KURZUS: Anyagismeret

MODUL: Egyensúlyitól eltérő átalakulások, hőkezelés

19. lecke: Felületi hőkezelések

|  | A felületi hőkezelések célja A felületi hőkezelések áttekintése az edzhetőség feltételei alapján A felületi edzés lényege A lángedzés elve, alkalmazása Az indukciós edzés lényege, alkalmazása, előnyei, hátránya A kontúredzés lényege, alkalmazási lehetősége Elektronsugaras kezelések Az összetételt változtató hőkezelések elve, a közeg és a darab közötti kölcsönhatás Nitridálás, karbonitridálás elve, alkalmazása, a nitridált kéreg szerkezete A betétedzés lényege. A cementálás folyamata, a cementált darab jellemzői A cementálást követő hőkezelések Gőzfázisú bevonatolás lényege, alkalmazása
|  | A tartalom feldolgozása a következő követelmények teljesítését segíti:
|  | jellemezni a felületi hőkezeléseket megadni a felületi hőkezelések célját jellemezni a láng- és az indukciós edzést jellemezni a nitridálás és a cementálás folyamatát
|  | Felületi hőkezelések
|  | A gyakorlatban sokszor merül fel az az igény, hogy az alkatrész a kopásnak kitett felületén legyen kemény, kopásálló, a magja pedig legyen szívós. A járműiparból vett példával élve egy állócsap vagy gömbcsap legyen hosszú ideig mérettartó (kopásálló), de egy ütközés során ne törjön el, hanem deformálódva de, maradjon a helyén. Ez az elvárás a kemény kopásálló felület (kéreg) és szívós mag felületi edzéssel vagy egyidejűleg alkalmazott hő-és vegyi hatásokkal érhető el.
|  | Így megkülönböztetünk:
|  | összetételt nem változtató felületi edzéseket összetételt változtató kérgesítő eljárásokat
|  | A felületi hőkezelések áttekintése az edzhetőség feltételei alapján
|  | A felületi edzések alapelve az, hogy az edzéshez szükséges 3 feltétel közül mindhárom, csak a kéregben teljesül
|  | Ha az 1. feltétel nem teljesül a magban, C > 0,2 % összetételű anyagot csak a felületen hevítjük fel, és hűtjük v > vfkr sebességgel. Ez a felületi edzés, pl. láng vagy indukciós edzés. Ha a 3. feltétel nem teljesül mert C < 0,2%, akkor a felületen megnöveljük a C tartalmat, és azután edzünk. Ez a betétedzés.
|  | A kitűzött célt úgy is elérhetjük, hogy a felületbe diffundáltatunk valamilyen elemet pl. N vagy B, mely vegyületet képezve növeli a felületi keménységet.
|  | Az acél összetételét nem változtató felületi kezelések. Felületi edzések
|  | A felületet meghatározott mélységig T > Ac3 hőmérsékletre hevítik, és onnan a vfkr-nél gyorsabban hűtik.
|  | A kéregvastagságnak megfelelő mélységű hevítéshez rendkívül nagy hevítési sebességet (500-1000 C°/sec) kell elérni, amely csak nagy felületi teljesítménnyel lehetséges (1000-10000 W/cm2). A kéreg hevítése közben a mag hőmérséklete és szövetszerkezete nem változik.
|  | A nagy hőteljesítmény, a gyors hevítés acetilén - oxigén gázlánggal vagy indukciós hevítéssel elektronsugárral, lézerrel valósítható meg.
|  | Lángedzés
A rajzon sötét színnel jelzett kéreg az edzett. |  |
1. ábra. A lángedzés elve
(1. munkadarab, 2. égősor, 3. a hűtőfej)
|  | A darab felületét nagyteljesítményű gézégőkkel hevítjük, majd vízzel hűtjük. A kéregvastagság 1,0-5 mm
|  | A technológia lehet szakaszos (a teljes felület hevítése majd hűtése) vagy folyamatos (az égőfej, vagy a darab mozog, és folyamatos a hűtés).
