��zen� kapalinov� iontov� karbonitridace jako alternativa ke galvanick�mu pokovov�n�

Charakteristiky procesu

V  solných taveninách je mo�né v zásad� bez jakékoliv speciální  p�edb�né úpravy karbonitridovat všechny typy �elezných materiál�, jako jsou austenitické oceli, litiny nebo sintrované materiály. Provozní postup není komplikovaný. Po krátkém p�edb�ném o�išt�ní a po p�edeh�átí na vzduchu na teplotu  350 a� 400°C, se díly  karbonitridují  v solné tavenin�, všeobecn� po dobu 60 a� 120 minut. Teplota  zpracování  je obvykle  570 a�  590 °C.  Ve  speciálních p�ípadech se  mohou pou�ívat  i ni�ší teploty (480°C) nebo vyšší teploty (630°C). Pro ochlazení se pou�ívá voda, vzduch, dusík, vakuum nebo  oxida�ní chladicí  láze�. Tento  naposledy  jmenovaný  zp�sob poskytuje  významné  zvýšení korozní  odolnosti zpracovaných  díl�.  Potom  se  výrobní  dávka  �istí  horkou vodou v kaskádovém mycím za�ízení. Pro karbonitrida�ní taveninu je pot�eba sledovat jen následujících n�kolik parametr� :

• chemické slo�ení taveniny
• teplotu zpracování
• dobu zpracování

Solné  taveniny  poskytují  ve  srovnání  s jinými  provozními  médii  výjime�n�  vysokou  nabídku  dusíku. Proces karbonitridace za�íná bezprost�edn� po pono�ení dílu do kapaliny. Ji� po n�kolika minutách se zde ukazuje kompaktní slou�eninová vrstva.

V pr�myslov�  pou�ívaných  solích  se  jako  dárce  dusíku  pou�ívají  nejedovaté  sodné  a draselné kyanatany. P�i reakci na povrchu dílu vzniká z alkalického kyanatanu uhli�itan, s jen pomalou zm�nou slo�ení  solné  taveniny.  Pomocí  pr�b�ného  p�idávání  nejedovatého  polymerického  organického regenerátoru  se  uhli�itan,  jako  produkt  rozkladu,  p�ímo  v tavenin�  recykluje  na aktivní  kyanatan. Proto�e prakticky nedochází  ke zm�n� objemu, tak p�i po�adovaném nastavování slo�ení nedochází k vylévání p�ebytk� soli.

Speciální  charakteristiku  díl�,  zpracovaných  postupem  CLIN,  p�edstavuje  tém��  jednofázová ε-karbonitridová  slou�eninová  vrstva s velmi vysokým obsahem dusíku 6 a�  11 hmotnostních procent a s obsahem  uhlíku  0,5  a�  2 hmotnostní  procenta.  P�i  obvyklé  dob�  zpracování  60  a�  120  minut dosahuje slou�eninová  vrstva sílu 10 a� 20 μm. Se stoupajícím obsahem legujících prvk� dochází ke sní�ení nár�stu vrstvy.

Obrázek 1 : Kvalita slou�eninové vrstvy po zkoušce v solné mlze v dob� trvání 1008 hodin

Díly, zpracované postupem CLIN, jsou dob�e známé svojí vynikající odolností proti opot�ebení, korozi a únav�. Navíc se zde podstatn� sni�uje tendence k od�ru nebo k nalepování. Korozní odolnost se dále  m��e dramaticky zlepšit p�i p�ímém zachlazení díl� do oxida�ní solné  taveniny, podle pot�eby s následným impregna�ním krokem. Obrázek  1  ukazuje kvalitu  slou�eninové vrstvyna dílech, které prošly  celou  zkouškou  v dob�  trvání  1008 hodin.  Krom�  projevu  slabého  ztmavnutí  na  horní  �ásti vrstvy a v pórech je samotná vrstva ve vynikajícím stavu.

Aplikace

Ventily ve spalovacích motorech p�edstavují díly s vysokými nároky v parametrech odolnosti proti tepelnému namáhání, opot�ebení a korozi (viz obrázek 2).

Obrázek 2: Ventily zpracované postupem CLIN

P�i porovnání s d�íve obvyklým chromováním se mohou výrobní náklady pomocí karbonitridace sní�it, proto�e se m��e vynechat induk�ní kalení a kone�né broušení. Navíc se nemusí d�ík výfukového ventilu vyráb�t z oceli pro induk�ní kalení. Celý ventil je mo�né vyrobit ze �áruvzdorné austenitické oceli. Zatím se s dobrým rozvojem v solných taveninách zpracovalo více ne� 250 milión� ventil�. Doby zpracování pro karbonitridaci se pohybují v rozsahu od 15 do 90 minut, podle specifikace. V závislosti na rozm�ru zpracovatelského za�ízení jsou velikosti výrobní dávky mezi 2500 a 4000 kusy. Realizuje se tedy produktivita výrazn� pod 1 sekundu na jeden ventil. Rovn� se díky krátkým dobám zpracováni ani nemusejí udr�ovat nadm�rné vyrovnávací kapacity pro p�ípady zm�ny rozm�r�, materiál� nebo po�adavk�.

