felület kezelés, felület nemesítés
DESCRIPTION
Felület kezelés, felület nemesítés. A felület kezelés célja. A felület közeli anyagrész összetételének megváltoztatása A felület keménységének megváltoztatása Kopásállóság növelése. Lehetséges módszerek. Felületi hőkezelések Felületi edzések Összetételt változtató felületi hőkezelések - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Felület kezelés, felület nemesítés
A felület kezelés célja
• A felület közeli anyagrész összetételének megváltoztatása
• A felület keménységének megváltoztatása
• Kopásállóság növelése
Lehetséges módszerek
• Felületi hőkezelések– Felületi edzések– Összetételt változtató felületi hőkezelések
• A felület kezelése nagy energiájú forrásokkal (lézer, elektronsugár, ív stb.)– Átolvasztás– Ötvözés– edzés
• Bevonatok létrehozása
Felületi hőkezelések
Az elvárás a kemény kopásálló felület (kéreg) és szívós mag
Így megkülönböztetünk:összetételt nem változtató felületi
edzéseketösszetételt változtató kérgesítő
eljárásokat
A felületi hőkezelések áttekintése az edzhetőség
feltételei alapján
A felületi edzések alapelve az, hogy az edzéshez szükséges 3 feltétel közül mindhárom, csak a kéregben teljesül
1. ausztenitesítés ( hevítés T A c3 )
2. hűtés v kf-nél nagyobb sebességgel
3. C 0,2 %
Az acél összetételét nem változtató
felületi hőkezelések, Felületi edzések
• A felületet meghatározott mélységig T A c3 hőmérsékletre hevítik, és onnan a vkf-nél gyorsabban hűtik.
• A kéregvastagságnak megfelelő mélységű hevítéshez rendkívül nagy hevítési sebességet (500-1000 C /sec) kell elérni
• Ez csak nagy felületi teljesítménnyel lehetséges (1000-10000 W/ cm2).
• Eközben a mag hőmérséklete és szövetszerkezete nem változik.
Összetételt változtató un. termokémiai kezelések
Termokémiai kezelések 1• Cél: a felületen meghatározott mélységig
valamilyen fémes vagy nemfémes elem koncentrációját megnövelni és így a kéreg tulajdonságát a kívánt módon megváltoztatni.
• Az eljárások célja lehet mechanikai-, hő-és vegyi hatásokkal szembeni ellenállás növelése. A legtöbb esetben a cél a felület kopásállóságának és a munkadarab kifáradással szembeni ellenállásának növelése a kemény kéreg és szívós mag biztosításával.
Nitridálás, karbonitridálás• A nitridálás célja az acél felületébe nitrogén
bejuttatása, amely a felületen kemény kopásálló, korrózióálló, a kifáradással szemben ellenálló kérget hoz létre anélkül, hogy azt edzeni kellene.
• A darabot a kezelés megkezdése előtt a legtöbb esetben nemesítik
• A karbonitridálás esetében a nitrogénnel egyidejűleg karbon is diffundál a felületbe, aminek hatására a nitrideken kívül kemény karbonitridek is keletkeznek.
Nitridálás, karbonitridálás
• A nitridáló közeg általában ammónia, és mivel a nitrogén a ferritben jobban oldódik
• a kezelés hőmérséklete 500-600 C. A kemencetérbe bevezetett ammónia az acél felületén alkotóira bomlik.
• A kezelési idő 30-40 óra
• A darabot nitridálás előtt nemesítik
Nitridálás, karbonitridálás
• Gáznitridálásra nitridképző ötvözőkkel ötvözött acélokat használunk.
Ilyen ötvözők a Cr, az Al a Mo és a V • Az elérhető felületi keménysége 62-67
HRC.
