ekstreme for deres ubehandlede modstykker. Derudover har dele behandlet på denne måde kompressive restspændinger på-25ksi (-172mpa).

andre fordele ved carbonitriding omfatter det faktum, at det er perfekt til masseproduktion af små komponenter. Jo mindre komponenten er, desto lettere er det at opnå en højere sagsdybde. Der er også modstanden mod blødgøring under temperering og en stigning i Slagstyrke, som kan være værdifulde egenskaber i visse situationer. Og både karbonitrering og karburering kan gøres sammen for at kombinere deres egenskaber.

Carbonitrided Part Applications

når det kommer til de typer stål, der kan carbonitrideres, er der en bred vifte, der omfatter almindeligt kulstof, mildt (reduceret aluminium), lav legering (maksimalt 0,25% kulstof), fri skæring og sintret stål. Det anvendte stål afhænger af, hvad komponenten til sidst skal bruges til. Nogle af de mest almindelige dele, der er afhængige af carbonitriding, er tandhjul, knaster og aksler, lejer, fastgørelseselementer og stifter, hydrauliske stempelstænger, koblingsplader til biler, værktøj og matricer.

Når vi ser på nogle få af disse mulige anvendelser til kulstofstål, kan vi se nøjagtigt, hvordan fordelene ved denne proces fungerer i den virkelige verden. For eksempel kan hydrauliske stempelstænger drage fordel af den øgede levetid carbonitriding giver i dårligt smurt og forurenede miljøer. Dårlig smøring i en hydraulisk cylinder kan medføre, at metalflager afskæres og forurener systemet. Denne forurening fører derefter til en stigning i slid og ødelægger til sidst cylinderen indefra. Nogle hydrauliske cylindre er forseglet for livet, hvilket betyder, at deres smøremiddel ikke kan udskiftes, når det bliver forurenet. Situationer som dette er grunden til, at carbonitriding er så vigtig for at forhindre slid.

konklusion

Carbonitrering er en varmebehandlingsproces, hvorved kulstof og nitrogen (via ammoniakgas) gennemsyrer overfladelaget af stålkomponenter. Processen involverer temperaturer på omkring 850 liter C efterfulgt af slukning i olie-eller gasopløsninger. En vellykket gennemførelse af denne proces vil give stålkomponenterne en række gavnlige egenskaber, især øget slidstyrke. Og der er mange forskellige anvendelser for carbonitrided dele i høj slid situationer såsom tandhjul, lejer og værktøj.

L& L Special Furnace

l& L Special Furnace fremstiller industrielle varmebehandlingsovne til en lang række anvendelser, herunder carbonitrering. Kontakt os i dag for mere information om vores ovnspecifikationer og hjælp til at vælge, hvilken ovn der passer til dit særlige behov.