|  | A hőmérséklet eloszlást a szelvényben az időegység alatt felvett teljesítmény és a darab hővezető képessége befolyásolja. Nagyobb hőmérsékletű lánggal (acetilén - oxigén a lánghőmérséklet kb. 3000 C°) gyorsabb felmelegedés érhető el, és mivel kevesebb idő van a hő elvezetésére a kéreg vékonyabb lehet. A hűtés vízzel történik, melynek hűtőhatása műanyag bázisú adalékokkal szabályozható.
|  | A kezelt darabban nagy belső feszültségek maradnak vissza ezért 150 -200 C°-on meg kell ereszteni.
|  | A lángedzés alkalmazása: pl. nagyméretű fogas- és lánckerekek, kötélhornyok, tengelyek, eszterga szánvezetékek, csúszólapok, forgattyústengely csapok stb. A lángedzés annál gazdaságosabb, minél kisebb az edzendő felület az összfelülethez képest.
|  | Előnye, hogy egyszerű, olcsó, így kis darabszám esetén is gazdaságos lehet. Hátránya, hogy a kéregvastagság nem lehet kisebb, mint 1 mm és nem szabályozható pontosan.
|  | Indukciós edzés
|  | Az indukciós hevítés elvi alapja az, hogy egy váltóárammal átjárt vezető erőterébe helyezett acél a benne fellépő mágneses (hiszterézis) és villamos (örvényáram) veszteségek miatt felmelegszik.
|  | A hűtés vízzel, vagy vizes oldattal történik.
A jelenség frekvencia függő. Minél nagyobb a frekvencia annál kisebb a felmelegedő kéreg vastagsága (szkin effektus). |  |
2. ábra. Az indukciós edzés elve
|  | Használatos frekvenciák: középfrekvencia 2500-10000 Hz 1-3 mm-nél vastagabb kéreghez nagyfrekvencia 3 mm-nél vékonyabb kéreghez A darabokat az indukciós edzés után 150-180 C°-on meg kell ereszteni.
|  | Az indukciós edzés jellemzői
|  | Előnye: gyors, revementes, pontosan szabályozható, automatizálható, mind a kéregvastagság, mind a kéregkifutás tekintetében. Hátránya: nagy beruházási költség, mely csak nagy darabszám esetén teszi gazdaságossá. Alkalmazás: fogaskerekek, bordástengelyek, gépjármű alkatrészek pl. vezérmű tengely bütykök, forgattyústengely csapok, kormánygömbcsapszeg stb. Indukciós edzésre csak a 0,35%-nál nagyobb karbontartalmú acélok alkalmasak.
|  | Fogaskerekek indukciós edzése
3. ábra. A frekvencia hatása fogaskerék összfogedzésén bemutatva
|  | Az összfogedzésnél az induktor tekercs körülveszi a fogaskereket.
|  | Az összfogedzés esetén az induktorba helyezett fogaskereket álló vagy forgó helyzetben edzési hőmérsékletre hevítjük és azután megfelelő hűtőközeggel leeddzük. Ez a módszer a kisebb kerekek edzésére alkalmas.
|  | Az edzett kéreg alakja befolyásolható az áramparaméterekkel (áramerősség, feszültség, idő stb.) A nagyfrekvenciás kezelésnél a kéreg vékony követi a fogprofilt.
|  | A kis frekvencia alkalmazásakor az egész fog beedződik.
4. ábra. Összfogedzés
5. ábra. A fogoldal edzése
|  | A fogoldaledzés módszerével a fogaskerekek fogait egyenként előtolással eddzük. Ez a módszer nagy igénybevételű fogaskerekek kérgesítésére alkalmas elsősorban. A fejkör és a lábkör lágyan maradt!
6. ábra. Fogankénti edzés
|  | A fogankénti edzés során az induktor csak egy fogat vesz körül. A darabot forgatni kell. Ebben az esetben a fejkörön nem keletkezik kéreg.
|  | Kontúr edzés
|  | A járműipar igen nagy mennyiségben igényli a fogaskerekeket ill. olyan alkatrészeket, amelyeknek kemény kéreggel és szívós maggal kell rendelkezni. A gyártási költségek csökkentése érdekében minimalizálni kell a felületi hőkezeléseket követő megmunkálásokat. Ennek feltétele, hogy a darabok méretváltozása a hőkezelés során minimális legyen és a minőség a lehető legegyenletesebb legyen. Ennek az igen szigorú elvárásnak a teljesítésére dolgozták ki a kettős frekvenciás mikro impulzus kontúr edzési eljárást.
