pTEO Povrsinski Tretmani OPasic 21042011 Lowres

5/14/2018 pTEO Povrsinski Tretmani OPasic 21042011 Lowres

1/

~~-.~ . .

POVRS ,INSK I TRETMAN I

Ukoliko se povrSina alata i dijelova podvrgne pogodnim tretmanom, tadapovrslna poprima odredena hemijska, fizicka iii mehanicka svojstva, a kOja nisukarakteristika osnovnog materijala. Kod ovakvih materijala kod kojih postojipovrSinsk.i sloj iosnovni materijal, zadatak pavrSinskog sloja jeste da stiti materijal adrazlicitih oblika djelovanja. Zadatak osnovnog mate:rijala je da preuzima meh.optere6enja isprjecava oste6enja povrsinskog sloja.Koji je povrSinski tretman najbo.lje odabrati definise se na osnovu najdominantnijegtipa optereeenja. Veoma je vaZno voditi racuna 0mogueem medudjelovanju izmeduosnovnog materijals ipovrSinskog tretmana. Posta se razliciti povrsinski tretmaniizvode na razlicitim temperaturama mora se obratiti paznja da dovedena temperaturaneee negativno uticati na osnovni materijal.Zbog velikog broja razlicitih povrsinskih tretmana koji se danas koriste sarno cenajvaZniji biti spomenute u daljnjem tekstu.

- I Materi jatlStruktura I Tvr do6a u V ik er simaFentAusten itMartenzi tG elik, tvrdotao 65 H RCTv rdo k rom p la tir an jeCementi !N itrira ni s lo j n a eelikuKorundumS in te rovan i karbidBo ray karbidT itan ium n it ridKromov karbidVo lfr amov karbidV anad ium karb idT itan ium karbidDi jamanl

1.0Q..250301)..6505S()..1100oko900S00-1300900-1200700-15001650160025001900210020QO..25oo2200~27002200-27002300-27004000-460010000

TabeJa 1. Tvrdoea i struktura pojedinih materijala

1


2/

I Pregled povrsinskih najvai:nijih tretmanaI I

Uticaj na I nanosenje obloga Iovrsinski510j III I

bez promjene sa promjenom - - - - t _ meh.melode Ihem. sastava hem. sastavaImehaniCke L I navlaeenje sloja I- metode termohem.metode *

I Herm. metode Ieekieanje Initriranie 1I spsianie r -Ivalianie karbonitriranie I H tanko platiranleI Ipoliranje pod vanadizaciia H olovno platiraniepritiskom I sinterovanie

sulfidizaciia I H navarivanie- I termiCke metoda t otvrdnj.sulfonitrizaciia iskranjemIindukciono otvrd. I I '- otvrdnjavanjeudarimaI aluminizaciia termomeh.- metodeplameno otvrd. ,

I Iotvrdnjavanje sprei oblao,visokim energijama Iimpulsno, elektro- silikonizaciia , eksol, oblao.taCkasto,lasersko ItaCkastootvrdnjavanje boridizaciia elektrohem.I -metode

parna I* Neki od ovih oksidacija kromiranieprocesa se vrse sa I Iciljem fosfatizaciia niktovanieotvrdnjavanja Ipovrsinskog sloja casno taloi:eni r - tanko plat.a neki sa ciljemotvrdnjavanja I Icijelog komada CVD oblaoani platiranje

