O čem to je
Ozubené kolo v převodovce má dva protichůdné úkoly. Zuby se o sebe třou, takže povrch musí být tvrdý. Zároveň dostávají rázy, takže jádro musí být houževnaté, aby zub neulomil. Obyčejné kalení dá tvrdost všude – i křehkost všude.
Řešení: změnit chemické složení jen v povrchové vrstvě. Tomu se říká chemicko-tepelné zpracování.
Nové pojmy
Chemicko-tepelné zpracováníOhřev součásti v prostředí, které obsahuje určitý prvek (uhlík, dusík…). Prvek pronikne do povrchu a změní jeho složení a vlastnosti. Jádro zůstane jako dřív.Cementace, nitridace.
DifuzeSamovolné pronikání atomů z místa, kde jich je hodně, tam, kde jich je málo. S vyšší teplotou a delší dobou jde rychleji a hlouběji.Kapka inkoustu se ve vodě sama rozptýlí.
HouževnatostSchopnost snést ránu a nepraskout.Houževnaté jádro zubu se při rázu neulomí.
Kalení a popouštěníPřipomenutí: kalení = ohřev a rychlé ochlazení, ocel s dost uhlíkem ztvrdne (martenzit). Popouštění = mírný ohřev po kalení, který sníží křehkost.Ocel s 0,8 % C se zakalí, s 0,15 % C skoro ne.
Cementace (nauhličování)
CementaceSycení povrchu uhlíkem. Používá se ocel s malým obsahem uhlíku (asi 0,1–0,25 % C), která sama skoro nezakalí. Povrch se nasytí asi na 0,8–0,9 % C.Ocel 16MnCr5 na ozubená kola.
Součást se ohřeje na asi 880–950 °C v prostředí bohatém na uhlík (plyn, prášek nebo solná lázeň).
Několik hodin na teplotě – uhlík difunduje do povrchu, obvykle do hloubky asi 0,5–2 mm.
Součást se zakalí: povrch s vysokým obsahem uhlíku ztvrdne, jádro s málo uhlíkem zůstane houževnaté.
Následuje nízkoteplotní popouštění (asi 150–200 °C) na snížení pnutí.
Proč se cementuje ocel 16MnCr5, a ne rovnou ocel s 0,8 % C?
Ocel s 0,8 % C by se zakalila celá a byla by křehká skrz naskrz. 16MnCr5 má jen 0,16 % C: jádro po kalení zůstane houževnaté. Uhlík dodá cementace jen do povrchu, který pak ztvrdne. Výsledek: tvrdý povrch + houževnaté jádro.
Nitridace (nitridování)
NitridaceSycení povrchu dusíkem při asi 500–580 °C (v amoniaku, nebo v doutnavém výboji – iontová nitridace). Vznikají velmi tvrdé nitridy. Dál se nekalí.Nitridovaná vřetena, válce motorů, formy.
- Teplota je nízká a nekalí se → součást se téměř nedeformuje. Proto se nitriduje až hotová, obrobená součást.
- Vrstva je tenká (desetiny mm), ale velmi tvrdá a odolná proti opotřebení a únavě.
- Trvá dlouho – desítky hodin.
- Nejlépe se nitridují oceli s Al, Cr, Mo, V (nitridační oceli), které tvoří tvrdé nitridy.
Přesné vřeteno brusky se po tepelném zpracování nesmí zkroutit. Cementace, nebo nitridace?
Cementace končí kalením z vysoké teploty → hrozí deformace. Nitridace probíhá při asi 500–580 °C a bez kalení, deformace je minimální. Vřeteno se obrobí načisto a pak nitriduje.
Další způsoby
- Karbonitridace – povrch se sytí uhlíkem i dusíkem zároveň.
- Difuzní chromování, alitování – povrch se sytí chromem nebo hliníkem kvůli odolnosti proti korozi a okujení.
✗Po nitridaci se součást musí zakalit, jinak nebude tvrdá.
✓Po nitridaci se nekalí. Tvrdost dávají nitridy, které vznikají přímo při nitridaci.
Právě díky tomu se nitridovaná součást skoro nedeformuje.
Chemicko-tepelné zpracování mění složení povrchu difuzí. Cementace: uhlík do nízkouhlíkové oceli při 880–950 °C, pak kalení a nízké popouštění. Nitridace: dusík při 500–580 °C, bez kalení, minimální deformace.