Mis on terastorude pinnal karboniseerumise nähtus?

Terastoru pinna dekarburiseerumine viitab nähtusele, kus terastoru kõrgel -temperatuuril kuumtöötlemise protsessis toimuvad selle pinnal olevad süsinikuelemendid keemilises reaktsioonis küttekeskkonnas oleva keskkonnaga (nt hapnik, veeaur, süsinikdioksiid jne) või difundeeruvad ümbritsevasse keskkonda, mille tulemuseks on süsinikusisalduse oluline vähenemine terastoru pinnal.

Dekarboniseerimise mõistmine hõlmab järgmiste põhipunktide mõistmist:

• Dekarburiseerimise olemus:

Kõrgetel temperatuuridel reageerivad süsinikuaatomid keemiliselt ahjus oleva atmosfääriga (nagu hapnik, veeaur, süsinikdioksiid, vesinik), tekitades gaase nagu süsinikmonooksiid või metaan, mis kaob terase pinnalt. See protsess on difusiooni tulemus. Ühelt poolt difundeeruvad aatomid, näiteks ahju gaasis olev hapnik terasesse; teisest küljest difundeeruvad terases olevad süsinikuaatomid väljapoole.

• Dekarbureeritud kihi koostis:

Dekarbureeritud teraskiht koosneb tavaliselt täielikult dekarbureeritud kihist ja osaliselt dekarbureeritud kihist (tuntud ka kui üleminekukiht). Täielikult dekarbureeritud kiht viitab kõige välimisele pinnakihile, kus süsinikusisaldus on langenud äärmiselt madalale või isegi nullile ning metallograafilises struktuuris puudub perliit; osaliselt dekarbureeritud kiht asub täielikult dekarbureeritud kihis, mille süsinikusisaldus on materjali algsest väärtusest madalam, kuid mitte täielikult eemaldatud, saavutades terase normaalse süsinikusisalduse struktuuri. Juhtudel, kui dekarburiseerimine ei ole tõsine, võib mõnikord täheldada ainult osaliselt dekarbureeritud kihti ilma täieliku dekarbureeritud kihita.

• Konkurentsivõime dekarburiseerimise ja oksüdatsiooni vahel:

Dekarburiseerimine ja oksüdatsioon toimuvad sageli samaaegselt ning nende vahel on konkurentsisuhe. Dekarburiseerimiskiht saab tekkida ja seda saab jälgida ainult siis, kui dekarburiseerimiskiirus ületab oksüdatsioonikiirust. Kui oksüdatsioonikiirus on väga kiire, tekib terase pinnale kiiresti raudoksiidi kiht ja see oksiidikiht võib toimida "kilbina", et vältida süsiniku edasist kadu. Sel ajal ei pruugi selge dekarburiseerimiskiht olla makroskoopiliselt jälgitav, kuid materjal on siiski oksüdatsiooni tõttu kahjustatud.

Pinna dekarburiseerimine võib oluliselt negatiivselt mõjutada terastorude jõudlust:

• Mehaaniliste omaduste vähenemine:

Pinna süsinikusisalduse vähenemine viib otseselt terastoru pinna kõvaduse, tugevuse, kulumiskindluse ja väsimustugevuse olulise vähenemiseni.

• Põhjustab kustutusdefekte:

Karastamist vajavate terastorude puhul hoiab pinna karburiseerimine ära suure-kõvadusega martensiitstruktuuri moodustumise pärast karastamist, mille tulemuseks on ebapiisav pinna kõvadus, pehmete täppide teke ja isegi ebaühtlase mikrostruktuuri muutumise tõttu pragude tekkimine.

• Teenuse jõudluse halvenemine:

Selliste komponentide puhul nagu laagriteras, vedruteras ja tööriistateras, millel on kõrged nõuded pinna jõudlusele, vähendab dekarburiseerimine oluliselt nende peamisi teenindusnäitajaid, nagu kulumiskindlus, kontaktiväsimuskindlus ja punane kõvadus, mis põhjustab komponentide varajase rikke.

Terase dekarburiseerimist mõjutavad tegurid hõlmavad peamiselt järgmist:

• Küttetemperatuur ja -aeg:

Mida kõrgem on küttetemperatuur ja mida pikem on kõrgel temperatuuril veedetud aeg, seda tugevam on dekarburatsiooni tendents. Mõne teraseklassi (nt vedruterase 60Si2Mn) puhul võib aga teatud temperatuurivahemikus (nt 1100–1250 kraadi) olla dekarburiseerimistundlik tsoon ja kõrgematel temperatuuridel võib dekarburiseerimiskihi sügavus tegelikult väheneda.

• Ahju atmosfäär:

Ahju atmosfääri oksüdeeriv omadus on ülioluline. Veeaur, süsinikdioksiid ja hapnik omavad tugevat dekarburiseerimisvõimet. Kuigi süsinikmonooksiidil ja metaanil on muu hulgas teatav süsinikku{2}}rikastav toime.

• Terase keemiline koostis:

Mida suurem on süsinikusisaldus terases, seda suurem on kalduvus dekarburiseerida. Terases olevad legeerelemendid mõjutavad ka dekarburiseerimist erineval määral. Elemendid nagu volfram, alumiinium, räni ja koobalt võivad soodustada dekarburiseerimist, samas kui sellised elemendid nagu kroom ja mangaan aitavad dekarburiseerimist pärssida.

Tegelikus tootmises võetakse dekarboniseerimise vältimiseks ja leevendamiseks tavaliselt järgmised meetmed:

• Optimeerige kütteprotsessi:

Minimeerige kuumutustemperatuuri nii palju kui võimalik ja lühendage kõrgetel temperatuuridel säilivusaega, vältides eriti pikaajalist viibimist terasetüübi dekarburiseerimise{0}}tundlikus temperatuurivahemikus.

• Kütte atmosfääri reguleerimine:

See on kõige olulisem meede. Proovige soojendada neutraalses või kaitsvas atmosfääris (näiteks kontrollitavas lämmastiku{1}}põhises atmosfääris või inertgaasis), vältides otsest kokkupuudet terase ning deoksüdatsiooni- ja dekarburiseerimisgaaside vahel. Teatud olukordades on valikuline protsessistrateegia ka kiire kuumutamine tugevalt oksüdeerivas atmosfääris, et muuta oksüdatsioonikiirus palju suuremaks kui dekarburiseerimiskiirus, ja genereeritud oksiidikihi kasutamine süsiniku sisemise kihi kaitsmiseks märkimisväärse kadu eest.

• Rakendage füüsilise kaitse meetmeid:

Näiteks kandke teraspinnale kaitsekatteid või kasutage vaakumkuumtöötlust jne.

• Töötlemisvaru varu:

Detaili projekteerimisel tuleks varuda piisavalt töötlemisvaru, et järgneva mehaanilise töötlemise käigus saaks dekarbureeritud kihi täielikult eemaldada.