I bakromPVD obtaaani Y hem. metod

Italoi:enje nikta bez al. struja I 2


3/

PovrSinsko otvrdnjavanieKed povriinskog otvrdnjavanja, proces je ogranicen na povrsinskl sloj radnog

komada. U zavisnosti od tipa zagrijavanja razlikujemo indukciono otvrdnjavanje iplameno otvrdnjavanje.U ovirn procesima se sarno mali povrsinski sloj dovodi na ternperaturuaustenitizacije i otvrdnjava se sa vearna brzim hlaaenjem (trenutnim gasenjem) uvodi iii u nekim uljnim emulzijama. Zbog kratkoee vremena zagrijavanja, temperatureolvrdnjavanja su obieno ad 30-100 C, vece su ked konvencionalnih otvrdnjavanja.Zavisno od vrste eelika (ebicno se radi a nelegiranim eelicima za terrnieku obradu,

posebno prilagadeni za pevrSinsko otvrdnjavanje), sadrzaja ugljika, mogu se pasliCitvrdoCe 50-65 HRC. Dubina atvrdnuteg sloja (izmec7u 1-15 mm) zavisi od sadriajalegirajucih elemenata i uslovima otvrdnjavanja (vremena trajanja postupka, jacineplamena iii frekvencije struje). Karakteristike jezgra su nepromjenjene, one suodre


4/

postupaka, a vecina ih je razvijena od strane kompanija te oni predstavljaju njihovzasticenl proizvod.U prineipu svi se Celiei mogu nitrirati, zavisno od sadriaja legirajucihelemenata te vrste process, svojstava materijals kao sto su povrsinsks tvrdoCa,granica razvlaeenja te sklonost ka zamoru i 'korozionojotpornosti.Gasno nitriranje

Najveea povrSinska tvrdoea postize se kod eelika koji sadrie dovoljnu kolicinuspecijalnih elemenata koji formiraju nitride, kada se radi sa klasicnim eelicima zagasno nitriranje.

(J 0,1 0,2 O,J 0,4 0,5 Je1(JRJRillml1k odpovriiiM.u mmRflZlil li ll I tvrlioCl pOlJlje fJI/!I09 TlitlllWnjlTemp. nitJinmj;l510 C'..,rjeme nlTN'sfljtl 40 II 3-vn]e_ ntrhnjtl85 II2..,~me ntr'iI!ljtJ SO II 4-vrije_ nit/ilflllja 10011

11001000g O O

B O O

70 0600500

~ 400"lI S O D~~ 200

0 0,1 0,2 0,3 0,4- 0, 5 Jllgro

. . . . .~

. . . . .~ "-~ ~~ ~~ ~ ~

I , ,

dijagrami 1 i2Proces gasnog nitriranja se obicno izvodi na temperaturama izmedu 490 i 520 c ustruji amonijaka. Vrijeme nitriranja (vertikafna razdaljina od povrsine do tacke kOjaj05uvijek ima veliku tvrcocu, vidjeti DIN 50190) i obicno je izmedu 1 i 5 dana. vaianuticaj na nitriranje jesu unutarnji naponi koji trebaju biti sto manji, te povrSina trebabib cista od masti iprebrusena (ds se vidi metalni sjaj). Najbolji rezultati se dobijajukod eelika za poboljsanje. Sporo hladenje u peci poslije nitriranja sto je specificnost

4


5/

ovogs procesa nema negativan uticsj na celike za nitriranje (nema talozenjanodu la rn ih n itrida ). S tependefo rm isan ja je v eoma ma li. N ele gira ni i le girani Ce lie i bezelemenata za form iranje nitrids nisu preporuc ljiv i za proees gasnog nitriranja.Nitriranje u slanoi kUDk i

Ovaj proces nitriranja U slanim kupkama postcji gotovo 50 godina.Speci jalni tip nitriranja u slanojkupki je Tuffro de pos tu pa k koji koristl vatrostalnuposudu od tita na koJ a ima mogu6nost prozracivanja, a sa c i lJem podesavanja odnosaciJanid/cijanat a za postizanJe optimalnog nitriranja. Temp. nitriranja je eke 570C, avrijeme trajanja izmedu 30min i 2 sata. Ked brzoreznih celika proces traje svega 2minute.Hladenje se moze vrsiti u vod i .ili specijalnim kupkama sa uljem, zrakom, vakuumomiii inertnim gasom. Zbog velike primjenljivosti Tuffrode postupak se koristi zaproduiavanje radnog vije ka komadima o d n eleg iran ih ile gira nih 6 elika k ao ialata cdb rz ore zn ih c e llk a te eelik.8 z.aalate nam jenjene za rad na niskim i povisenimtemperaturama. Radne temperature iznad550 C treba izbjegavati jer negativnouticu na nitrirani sloj. Veoma [e ekonomlcan postupak i ima mali uticaj na okolis,Proces nitrokarbonizacije poslije kojeg se vrSi tretman oksidacije sto doprinosipoveeanju korozione otpom osti povrsinskog sloja (postupak T enifer - O PO , M esser).