A kettős frekvencia hátránya a berendezés magas ára. |  |
7. ábra. A kontúr és a hagyományos edzés idő-hőmérséklet diagramjának az összehasonlítása
|  | A diagram vízszintes tengelyén az idő, függőleges tengelyén a hőmérséklet van feltüntetve. A kontúr edzés esetében az első kisfrekvenciával (itt 3 kHz) végzett hevítés az előmelegítésre szolgál. Ezt követően nagy frekvenciával (210 kHz) a készre hevítést végezzük.
|  | A jobb oldali ábra a hagyományos indukciós edzést mutatja. Itt egyféle frekvenciával történik a darab felhevítése, majd a gyors lehűtése.
|  | A kontúr edzés egy frekvenciával, az egyes szakaszokban a teljesítmény változtatásával is megvalósítható.
8. ábra. A teljesítmény szabályozásával megvalósított kontúr edzés
|  | A nagyon költséges berendezés helyett alkalmazható a teljesítmény szabályozás is. Ebben az esetben a darabot pl. a fogaskereket behelyezik az induktorba, és a teljesítmény szabályozásával valósítják meg az előmelegítést, a készre hevítést sőt a megeresztést is.
9. ábra. A kontúr edzés folyamata
|  | Megeresztés
|  | A hagyományos indukciós edzés esetében a megeresztés kemencében végzik 150-180 C°-on legalább egy órás hőntartással.
|  | Az időigényes megeresztés kiváltására két eljárás használható.
|  | Ezek:
|  | "ön-megeresztés" vagy megeresztés a visszamaradó hő segítségével Az "önmegeresztés" csak nagyobb méretű darabok esetében alkalmazható. Azt jelenti, hogy a darabot edzéskor nem hűtjük le teljesen, hanem csak egy nagyon rövid ideig hűtjük. Ezt követően a felhevített kéreg belsejéből kifelé áramló hő a martenzitesre edződött kérget megereszti. Indukciós megeresztés esetén egy induktorban csökkentett teljesítménnyel kezeljük a darabot. A hőmérséklet magasabb, mint a hagyományos megeresztésnél kb. 400 C°, ez azért kell, hogy a diffúziós folyamatok a rövid idő alatt is le tudjanak játszódni. indukciós megeresztés
10. ábra. Indukciósan edzett darabok
11. ábra. Indukciósan edzett féltengely
|  | A darab középfrekvenciásan edzett. A kép felső része a hosszmetszet, a középső keresztmetszet, míg az alsó kép azt mutatja, hogy az indukciós edzésnél befolyásolni tudjuk az edzett kéreg alakját is.
|  | Nagy energiájú forrásokkal végzett kezelések
|  | Lézer, plazma és elektronsugárzás felhasználásával nagyobb, mint 104 W/m2 felületi teljesítmény érhető el, vagyis a szokásos hőforrásoknál 1000-10000-szer nagyobb. Ilyen energiaforrásokat felhasználva az acélok felületkezelésére az eddig tárgyalt eljárásokhoz képest lényegesen kedvezőbb jelenségek játszódnak le, és ennek következtében eddig nem észlelt anyagtulajdonságok alakulnak ki.
|  | Jellemzőik:
|  | Az ütközési pontban a legnagyobb az energia sűrűség. A hevítés sebessége 106-108 K/sec. A sugár nagyon pontosan szabályozható, automatizálás szükséges. A felhevített térfogat nagyon kicsi, a kezelt és az alapanyag közötti nagy hőmérséklet-gradiens miatt igen gyors a lehűlés, ami ultrafinom martenzit képződését eredményezi. A nagyon magas hőmérsékleten nagyon intenzív a diffúzió, ezért lehetséges a felület átolvasztása illetve ötvözése. Megnő a pont és a vonalszerű rácshibák száma, a kiválások nagyon finomak lesznek. A több szilárdságnövelő mechanizmus együttes eredménye a szuperkeménység.
|  | Elektronsugaras kezelés
|  | Az elektronsugaras kezelés során a vákuumkamrában elhelyezett darab felületet tekercsekkel fókuszált elektronsugárral kezelik.
