La carburació és una tècnica d'enduriment superficial d'ús comú dissenyada per augmentar el contingut de carboni a la superfície dels components metàl·lics, millorant així la seva duresa, resistència al desgast i resistència a la fatiga. Aquest procés és especialment adequat per a components que requereixen una gran duresa superficial, com ara engranatges, coixinets i passadors del pistó.
Passos bàsics del procés de carburació
Tractament previ:
Neteja: Netegeu la superfície dels components metàl·lics per eliminar òxids, oli i altres impureses per garantir l'eficàcia del procés de carburació.
Calefacció: Escalfeu els components metàl·lics a un rang de temperatura adequat, normalment entre 850 i 950 graus, per permetre que la font de carboni es difongui eficaçment a la superfície metàl·lica.
Carburant:
Addició de carboni: Col·loqueu els components metàl·lics en un ambient que contingui una font de carboni. Les fonts de carboni habituals inclouen gasos que contenen carboni (per exemple, metà), fonts de carboni sòlid (per exemple, carboni en pols) i fonts de carboni líquid (per exemple, carbur de calci). Aquestes fonts de carboni alliberen àtoms de carboni a altes temperatures, que es difonen a la superfície metàl·lica.
Difusió: A altes temperatures, els àtoms de carboni es difonen a la superfície del metall i penetren al metall, formant una capa superficial rica en carboni.
Refrigeració:
Apagat: Refredar ràpidament els components metàl·lics carburats per augmentar la duresa. Normalment, s'utilitza aigua, oli o aire com a mitjà d'extinció.
Temperament: Per alleujar les tensions internes generades durant el refredament i optimitzar encara més la duresa i la tenacitat, els components metàl·lics solen sotmetre's a un tremp. Aquest procés consisteix a escalfar els components a una temperatura més baixa (al voltant de 150 a 200 graus) i després refredar-los lentament.
Característiques i avantatges del procés de carburació
Augment de la duresa superficial: La carburació augmenta significativament la duresa superficial dels components metàl·lics, fent-los més resistents al desgast i la corrosió.
Resistència a la fatiga millorada: La capa carburada millora la resistència a la fatiga del component en condicions de càrrega elevada.
Resistència a l'impacte millorada: Els components sotmesos a tractament de trempada i temperat presenten una millor resistència a l'impacte, adequats per a aplicacions de càrrega d'alt impacte.
Aplicacions
Indústria de l'automoció: S'utilitza per a engranatges, cigonyals, arbres de lleves, etc., per millorar la seva resistència al desgast i durabilitat.
Fabricació de maquinària: S'aplica a peces d'alta càrrega i fricció, com ara coixinets, engranatges i eines.
Indústria aeroespacial: Millora la duresa superficial i la resistència a la fatiga dels components per suportar les dures condicions de funcionament.
La carburació millora eficaçment el rendiment dels components metàl·lics, fent-los adequats per a aplicacions d'alta demanda.
Defectes comuns i remeis en la carburació
1. Partícules de carbur grans o en xarxa en capa carburada
Causes: Alta concentració de carboni superficial.
Addició excessiva de carboni en la cementació de gas.
Sobreenriquiment de carboni en carburació en atmosfera controlada.
Alt contingut de cianur en banys de cementació líquida.
Refredament lent després de la cementació.
Remeis:
Redueix la concentració de carboni a la superfície, controla l'addició de carboni durant la difusió i ajusta la humitat.
Disminuir la quantitat d'additius de carboni en la cementació sòlida.
Reduir el contingut de cianur en la cementació líquida.
Accelera el refredament després de la cementació o augmenta la temperatura i el temps d'extinció.
Utilitzeu un apagat múltiple o normalitzeu abans de l'extinció, seguit d'un tremp a alta temperatura.
2. Austenita residual excessiva
Causes:
Austenita estable amb elements d'alt carboni i aliatges.
Tremp inadequat, donant lloc a austenita estable.
Refredament lent després del temperat.
Remeis:
Mantenir una concentració de carboni superficial adequada.
Baixeu la temperatura d'extinció o torneu a escalfar per apagar.
Tremp a baixes temperatures seguit d'un refredament ràpid.
Torneu a escalfar i apagar de nou o realitzeu un temperat a alta temperatura seguit d'un apagat.
3. Descarburació superficial
Causes:
Baix potencial de carboni en el gas durant les etapes posteriors de la cementació del gas.
Refredament lent després de la cementació sòlida.
Temps de refrigeració per aire estès després de la carburació.
Falta de protecció durant la refrigeració o atmosfera de gas inadequada en forns d'aire.
Remeis:
Complement de la cementació amb un potencial de carboni adequat.
Realitzeu un granallat després de l'extinció.
Permet un marge de mòlta en peces més grans.
4. Formació de Bainita Negra després de l'extinció
Causes: alt contingut d'oxigen en el medi cementant, donant lloc a la formació d'òxids.
Remeis:
Controlar el contingut d'oxigen a l'atmosfera del forn.