1 3 0 01 2 0 0110010.00~:t 90 0;,

.",1 1 B O O! 70 060 0500400

~!!! :" I - vr ij fJme n i tr inmj li 30 min' \ -- vr ijeme r ll rr iranja 90 minI , \. ~..__ vrijrNne I 1 J ! ! iranja 12 0 min,\ ,\\

~ ~ ~0,04 a,aS 0,13 0,20 0,50

0,0.2 a , o o 0,10 0,16 0.,30dub l' fI il n il ri ra nog s /o ja lJ r om

dijagram 3

5


6/

'800S71i5{Sf! . .5-Ui) ~- K U O(X l" CNM o n) I1l302tX~ IlM o Vlj 1_ - - - - . . ~ - - - -.~~ ~) W 3 2 f I ( X3 2 C rM oV3~J - V J3Q.l3f CtfIfQ 4)~~ t-""

P""""" W~O~ j N lC lN o V ' 7

16001400120011100

6 1 J O40 0Z O O

10 z o 180 300

d ija g ra m i 4 i5 ( g o m ~ d ija g ra m p n k a z u je u t ic a j' I T s m a n an ll r l r a n ja n a d e b !j in u o tv rd n u t o g s lo ja a d O n ji n a M d o C u )

Cementacijs, karbonizacijaIzraz cementacija oznaeava obogacivanje povsinskog sloja komada saugljikom i nitrogenom (karbonitriranje) u procesu otvrdnjavanja.Agansi koji se koriste za karbonizaciju mogu biti u cvrstom stanju (praskovi iiigranule), tecnom (slane kupke) iii gasovitom. U zavisnosti od agensa govorimo 0cvrstoj, tecnoj iii gasovitoj karbonizaciji.Karbonitriranje se izvodi u gasnoj struji iii u slanoj kupki, sa temperaturamakoje su inaee niie od onih kod karbonizacije. Materijali pogodni za cementaciju sukonstrukcioni Celieisa relativno niskim sadriajem ugljika (oblcno ispod 0,25%) koji ceposlije procesa otvrdnjavanja biti izlozeni velikim povrSinskim optereeenjima. Ovajsloj posjeduje veliku evrstocu, sta opet zavisi od osnovnog materiiala, Krivakarbonizadje je odreClenaaktivnoscu ugljika i njegovom nivou u karbonizirajucemmediju. Aktivnost ugljika odlredujerazlaganje, rastvaranje uglJikau celiku te njegovom

uCescuu hemijskim reakcijama u toku karboruzacqe.Nivo ugljika se definise kao sadriaj ugljika, koji se nalazi u nelegiranomzeljezu poslije beskrajno dugog vremena apsorbovanja tokom procesa karbonizadje.Mjeri se sa tankim ,Iisticimaiii zicama napravljenimad nelegiranog Celika.Nivo ugljika

6


7/

u povriinskam 810ju se podesava pafljivim odabirom karboniziraju6eg medija,temperaturom karbonizacije i vremenom karbonizacije.Najpovoljniji sadriaj ugljika za povriinski tvrdi slaj je oko 0,60-0,80 %. Cesta jeupotrebai slanih kupki koje daju komade sa sadrZajem ugljika 0,50; 0,8; 1,1%. Nakrivu karbonizacije odlucujuei uticaj ima temperatura i vrijeme eementacije.Temperatura karbonizacije je izme-- 500 l::J40 0 III

