Archív kategorie ‘CHEMICKO-TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ NÁSTROJŮ’

  Chemicko-tepelné zpracování povrchu nástrojů má pro pro­dloužení jejich životnosti velký význam. Využívá se ke zvýšení po­vrchové tvrdosti nástrojů, aby lépe vzdorovaly otěru a opotřebení, někdy i proti účinkům, zvýšené teploty. Chemicko-tepelné zpracování nástrojů může probíhat buď v prostředí tuhém, kapalném, nebo plyn­ném. Základem pochodu je změna chemického složení povrchových vrstev nástrojů a tím i jejich vlastností. Chemické složení povrchu ná­strojů se mění při styku s aktivním prostředím schopným předávat do povrchových vrstev nástrojů některé požadované prvky, např. dusík, uhlík, síru, ale i chróm, bór nebo titan apod.

Charakteristickým znakem chemicko tepelného zpracování ná­strojů je ohřev v prostředí schopném předávat atomy požadovaných prvků a obohacovat jimi povrch zpracovávaných nástrojů. Takto vzniklé povrchové vrstvy jsou velmi stejnoměrné a přestože jsou po­měrně tenké, zvyšují podstatně jakost i životnost nástrojů.

Procesy chemicko-tepelné úpravy povrchů nástrojů jsou:

Nitridování povrchu nástrojů

Sulfonitridování

Nitrocementování

Nauhličování

Difúzní chromování

Bórování

Titanování

Úprava povrchu nástrojů vodní párou

Další způsoby úpravy povrchu nástrojů, teflonování a MoS2

Nitridování

je jedním z nejčastěji používaných způsobů chemicko-tepelného zpracování nástrojů. Je to provozně jednoduchý a po­měrně snadný způsob úpravy povrchu nástrojů, při jejichž tepelném zpracování bylo použito vyšších popouštěcích teplot.

Nitridování nástrojů probíhá nejčastěji v solných lázních obsahu­jících kyanid sodný (NaCN), kyanid draselný (KCN) a určité množství kyanatanů NaCNO a KCNO. K tomuto účelu se  používá sůl NS 350. Nitridovat nástroje, zejména nástroje větších rozměrů, lze však i v plynu. K tomuto účelu se používá čpavku.

Před nitridováním musí být povrch nástrojů kovově čistý a dobře odmaštěný. Před nitridováním v solné lázni se nástroje nejprve předehřívají ve vzduchové lázni až na teplotu asi 400 °C, pak se přenesou do vlastní nitridační lázně NS 350 o teplotě 500 až 590 °C. Při pra­covním pochodu probíhají při oxidaci nitridační lázně následující chemické reakce:

2 NaCN + 2 O₂  = Na₂Co₃ + CO + 2 N

2 KCN + 2 O₂  =  K₂CO₃ + CO + 2 N

Atomární dusík ve stavu zrodu vniká do povrchu nástrojů, kde se slučuje jak se železem, tak i s některými legujícími prvky, zejména s chrómem, molybdenem, hliníkem, vanadem, wolframem apod. na velmi tvrdé nitridy. Jejich vznik můžeme vyjádřit např. těmito chemickými reakcemi:

4 W + N  =  2 W₂N

2 Cr + 2 N  =  2 ON

Zároveň se však atomární dusík může slučovat i s uhlíkem na neméně tvrdé karbonitridy.

Nitridováním se tvrdost povrchové vrstvy nástrojů zvyšuje na HV = 900 až 1 000. Ještě více se však zvětšuje odolnost nástrojů proti otěru a opotřebování. Tvrdost nitridační vrstvy se snižuje teprve po ohřevu nad 600 °C. Aby se zvýšila houževnatost nitridační vrstvy, popouštějí se nitridované nástroje ještě při teplotě 360 až 380 ^CC asi po dobu 1 h. Nejvhodnější podmínky nitridování však závisí na druhu nástrojů i na použité oceli.

Nitridování v praxi:

Povrch nástrojů určených k nitridování musí být jemně broušený a pokud možno vyhlazený. Teplota při nitridování má být asi o 10 až 20 ^CC nižší než byla teplota popouštění nástrojů po jejich zakalení. Obvykle bývá asi 510 až 560 °C. Tloušťka nitridační vrstvy závisí na teplotě a na době nitri­dování. U jemnobřitových nástrojů nemá být tloušťka ni­tridační vrstvy větší než 0,02 mm. Obvykle se nástroje nitridují po dobu 5 až 40 min.

Nitridování nástrojů v plynu je časově mnohem náročnější než nitridování v solné lázni, a proto se v technické praxi mnohem méně využívá. Například nitridování nástrojů vyrobených z rychlořezné oceli do hloubky 0,02 mm trvá při teplotě 520 °C v solné lázni asi 30 min, kdežto v plynu asi 120 min. Proto se v plynu většinou nitri­dují jen takové nástroje, jejichž nitridování v solné lázni je obtížné, např. nástroje velkých rozměrů. Nejčastě ji se v plynu nitridují liso­vací nástroje, formy na lití kovů pod tlakem, zápustky apod. Takové nástroje, nitridované v plynu, mívají životnost o 50 až 100% delší.