Utilitzeu el granallat com a remei.
Millorar la capacitat de refrigeració del medi d'extinció.
5. Excés de ferrita al nucli, resultant en una duresa baixa
Causes:
Baixa temperatura d'extinció.
Temps de retenció i velocitat de refredament insuficients durant l'extinció del reescalfament.
Presència de productes de descomposició de ferrita o austenita no dissolts al nucli.
Remeis:
Torneu a escalfar i apagueu segons els procediments estàndard.
Augmenta la temperatura d'extinció i el temps de retenció.
6. Profunditat de carburació insuficient
Causes:
Baixa temperatura del forn i temps de retenció curt.
Baix contingut de carboni dels agents cementants.
Fuga de gas al forn.
Composició incorrecta del bany de sal o càrrega excessiva al forn.
Oxidació superficial o acumulació de carboni.
Remeis:
Ajusteu la temperatura de carburació, el temps i les quantitats d'agent segons sigui necessari.
Inspeccioneu i mantingueu regularment les condicions del forn.
Assegureu-vos que les peces estiguin netes abans de cementar.
Suplementar la carburació si la capa és massa prima.
7. Profunditat de carburació desigual
Causes:
Temperatura desigual del forn.
Mala circulació de l'atmosfera dins del forn.
Acumulació de negre de carboni a la superfície.
Diferències significatives de temperatura en caixes de cementació sòlides o additius de carboni desiguals.
Taques d'òxid o d'oli superficials.
Rugositat superficial o espai entre parts inconsistents.
Remeis:
Netegeu bé les peces abans de cementar.
Traieu el negre de carboni del forn.
Assegureu-vos un espai uniforme i una fixació adequada de les peces.
Comproveu regularment la uniformitat de la temperatura i les condicions del forn.
8. Baixa duresa superficial
Causes:
Baixa concentració de carboni superficial.
Austenita residual alta.
Formació d'estructures bainítiques.
Temperatures elevades d'extinció que condueixen a un excés d'austenita o a un apagat a baixa temperatura.
Temperatures elevades de temperat.
Remeis:
Suplementar carboni si la concentració és baixa.
Torneu a escalfar i apagueu si hi ha un excés d'austenita residual.
Torneu a escalfar i torneu a apagar si hi ha bainita.
Adherir-se als processos de tractament tèrmic adequats.
9. Corrosió i oxidació superficial
Causes:
Impureses en agents cementants, com aigua o sofre.
Fuga de gas o contaminació en la cementació sòlida.
Protecció inadequada durant el refredament a alta temperatura.
Desoxidació incompleta en banys de sal o escalfament sense protecció en forns d'aire.
Superfícies de les parts brutes.
Remeis:
Controlar la composició dels agents cementants i de les sals.
Inspeccioneu regularment els segells i la neteja dels equips.
Netegeu les peces ràpidament i seguiu les disciplines del procés.
10. Esquerdament de peces carburades
Causes:
Refredament lent que condueix a transformacions de fase desiguals.
Austenita retinguda transformant-se en martensita, causant estrès.
Velocitats de refredament excessives o formes de peces complexes durant l'extinció inicial.
Alt contingut d'aliatge amb elements que afavoreixen la tempabilitat.
Remeis:
Post-carburació de refredament lent per garantir la transformació de fase completa.
Accelerar les velocitats de refredament després de l'extinció per obtenir martensita i austenita residual.
Optimitzar les condicions d'extinció i els processos de tractament tèrmic.
Pre-mecanitza l'excés de material per evitar una deformació excessiva.
11. Fragilització de l'hidrogen en acers d'alt aliatge
Causes:
Alt contingut d'hidrogen a l'atmosfera del forn.
Temperatures de cementació excessives que afavoreixen la difusió de l'hidrogen.
Apagat directe que no permet la difusió de l'hidrogen.
Remeis:
Post-carburització de refredament lent.
Temperament ràpid per sobre dels 250 graus després de l'extinció.
Atureu el subministrament de cementació abans de treure peces del forn i rentar amb nitrogen.
12. Baixa concentració de carboni a la capa de carburació
Causes:
Baix potencial de carboni al forn, baixa temperatura i addició insuficient de carboni.
Coberta de negre de carboni o càrrega excessiva.
Atmosfera desigual del forn i baixa pressió del forn.
Espai insuficient entre parts.
Descarburació durant el refredament.
Remeis:
Comproveu regularment la temperatura del forn i l'addició de carboni.
Assegureu-vos l'atmosfera i la pressió del forn adequats.
Evitar fuites i mantenir un flux d'aire adequat.
Assegureu-vos un espai adequat entre les parts.
13. Gruix excessiu de la capa de carburació
Causes:
Alta temperatura de carburació i temps de retenció prolongat.
Addició excessiva de carboni.
Prova de mostra inexacte.
Remeis:
Ajusteu els paràmetres del procés per evitar un gruix excessiu.
Si el gruix supera les especificacions, pot ser necessari l'arbitratge.