Az átolvasztás argon védőgáz alatt a munkadarab és egy wolfram elektróda között húzott ívvel is elvégezhető. |  |
12. ábra. Öntöttvas vezérműtengely átolvasztása elektronsugárral
|  | Az szürke töretű, lemez vagy gömbgrafitos öntöttvasból készült vezérműtengelyeket elektronsugár segítségével átolvasztják. A jól fókuszált elektronsugár kis térfogatban megolvasztja a fémet és a bütyök nagy tömegének hőelvonása hatására a gyorsan hűlt rész karbidosan fog kristályosodni, azaz kemény, kopásálló lesz. Az első ábrán az elektronsugár vezetése "útja" figyelhető meg. A második a kezelt felületet mutatja, míg a harmadik az átolvasztott bütyök szövetét. (A fehér rész a karbidosan kristályosodott kemény, kopásálló rész.)
|  | Elektronsugaras edzés
Az elektronsugaras edzéssel kezelt darabok felülete nem igényel utólagos megmunkálást. |  | Az elektronsugaras edzés során a vakuumkamrában elhelyezett darab felületet tekercsekkel fókuszált elektronsugárral kezelik. Az eljárás hasonló a felületi edzéshez, csak ebben az esetben nincs szükség külön hűtőközegre. A keletkező martenzit finom, keménysége az ausztenitben oldott karbon mennyiségétől függ.
|  | Az elektronsugaras felületedzés folyamatát nemcsak az edzés, de a hevítés periódusában is rendkívül nagy sebességek (103-107 K/s) jellemzik. Ebből következik, hogy a homogén austenites állapot eléréséhez jóval magasabb hőmérsékletre van szükség, mint hagyományos hevítési sebességek esetén. A perlit-grafitos öntöttvasak felületedzése során a grafit változatlan marad a martensitesre edzett mátrixban, s rendkívül kedvező súrlódási-kopási viszonyokat eredményez.
|  | A vezérműtengelyek elektronsugaras edzése során a megfelelő kopásállóság érdekében a bütyköket kb. 0,5 mm mélységben martenzitesre kell edzeni. Az edzett kéreg kopásállósága abban az esetben megfelelő, ha a felületi keménysége 600-700 HV (55-60 HRC) között van. Ez abban az esetben érhető el, ha a fémmátrix martenzit. Meg kell jegyezni, hogy a martenzit keménysége annak az ausztenitnek a karbontartalmától függ, amelyikből keletkezik.
13. ábra. Az edzett kéreg alakja, a kéreg szövetszerkezete
14. ábra. Elektronsugarasan kezelt darab felülete
|  | Az összetételt változtató termokémiai kezelések
|  | A termokémiai kezelések célja az acél felületén meghatározott mélységig valamilyen fémes vagy nemfémes elem koncentrációját megnövelni (a felület ötvözése), és így a kéreg tulajdonságát a kívánt módon megváltoztatni. Az eljárások célja lehet mechanikai-, hő-és vegyi hatásokkal szembeni ellenállás növelése. A legtöbb esetben azonban a cél a felület kopásállóságának és a munkadarab kifáradással szembeni ellenállásának növelése a kemény kéreg és szívós mag biztosításával.
|  | A felület ötvözésére különféle termokémiai eljárások terjedtek el, amelyekkel leggyakrabban karbont és nitrogént, ritkábban bórt, krómot, alumíniumot, szilíciumot juttatunk diffúzió útján az anyag felületébe.
|  | A kéreg vastagsága az eljárás jellegzetességétől, a darab méretétől függően betétedzés, nitrocementálás esetében kb. 0,1-2 mm, karbonitridálásnál kb. 20 μ m.
|  | A felület ötvözéséhez szükséges elemet a darabot körülvevő közeg biztosítja. A közeg feladata, hogy a felülettel kölcsönhatásba lépve, azt valamilyen elemmel feldúsítsa.