Nitridált kéreg• A nitridált kéreg vastagsága 0,2-
0,8 mm• A kéreg szerkezete nem
egységes. A felületen egy néhány mikron vastagságú vegyületi réteg "fehér kéreg" található. Ezt a vegyületi réteget vas és ötvöző nitridek alkotják. Alatta a befelé haladó nitrogén diffúziós frontnak megfelelően, élesen elválasztva a diffúziós zóna van
Nikotrált kéreg C 45 minőségű vezérműtengelyen
Ion nitridálás• A kezelés hőmérséklete 400-600 º
Ion nitridálás
• Alapelv: a ritkított gázokban fellépő kisülés• A munkadarab katód• Anód a kötött és földelt kamra• 2000V, 250A, a gáz ammónia vagy nitrogén ammónia
keverék• Nyomás 0,6-13,0 10-3 bar• Az ionizált gáz pozitív ionjai a katódtérben a
ködfényplazma határrétegétől erősen felgyorsulnak és a felületbe ütköznek (hevítés) más részük Fe atomokat választanak le. A Fe atomok a ködfényplazmában kb 20% N-t vesznek fel
Ion nitridált kéreg
Az ionnitridálás alkalmazása
Nagyenergiájú forrásokkal végzett
kezelések
Lézer és elektronsugár• Jellemzők
– Koncentrált energia bevitel– A felület meg is olvasztható, a felületre felvitt
„ötvözők” beolvaszthatók– A kezelt térfogat nagyon kicsi– A kezelt anyagrész lehülése nagyon gyors,
tehát finom szemcseszerkezet keletkezik– Acélok, öntöttvasak egyaránt kezelhetők
Lézer kezelések
Lézer kezelések
Elektronsugaras kezelés(edzés, átolvasztás)
Az elektronsugaras kezelés során a vakuumkamrában elhelyezett darab felületet tekercsekkel fókuszált elektronsugárral kezelik.
A forgácsoló szerszámanyagok fejlesztési irányai
• A bevonatoknak az alábbi tulajdonságokkal kell rendelkezni
• Keménység, és annak nagy hőmérsékleten való megtartása
• Kémiai stabilitás, passzivitás a megmunkálandó anyaggal szemben
• Alacsony hővezetőképesség• Erős kötés az alapanyaghoz a
lepattogzás elkerülésére• Kis porozitás
Kémiai gőzfázisú bevonatolás PVD
• A kezelés hőmérséklete 150 – 550 C, így lehetővé válik a CVD eljárás hőmérsékletén kilágyuló anyagok, mint pl. a gyorsacélok bevonása.
• Leggyakrabban a TiN bevonatot készítenek, amelyet nitrogéndús környezetben titán elgőzölögtetésével hozzák létre. A Ti a nitrogénnel azonnal nitridet képez, amely a kis nyomáson (10-2 Pa) azonnal kicsapódik a tárgyak felületén, aranysárga bevonatot képezve
•Forrás: Dr. Markos Sándor BME
•Forrás: Dr. Markos Sándor BME
• Forrás: Dr. Markos Sándor BME
PVD eljárás. • Alacsony hőmérséklet: leválasztás T = 250 - 500°C• Kitűnő tapadás• Egyenletes rétegvastagság• Nitridált, carbonitridált és többrétegű bevonatok• Nagy nyomásállósság• Jellemző rétegvastagság 3 – 5 μm
• Elsődleges felhasználási kör:– Lemezalakító szerszámok– Forgácsoló szerszámok– Autóipar / űrhajózás– Gyógyászati eszközök– Dekorációs célú bevonatok
Kémiai gőzfázisú bevonatolás CVD
• Keményfémlapkák és kerámiák felületi kezelésére
• 900-1000 Con
CVD
• A reakciótérbe hidrogénnel dúsított atmoszférába elgőzölögtetett titánkloridot (TiCl4) vezetünk. Metán hozzávezetésével 900 – 1100 C-on vákuumban titánkarbid (TiC) és sósav (HCl) keletkezik. A TiC kicsapódik a kamrában elhelyezett tárgyakon, azok felületén 3-10 m vastag ellenálló réteget képez.
• Ezzel a módszerrel készíthető TiN, Al2O3, gyémánt réteg is, sőt készíthetünk többrétegű bevonatokat is.
A bevonatolási módszerek összehasonlítása