Teräsvalujen kemiallinen lämpökäsittely

Teräsvalujen kemiallisella lämpökäsittelyllä tarkoitetaan valukappaleiden asettamista aktiiviseen väliaineeseen tietyssä lämpötilassa lämmön säilyttämiseksi siten, että yksi tai useampi kemiallinen alkuaine pääsee tunkeutumaan pintaan.Kemiallinen lämpökäsittely voi muuttaa valupinnan kemiallista koostumusta, metallografista rakennetta ja mekaanisia ominaisuuksia.Yleisesti käytettyjä kemiallisia lämpökäsittelyprosesseja ovat hiiletys, nitraus, hiiletys, boorisointi ja metallointi.Valukappaleiden kemiallista lämpökäsittelyä suoritettaessa tulee ottaa kokonaisvaltaisesti huomioon valukappaleen muoto, koko, pinnan kunto ja pintalämpökäsittely.

 

1. Hiiletys

Hiiletys tarkoittaa valun lämmittämistä ja eristämistä hiiletysväliaineessa ja sitten hiiliatomien tunkeutumista pintaan.Hiiletyksen päätarkoituksena on lisätä valun pinnan hiilipitoisuutta ja samalla muodostaa valuun tietty hiilipitoisuusgradientti.Hiilipitoisen teräksen hiilipitoisuus on yleensä 0,1–0,25 %, jotta varmistetaan, että valun ytimellä on riittävä sitkeys ja lujuus.

Hiiletyn kerroksen pinnan kovuus on yleensä 56HRC-63HRC.Hiiltyneen kerroksen metallografinen rakenne on hienoneulainen martensiitti + pieni määrä säilytettyä austeniittia ja tasaisesti jakautuneita rakeisia karbideja.Verkkokarbidit eivät ole sallittuja, ja säilytetyn austeniitin tilavuusosuus ei yleensä ylitä 15–20 %.

Valun ytimen kovuus hiiletyksen jälkeen on yleensä 30HRC-45HRC.Ytimen metallografisen rakenteen tulee olla vähähiilistä martensiittia tai alempaa bainiittia.Massiivista tai saostunutta ferriittiä ei saa olla raerajalla.

Varsinaisessa tuotannossa on kolme yleistä hiiletysmenetelmää: kiinteä hiiletys, nestehiiletys ja kaasuhiiletys.

2. Typpitys

Nitrauksella tarkoitetaan lämpökäsittelyprosessia, jossa typpiatomit tunkeutuvat valun pintaan.Nitraus suoritetaan yleensä Ac1-lämpötilan alapuolella, ja sen päätarkoituksena on parantaa valupinnan kovuutta, kulutuskestävyyttä, väsymislujuutta, puristuskestävyyttä ja ilmakehän korroosionkestävyyttä.Teräsvalujen nitraus suoritetaan yleensä 480-580 °C:ssa.Alumiinia, kromia, titaania, molybdeeniä ja volframia sisältävät valut, kuten nitraseosteinen teräs, ruostumaton teräs ja kuumamuottityökaluteräs, soveltuvat typpitykseen.

Jotta voidaan varmistaa, että valun ytimellä on tarvittavat mekaaniset ominaisuudet ja metallografinen rakenne, sekä vähentää muodonmuutoksia nitrauksen jälkeen, esikäsittely on tehtävä ennen nitrausta.Rakenneteräksille vaaditaan karkaisu- ja karkaisukäsittelyä ennen typpitystä, jotta saadaan tasainen ja hieno karkaistu sorbiittirakenne;valukappaleille, jotka vääristyvät helposti typpikäsittelyn aikana, tarvitaan myös jännitystä vähentävä hehkutuskäsittely karkaisun ja karkaisun jälkeen;ruostumattoman teräksen ja lämmönkestävän teräksen valut voidaan yleensä karkaista ja karkaista rakenteen ja lujuuden parantamiseksi;austeniittiselle ruostumattomalle teräkselle voidaan käyttää liuoslämpökäsittelyä.