Karbonitridace v solné lázni spolu s následujícím oxida�ním zpracováním se stále více a více pou�ívá pro pístní ty�ky, hydraulické válce nebo pouzdra. Pou�ívají se materiály jako jsou konstruk�ní oceli, a nelegované nebo nízko legované oceli. Po�adovaná doba výdr�e p�i zkoušce v solné mlze je v�tšinou 144 hodin bez vzniku korozních skvrn.

Obrázek 3 : Ty�ky plynových pru�in zpracované postupem CLIN

Obrázek 3 ukazuje p�íklad pístní ty�ky plynové pru�iny, jaká se pou�ívá v automobilovém a v leteckém pr�myslu, ve strojírenství nebo v kancelá�ských k�eslech. Na základ� náhrady chromové vrstvy se zde dosáhla pozoruhodná úspora náklad�. Karbonitridace se uskute��uje v pln� automatizovaném za�ízení. Kombinace a� �ty�ech pecí v jednom provozním podniku umo��uje dosa�ení doby cyklu 0,5 a� 0,6 sekundy na jednu pístní ty�ku.

Pro pohonné osy st�ra�� oken automobil� se v�tšinou pou�ívá zinkovaná nebo niklovaná ocel, ale v pr�b�hu provozu se �asto objevují problémy s korozí. Navíc jsou galvanicky povrchov� zpravované díly �elního p�evodu se šikmým ozubením pom�rn� m�kké, tak�e v pr�b�hu �ivotnosti vykazují sklony k prokluzování.

Zatím se pomocí postupu CLIN zpracovává více ne� 50 milión� t�chto os za rok (viz obrázek 4) a pou�ívají se u tém�� všech vedoucích výrobc� automobil�. Závit má lepší odolnost ve zkrutu a díky tomu se m��e p�i instalaci p�ítu�ná matice utahovat s vyšším utahovacím momentem. Podle konstrukce a podle po�adavk� kone�ného zákazníka je korozní odolnost p�i zkoušce v solné mlze a� do 400 hodin.

Obrázek 4: Osy st�ra�e zpracované postupem CLIN

Technologie provozních za�ízení

Postupy tepelného zpracování v kapalné soli je mo�né uskute��ovat v automatizovaných, po�íta�em �ízených provozních za�ízeních. Pro tento ú�el jsou k dispozici otev�ená a zapouzd�ená provozní za�ízení. Automatické za�ízení, znázorn�né na obrázku 5, je umíst�né ve výrobní hale a zpracovává díly pro výrobu v daném míst�. Pozoruhodným charakteristickým parametrem tohoto provozního za�ízení je �isté pracovní prost�edí.

Díky krátkým dobám zpracování zde není pot�eba vytvá�et �ádné velké vyrovnávací kapacity. Zavá�ka bubn� se uskute��uje p�ímo u obráb�cího centra. Provozní za�ízení je vybavené po�íta�ovým �ízením úrovn� pln�ní a podle pot�eby sd�luje u�ivateli po�adavek na dopln�ní. Dopl�ování soli, pop�ípad� regenerátoru, se uskute��uje z vn�jší strany pouzdra za�ízení p�i pou�ití speciální jednotky, tak�e pracovník obsluhy nep�ijde do styku s procesem tepelného zpracování, ani nemusí pracovat p�ímo u pece.

Postup CLIN p�edstavuje ve v�tšin� p�ípad� ideální alternativu ke galvanizovaným povlak�m,
k deformacemi zatí�eným kalicím proces�m a rovn� ke karbonitrida�ním proces�m v plynném médiu nebo v plazm�. Postup rovn� nachází nar�stající aplikace jako alternativa za pou�ití nákladných korozivzdorných ocelí.

Na základ� následujících specifických provozních charakteristik nabízejí procesy CLIN vynikající
reprodukovatelnost na vysoké kvalitativní úrovni :

• Není zapot�ebí �ádné komplikované p�edb�né �išt�ní.
• Je k dispozici homogenní a velmi vysoká nabídka dusíku v celé tavenin�.
• Je k dispozici rychlý a konstantní p�enos tepla.
• Musí se sledovat jen n�kolik málo provozních parametr�.
• Struktura a hustota zavá�ky má jen malý vliv.
• Zpracování je jednoduché s mo�ností pou�ití automatizace.

Výsledky, dosahované za zkušebních podmínek, se obvykle mohou hladce p�enést do sériové výroby.

www.hef-durferrit.cz