Sulfonitridování

Sulfonitridování je dalším způsobem chemicko tepelného zpracování povrchu nástrojů. Používá se solných lázní i plynu.

Při sulfonitridování možno např. použít solných lázní složených z kyanidů a kyanatanů, obdobně jako při nitridování, ale s přísadou asi 2 až 5% siřičitanu sodného. Teplota sulfonitridačních lázní bývá asi 500 až 580 °C při obsahu aktivní síry asi 1 %. Doba sulfonitridování a tím také i hloubka sulfonitridační vrstvy závisí na druhu zpracová­vaného nástroje a použitého materiálu. V lázni se nástroje sulfonitridují obvykle po dobu 30 až 60 min.

Při sulfonitridování nástrojů v plynu se používá čpavku, k němuž se přidávají asi 2% sirovodíku. Teploty a doby jsou stejné jako při nitridování nástrojů v plynu.

Síra přitom difunduje do povrchu nástrojů a má poměrně velkou afinitu k slitinám železa. Proto se také při sulfonitridování nástrojů vylučují na jejich povrchu nejen tvrdé nitridy, ale i sirníky, které pů­sobí jako tuhé mazadlo. Sulfonitridováním se zvyšuje tvrdost povrchu nástrojů a zároveň se snižuje tření při provozu, čímž se zlepšuje i jejich odolnost proti otěru a opotřebení.

Sulfonitridováním nástrojů lze prodloužit jejich životnost v obdob­ném rozsahu jako u nástrojů nitridovaných. U nástrojů pracujících při malém specifickém tlaku se prodloužila jejich životnost až o 200 %.

Nitrocementování

Nitrocementování  je postup chemicko-tepelného zpracování, při němž se povrch nástrojů obohacuje současně uhlíkem a dusíkem. Nitrocementované nástroje je však třeba ještě kalit a popouštět.

Nitrocementace v solné lázni probíhá při teplotě 820 až 860 °C po dobu 10 až 15 min. Při této teplotě se však kyanidy snadno rozklá­dají, a proto se musí lázeň za provozu pravidelně kontrolovat a do­plňovat. Nitrocementované nástroje jednoduchých tvarů se kalí z nitrocementační teploty přímo do oleje asi 60 °C teplého. Nástroje složitých tvarů možno po opláchnutí v solné lázni GS 540 s přísadou asi 5% soli kalit též termálně do solné lázně AS 140 o teplotě asi 180 °C. Po ochlazení na klidném vzduchu se nitrocementované nástroje omyjí v horké vodě a ještě se při teplotě asi 150 °C popustí.

Povrch takto zpracovaných nástrojů s nitrocementační vrstvou tloušťky asi 0,1 mm je velmi tvrdý a odolný proti otěru i opotřebení. Ži­votnost nitrocementovaných nástrojů na dřevo a plastické hmoty vyráběných z rázuvzdorných ocelí složení 0,45 % C; 1 % Si; 1 % O; 2 % W (19 732 a 19 733) se prodloužila až o 200%.

Bórování

Provádí se např. v obalové hmotě složené ze 60% Na₂B₄O₇ a 40 % B₄C. Lze však použít i plynu. Přitom se používá jako nosného plynu vodíku, k němuž se přidává BCl₃. Výhodné je též elektrolytické bórování. Lázeň má složení 70% Na₂B₄0₇ a 30% NaCl. Teplota lázně bývá 940 až 950 ^CC a doba bórování bývá obvykle asi 3 h.

elektrolytické bórování

 Popis obrázku

1. nástroj
2. grafitová elektroda
3. elektrolyt
4. měřící přístroj
5. transformátor s usměrňovačem
6. regulační transformátor
7. termočlánek
8. kelímek
9. kompenzační vedení

Kovově čisté a dobře odmaštěné nástroje se ponořují do lázně jako katoda. Optimální proudová hustota bývá asi 0,1 až 0,2 A cm^-2 , při napětí stejnosměrného proudu 6 až 12 V. Za těch­to podmínek se dosahuje tloušťky bóro váné vrstvy asi 0,1 až 0,2 mm.

Atomární bór vniká ve stavu zrodu do povrchových vrstev a vlivem difúze vy­tváří na povrchu uhlíko­vých ocelí boridy FeB a Fe₂B. U slitinových ocelí pak vytváří složité boridy jak se železem, tak i s le­gujícími prvky. Při tom nastává zajímavý jev difúze atomu uhlíku do jádra nástrojů a některých legujících prvků opět z jádra do povrchových vrstev. Bórované nástroje se pak ještě kalí a popouštějí obvyklým způsobem podle druhu použité oceli.

Úprava povrchu nástrojů bórováním je velmi výhodná, protože zvětšuje tvrdost povrchových vrstev i jejich odolnost proti otěru a opo­třebení, a to jak za normální, tak i za zvýšené teploty. Bórování může být využito jak u nástrojů pracujících za studena, tak i u nástrojů pracujících za tepla.

Tvrdost povrchových vrstev bórovaných nástrojů je poměrně velká, protože mikrotvrdost boridů bývá HV = 1 800 až 2 200 a tvrdost složitých boridů s karbidotvornými prvky bývá ještě větší. Bórováním se životnost nástrojů prodlužuje o 100% i více.