30 0!1,2t oo , a0, 6

~ 04:J '~~ 0,2::):~~ o~~~~~~~~~~o 0,2 0,4 0,6 O ,B 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2, 0

d ijagram 6v e z a iz m e l1 u d u b in e k a r b o n iz a c ije A t i d ll b in e o tv rd llU lo g s lo ja E h t.G H - g ra n ic a t v rd o c e . G C - g ra n lc a s a d r1 a ja u g l j ik a

7


8/

1,2_ so(na k lJpka 900C , 1

5hssrc 1 t 15 h

1,0

0,8

0,6

. _o 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 ~ oRazda l ii na odpo l lr s ine u r rmd y a g r a m 7k ri v a k a r b o n iz a c ije z a E 4 1 0 ( 1 6 M n C r 5 )

Uzimajuci u obzir tip, oon, sastav materijala, odabir eelika za cementaeiju se vrii oaosnovu karakteristika osnovnog materijala, odn. materijala jezgre. Npr. za statickaoptereeerua nelegirani Celiei iii kromirani Celiei Ce sasvim zadovoUitit, medutim ako seradi 0 dinamickim optereeenjima npr. uvijanje, sabijanje i i i istezanje lada se odabiruCeliei sa jezgrom ve6e evrstoCe (Cr-Mo iii Cr-Mn Celiei). Ukoliko se radi 0 jos vecirndinamickim opterecenjrna kao ito su optereeenja sa naglim i brzim udarima tada seodabiru celiel sa visokom izdri:ljivoscu (Nil Cr-Ni, Cr-Ni-Mo Celici).

Poslije postupka karbonizaciie, eelik za eementaciju predstavlja prakticno 2razlicita eelika (povrslnsk: sloj sasadriajem ugljika oko 0,8% i jezgro sa 0,2%ugljika), sa razlicitim temperaturama otvrdnjavanja. Na ovo se mora obratiti patnjaprilikom otvrdnjavanja. Zavisno od materijala, oblika, velicine i tipa optere6enjaodabiru se i raz!iciti postupci cementacije.Direktne etvrdnjavanje predstavlja najekonemicniji tip toplotne obrade zbognajmanjeg I,lticaja odn. unosa deformaeija na radnom komadu. Preduslov za direktnootvrdnjavanje jeste upotreba fino zrnatih celika.Dvostruko otvrdnjavanje u keme se u prvom otvrdnjavanju komad prvo dovodi natemperaturu otvrdnjavanja jez9ra, a zatim na temperaturu otvrdnjavanja povrSinskogsloja, ovaj postupak se danas rijetko koristi zbog znatnog uticaja na dimenzije radnog

8


9/

komada. Prvo otvrdnjavanje se vrsi odmah sa temperature karbonizacije. Upotrebamed'ukaljenja u procesu daje fino zmatusrtrukturu ipobo.ljsava rnehamcka svojstva.Izotermalna transformacija u slanoj kupki pri temperatumom intervalu u perlitnoj fazidaje fino zmatu strukturu.

Karbontzaci ja Jotvrdnjavanje

K erb olllza cl}a IOfVtr1njevanjeClrvtdnjavanje

D l r&k tno o tv rdn javan je Ja tempera tureI rerbontz acl jeD lr &k fn o o tv rd n ja v a nje p o .tll.iJ h l8 d en ja natem pentllJ ru o M'd nja vanja ---

O tv rd njB va nje d V o stru k lm g ah rlJ em

Kfrbomac-- PavrSins/I.D otYrrml fNarjeC XV rl% ljlfV 8r;e jezg re ------rl

Kamon/Z80 Povr sinslo o tY rrJrlftN anje -otvirJnjSIIBrje jezgrer"l

Olreklro OOI IOO! lj lU i /f Ij e $8 femperBfure otv r c tl jaYan jB jez g refII fD/r!me

