Феритно йонно/плазмено карбонитриране - обяснено

Наименованието на тази термична обработка може да звучи малко сложно — Феритно йонно-плазмена карбонитриране — но то много точно описва процеса.

Нека го разгледаме по-подробно и да разберем какво представлява тази термична обработка.

Феритната зона и кристалната решетка

Първо, нека започнем с термина феритен.

Нека вземем един стандартен клас стомана от желязо-въглеродната фазова диаграма — AISI 1045. За да опростим нещата, засега ще пренебрегнем другите легиращи елементи. Този вид стомана е предимно феритна — което означава, че кристалната ѝ структура е кубично центрирана (обемно центрирана), или ОЦК. Феритната стомана е относително мека и пластична. Сега, ако искаме да променим тези свойства — например, да увеличим твърдостта — трябва да променим структурата на стоманата.

Един от начините да направим това е чрез термична обработка. Ако нагреем стоманата над евтектоидната температура, която е около 727 градуса Целзий, тя се превръща от ферит (ОЦК) в аустенит (който има стенно центрирана кубична, или СЦК).

След това, чрез бързо охлаждане — или закаляване — можем да образуваме мартензит, твърда и крехка фаза с обемно центрирана тетрагонална решетка (ОЦТ).

Фазови превръщания в стоманата над 727 C	Температурата на феритно йонно/плазмено карбонитриране

При феритното карбонитриране обаче температурата остава под тази евтектоидна температура. Това означава, че стоманата запазва феритната си структура през целия процес — оттук идва и наименованието.

Основи при карбонитрирането

Сега нека разгледаме частта „Йонно-плазмено карбонитриране“.

В обяснението ни за плазменото азотиране обсъдихме как легиращите елементи [като хром, молибден, ванадий, алуминий или титан] влияят върху повърхностната твърдост и дълбочината на закаляване. Тези елементи образуват твърди нитриди по време на процеса.

Но какво се случва, когато стоманата не съдържа много елементи, които образуват твърди нитриди? Стоманата от марка AISI 1045 не съдържа нито един от легиращите елементи.

Азотът дифундира в кристалната структура и я деформира, което повишава твърдостта, но не толкова, колкото когато се образуват нитриди.

Карбонитрирането предлага начин за значително повишаване на повърхностната твърдост и износоустойчивостта — чрез образуване на по-дебел бял слой в сравнение със стандартното азотиране.

Сравнение в повърхностната твърдост между стомани AISI 1045 и AISI 4142	Образуваният бял слой най-отгоре увеличава твърдостта значително.

Ключови разлики със стандартното йонно/плазмено азотиране

Има три основни разлики между йонното/плазменото азотиране и карбонитрирането:

1. Добавяне на въглерод:
   Към плазмената атмосфера се добавя малко количество газ, съдържащ въглерод — [като CO или въглеводороди]. Това спомага за образуването на по-дебел бял слой (свързана зона).
2. Температура:
   Процесът протича при малко по-висока температура от стандартното азотиране, макар и все още под 727 °C, за да се запази феритната структура.
3. Време:
   Времето за обработка обикновено е по-кратко, но все пак достатъчно дълго, за да се образува ефективен бял слой

Приложения:

Феритното йонно/плазмено карбонитриране се използва широко в различни отрасли — от автомобилни компоненти, като зъбни колела и валове, до инструменти и заваръчни маси — навсякъде, където се изисква повишена износоустойчивост на повърхността, без да се променя якостта на сърцевината.

Не пропускайте да видите видеото ни с визуално обяснение (на английски език):