|  | A kölcsönhatás három részfolyamatra bontható:
|  | Nitridálás, karbonitridálás
|  | A nitridálás célja az acél felületébe nitrogén bejuttatása, amely a felületen kemény kopásálló, korrózióálló, a kifáradással szemben ellenálló kérget hoz létre anélkül, hogy azt edzeni kellene. A darabot a kezelés megkezdése előtt a legtöbb esetben nemesítik A karbonitridálás esetében a nitrogénnel egyidejűleg karbon is diffundál a felületbe, aminek hatására a nitrideken kívül kemény karbonitridek is keletkeznek. A nitridáló közeg általában ammónia, és mivel a nitrogén a ferritben jobban oldódik. A kezelés hőmérséklete 500-600 C°. A kemencetérbe bevezetett ammónia az acél felületén alkotóira bomlik. A kezelési idő 30-40 óra Gáznitridálásra nitridképző ötvözőkkel ötvözött acélokat használunk.
|  | Ilyen ötvözők a Cr, az Al a Mo és a V Az elérhető felületi keménysége 62-67 HRC.
|  | Nitridált kéreg
|  | A nitridált kéreg szerkezete
15. ábra. Nitridált kéreg
|  | A nitridált kéreg vastagsága 0,2-0,8 mm A kéreg szerkezete nem egységes. A felületen egy néhány mikron vastagságú vegyületi réteg "fehér kéreg" található. Ezt a vegyületi réteget vas és ötvöző nitridek alkotják. Alatta a befelé haladó nitrogén diffúziós frontnak megfelelően, élesen elválasztva a diffúziós zóna van.
|  | Karbonitridálás, nikotrálás
|  | A gyakorlatban elterjedtebben alkalmazott a karbonitridálás (nikotrálás), ahol a közeg 50% ammónia és 50% cementáló gáz. A kezelés hőmérséklete 570 C° ideje 3-4 óra. A kéreg két részből áll: 10-20 μ m vastagságú vegyületi kéreg (nitridek), alatta 0,3-0,5 mm nitrogénben dús diffúziós zóna.
|  | A nitridálást, nikotrálást koptató hatásnak és ismételt igénybevételnek kitett alkatrészeknél használják. pl. motor főtengelyek, szelepemelő himba, vezérmű tengelyek, fogaskerekek, kipufogó szelepek, bordástengelyek stb. A vegyületi zóna 300 C°-ig még szárazfutás esetén is kopásálló. A diffúziós réteg nagy nitrogéntartalmú és a martenzites kéreghez hasonlóan kopásálló, annak ellenére, hogy a keménysége kisebb.
16. ábra. Nikotrált kéreg
|  | Betétedzés
|  | Mint a felületi hőkezeléseknél általában a betétedzésnél is a cél a kemény, kopásálló, ismételt igénybevételnek jól ellenálló kéreg és a szívós mag biztosítása. A betétedzést jelentős nyomó-, hajlító- és csavaró igénybevétellel terhelt, nagy fajlagos felületi terheléseket átvivő alkatrészek (fogaskerekek, csapszeg stb.) kezelésére használják.
|  | A betétedzés lényege, hogy a kis C tartalmú, nagyon szívós acélok felületi rétegét karbonnal dúsítják, majd az ily módon a kérgében edzhetővé vált darabot edzik.
|  | A betétedzés = cementálás + edzés
|  | Cementálás
|  | A cementálás során az alkatrészt karbont leadó közegben 850-930 C°, ma egyre magasabb gyakran 950-970 C°-on izzítjuk.
|  | A cementálás két részfolyamatból áll. A karbon atomok a cementáló közegből az ott lejátszódó reakciók következményeként az acél felületére mennek, ott megtapadnak, majd diffundálnak az anyag belsejébe.
|  | A cementáló közeg lehet: szilárd (faszén, csontszén, koksz), folyékony (sófürdő + karbont leadó anyag) vagy gáz. Ipari körülmények között már csak a gázcementálásnak van jelentősége.
|  | A gáz cementáló szerek hatóanyaga CO vagy szénhidrogén vegyület, pl. metán, propán toluol, éter vagy hasonlók. A szobahőmérsékleten cseppfolyós szénhidrogéneket gőz alakban juttatják a cementáló térbe úgy, hogy valami alkalmas hordozógázt 15-25% szénhidrogénnel telítünk. A hordozógáz lehet semleges hatású pl. nitrogén, lehet maga is karbonizáló pl. CO, de lehet dekarbonizáló is pl. hidrogén, vagy nitrogén-hidrogén-szénmonoxid gázkeverék.