9


10

Povrsnsko o lvrd njllV anje ---otvrdnjavllnje jezgre

P O ' lr s i n s l f: J dm/nja va nje ---K a r b o n i z a r : : i " a ov r d n j a vanje J e z g r e - - - -

Terrperovanje

rl

!zolermalnaIans f0 rrn6C~ 'a up erl~nojfaz i

lzotermalnaI r a n s fo r rr a c ij& !Jperlitnai'az;

OtvrdnFJllaflje posfJje rzotermaine lransfOl71laCffeu perllnajf c r z i

Olvrdnjavanje p o slije iz ofe rmaln e tra ns fo rma ci'je u perlilnajf I l z i ; h la d e n j e n a s o b n u fe f f le ra lu ru

d ija ,g ra m i 8 a , 8 b . 8 c , 8d . 8e , S f p r e d s t a v l j a j u p r i k a z p o je d in ih p o s tu p a k a p O v r S ln s k e o b r a d e

Ostali specijalni povrsinski tretmaniCVD oblaganjeOvim procesom cvrste Cestice se hemijski talam (CVD=Chemical VapourDeposition. adn. hemijsko parno talozenie) iz mjesavine gass putem toplote. Uzavisnosti ad sastava mjesavine gasa ave Cesticesadrze okside, nitride iii karbide samikrotvrdoeama izmedu 2000 i3000 HV. Za alate iodgovome dijelove, nitridno jkarbidno oblaganje daju najbolje rezultate, Procesoblaganja se izvodi na temperaturioko 1000 e i traje nekofiko sati. Ove eVD oblage debljine (3-10 urn) posjedujuizvrsnu oksidacionu j korozionu otpornost i imaju visoku tvrdocu, ali su takode krti iosjetljivi na 10m.Iz ovih razloga potrebno je obezbjediti pomocni etekat sa dovoljnomtvrdo6om osnovnog materijala. eVD oblaganje je stekto vainu primjenu u podrucjusinterovanih karbida. Ovaj se proces takode koristi kod belika za alate ibrzorezniheelika. Posta se proces oblaganja izvodi pri temperaturama iznad temperaturetemperovanja osn. matarijala, postupak oblaganja se mora vrSiti u vakuumu. Na ovajnacin se neophodna tvrdo6a, kao pomocnl efekat, oblaganog materijala rnozegarantovati. Sa ciljem sprjecavanja nastanka grubo zrnate strukture kod osnovnogmaterijala u toku oblaganja temp. oblaganja mora biti prilagot1ena temperatuliotvrdnjavanja.

