Czym różni się azotowanie stali od jej nawęglania?

Stal to materiał o uniwersalnym charakterze stosowany w wielu gałęziach przemysłu. Wymaga on jednak przeprowadzenia odpowiedniej obróbki cieplno-chemicznej, która pozwala uzyskać konieczne parametry, na przykład w zakresie twardości czy odporności na ścieranie. Ogromne znaczenie ma tu utwardzenie wierzchniej warstwy materiału, do czego wykorzystywane są procesy nawęglania i azotowania.

Metody i charakterystyka nawęglania

Jak wskazuje nazwa, nawęglanie jest procesem obróbki stali, w którym powierzchnia materiału ulega nasyceniu węglem. Znajduje zastosowanie w przypadku stali niskostopowych niskowęglowych (o zawartości węgla nieprzekraczającej 0,25%) niskiej jakości. Proces ten przeprowadzany jest w temperaturze 900-950 st. Celsjusza, natomiast twardość po obróbce wynosi 700 HV. Czas prowadzenia nawęglania to około 8-12 godzin. Zastosowanie nowoczesnych rozwiązań nawęglania opartego na technice próżniowej, jakie oferuje firma Hart-Tech, pozwala znacząco skrócić ten proces. Uzyskana powłoka nie ma przy tym własności antykorozyjnej i wymaga przeprowadzenia dalszej obróbki cieplnej w postaci hartowania oraz dopuszczania niskiego. Kolejność ma znaczenie, ponieważ stal niskowęglowa przed nasyceniem węglem nie zahartuje się powierzchniowo.

Po nawęglaniu przeprowadzane są dwa hartowania, każde w innej temperaturze austenityzowania. Najpierw jednak materiał jest studzony do temperatury pokojowej. Pierwsze hartowanie ma miejsce po austenityzowaniu w temperaturze 30-50 st. Celsjusza i nosi znamiona wyżarzania normalizującego. Drugie przeprowadzane jest również w temperaturze w zakresie 30-50 st. Celsjusza, ale niższej niż w pierwszym hartowaniu. Pozwoli to zmniejszyć wielkość ziarna w stali, które podczas nawęglania nadmiernie się rozrosło. Stal nawęglana charakteryzuje się plastycznym rdzeniem oraz twardą, odporną na ścieranie powłoką zewnętrzną. Wśród powszechnie stosowanych metod wyróżnić możemy nawęglanie: w proszkach, gazowe, ośrodkach ciekłych, w złożach fluidalnych, próżniowe oraz jonizacyjne.

Azotowanie konwencjonalne i niskociśnieniowe

W azotowaniu, analogicznie do nawęglania, pierwiastkiem nasycającym jest azot. Ten proces obróbki znajduje zastosowanie przy wysokiej jakości stalach stopowych. Prowadzony jest w temperaturze 500-580 st. Celsjusza (azotowanie konwencjonalne), co zapewnia odpowiednią intensywność dyfuzji atomów azotu. Czas trwania azotowania uzależniony jest od tego, czy wykonywane jest ono krótkookresowo, czy długookresowo – w pierwszym przypadku zajmuje kilka godzin oraz kilkadziesiąt w drugim. Warstwa uzyskana w procesie azotowania nie musi być gruba, ponieważ poddawana mu stal sama w sobie jest wysokiej jakości i obróbka ma jedynie poprawić jej własności w zakresie twardości i odporności na ścieranie.

W przeciwieństwie do nawęglania tutaj materiał najpierw poddawany jest obróbce cieplnej i dopiero po niej azotowany. Inaczej mógłby pęknąć podczas hartowania w wyniku powstających naprężeń. Ta kolejność oznacza ponadto, że nie są konieczne specjalne warunki hartowania. Natomiast wysokie odpuszczanie jest niezbędne, by wywołać efekt twardości wtórnej. Na koniec warto zaznaczyć, że wyróżnić możemy dwa rodzaje azotowania: konwencjonalne oraz niskociśnieniowe w warunkach zbliżonych do warunków próżni.