10


11

PVDoblaganjeProces fizickog parnog taloienja (PVD = Physical Vapour Deposition) se sastoji odvelikog broja razlicitih izvedbi, kao sto su procesi koji se izvode u vakuumu, parnimtaloienjem,katodnim i jonskim plattranjem. Svi procesi se mogu izvoditi u razlicitimreaktivnim atmosferama i mogu taloziti metale i metalne spojeve, sto ih ciniprilagodljivim za sirok opseg primjene. Za alate, najbolji rezultati se pastizu sajonskim platiranjem u reaktivnoj atmosferi. Proces se najvise konstl za oblaganje satitanium nitridom.Posta se oblaganje vrSi na temperaturi lzmedu sobne i 500 O C t alati koji su tretiraniovirn postupkom nemaju struktumih promjena iii geometrijskih promjena.BoridiranjeOvaj proces se maze izvoditi sa prahom, solnom kupkorn iii sa gasom. Najboljirezultati se postizu sa pastarna iprahom. Proees se izvoditi obieno u temp. intervalu800 do 1050 C, proces obicno traje od 1 do 12 sati. Baridni sloj daje (FeB, Fe2B)veorna veliku tvrdocu i dobre adhezione karakteristike, takode rnoze izdrzati i veomsvelike temperaturne sokove. Sve ova dopusta da predmeti sa boridnim slojem budupodvrgnuti temperaturnoj obradi sa ciljem postizanja boljih karakteristika jezgra. Usvakom sluCaju temperatura otvrdnjavanja mora biti ispod eutekticke temperature1149 D C u sistemu zeljezo-bar.Platiranje kromomPostoji ostro platiranje. zamazno platiranje, cmo itvrdo platiranje krornom, Za tvrdoplatiranje uslov je da se radni komad obradi termicki itskode da se povrsina obradimasinski. Termicka obrada se provodi na temperaturi od 50 do 70 C, a debljinatvrdo platiranog sloja je obicno od 0,005 do 0,05 mm, u slueaju udarnih opterecenlaod 0,10 do 0,15 mm te i za postizanje visoke evrstoCete smanjenja trenja i postizanjepovrSinsketvrdoCei karozione otpomasti. Pri tvrdom platiranju hidrogen se oslobadate raste i opasnost ad pojave krtasti usljed difuzije hidrogena (vadika). Zbog toga sekomadi po zavrSetku procesa drie na temperaturi izmedu 150 I 170 D C da smanjekrtost tvrdo platiranog sloja iosnavnog materijala.KromiranjeKrom difundira iz gasne faze pri temperaturi aka 950 D C u povrSinu materijala iproizvodi povrSinski sloj, otporan na koroziju i povrSinsko Ijustenje, koji se ne moteukloniti mehanickim putem.AluminizacijaProces sa izvodi slicno kao kod kromiranja. Otpornost prema koroziji i Ijustenju sepostize obogacivanjem povrSine aluminijem. Ovaj proces se uglavnom koristi uaeronautici za oblaganje dijelova mlaznih motora gdje radne temperature dostiiu i1150C.

11


12

SUikonizacijaProces sezasniva na difuziji sHicija Si u radni komad sa ciljem povecanja otpornostina oksidaciju, inaceovaj proces se rijetko koristi zasebno, cesto se karisti ukombinac.iji sa ostalim procesima uglavnom u kombinaciji sa aluminizacijom.InkromizaciiaKrem difundira iz gasne faze na temperaturi aka 950 < : I e u povrslnu radnag komada.Paslije okoneanog procesa delazi de reakcije izmedu kroma i ugljika s t o kao rezultatdaje sloj krom karbida velike evrstoCe. Najpogodniji je 5 1 . o j debljine izmedu O,01i 0,05mm. Karakteristike obloge su sliene kao ked tvrdog platiranja kromom.

12001000

o B O O": : : a1 !:3 6001 : : :a J~ 400~

200

0

Naparivanje

-tttr SpecQafni te rm . podupak kod PVDoblsganja za K ltO (X 15 SC rVM o121)

- Konvenciona lni term. po8tupakZarenje

Temperovanje~va.nje~ r:.na radnu I 1 .~= ,= . :0 6u ~ .,. t; O f \

Vrijemed lj a g ra m 9term ic ki dklusi za PVD o b l a g a n j e .1 k o n v e n c io n a ln e m e t o d e

Naparivanje se koristi ked brzoreznlh alata iprovedi se u atmosferi pare na temp. oko500 D C poslije zavfsenog brusenja. Prj ovo] temperaturi para se razlaie ioksigen jeprisutan u veoma reaktivnoj formi. Sve ova vodi do formiranJa tankog oksidnog slojana povrslnl alata sto povecava izdrzIjivost alata.

12


13

SumporizacijaOvaj postupak se izvodi u slanoj kupki proizvodeci obogacivanje povrSine sasumporom, azotom i ugljikom. Ovako formiran sloj poveeava otpornost na trenje ;pevecava otpornost materijala na temperatume uslove.Fosfatizacija. oksatatizaciiaKod fosfatizacije se tako

13

Documents

pTEO Povrsinski Tretmani OPasic 21042011 Lowres