|  | Azok a cementáló közegek, amelyeknek a CO a hatóanyaga enyhén karbonizálnak, amelyekben pedig szénhidrogének vannak erélyesen hatnak. Arról van szó ugyanis, hogy a CO-ból bizonyos idő alatt kevés C adszorbeálódik a darab felületén, hogy oldódhassék az ausztenitben, míg a szénhidrogénekből lényegesen több. A CO-ból átvett kevés karbon befelé diffundál, mégpedig olyan gyorsan, hogy a felületi rétegben megmaradó legnagyobb karbon tartalom idővel csak lassan nő. A szénhidrogének időegység alatt sok karbont adnak át a cementálandó darab felületén, úgyhogy az nem tud eldiffundálni befelé. Enyhén ható cementáló szerben hosszú idő alatt is aránylag kis C tartalmú, mély kérget kapunk, erélyes cementáló szerben pedig rövid idő alatt is nagy C tartalmú, de sekély kérget. A nagy felület közeli C tartalmat diffúziós izzítással tudjuk csökkenteni, ami a kéregvastagságot is növeli. A cementálás hőmérséklete a kéreg legnagyobb karbon tartalmát, de természetesen a diffúziót is befolyásolja.
A hagyományos gázcementáló eljárásoknál a kisebb méretű fogaskerekekre szokásosan előírt 0,5-0,9 mm kéregvastagság eléréséhez a kezelési idő a hőmérséklettől függöen 6-8 óra. A kezelés utolsó órájában általában diffúziós izzítás történik a felületi nagy karbontartalom, ezzel a szekunder cementit háló elkerülése érdekében. |  |
17. ábra. A cementálás hőmérsékletének és az időnek a hatása a kéreg vastagságára és karbon tartalmára
|  | A hagyományos cementálás legnagyobb hátránya a hosszú kezelési idő. Ez egyrészt gazdaságtalan, másrészt az ausztenit a hosszú cementálási idő alatt eldurvulhat, (kivéve finomszemcsés acélok) ami kedvezőtlen tulajdonságú kérget és magot eredményezhet.
|  | A probléma megoldására dolgozták ki a kisnyomású (vakuum cementálás) cementálást.
|  | A kisnyomású cementálás 1-18 mbar vakuumban történik. A cementáló gáz propán.
|  | A kemencében termikus bomlással egy propán molekulából 3 aktív C atom képződik.
|  | A cementálandó adaggal megrakott 10-100Pa nyomású, a cementálás hőmérsékletére felhevített (a kezelés hőmérséklete 960-970 C°) vakuum kamrába propánt vezetnek A gáz bevezetésével a nyomás. 500 Pa-ra nő. A propán adagolásával a nyomást úgy állítják be, hogy a magas cementálási hőmérsékleten a darabok felülete karbonnal túltelítődjék. A cementálást diffúziós izzítás követi, amelyben a nyomás 10-100Pa-ra való csökkentésével elérik az előírt felületi karbon tartalmat. A cementálást és a diffúziós izzítást többször megismétlik azzal a megjegyzéssel, hogy a telítés ideje (cementálás) egyre rövidebb, amíg a diffúziós izzítás ideje egyre hosszabb.
|  | A cementálás és a felület közeli C tartalom csökkenését eredményező diffúziós izzítás váltogatása az egész folyamat alatt egy intenzív kéregnövekedést biztosít, ami mint tudjuk a hagyományos gázcementálás esetén a folyamat előrehaladtával csökken. Így a cementálási és diffúziós szakaszok többszöri ismétlésével az igen rövid 2-3 óra kezelési idő alatt 0,3-0,9 mm kéregvastagság érhető el. További előnye a vakuum cementálásnak a belső oxidáció elkerülése, az igen kis szénhidrogén igény.
|  | Cementálást követő hőkezelések
|  | A cementálást követő edzésnél további gond, hogy a kéreg 0,7-0,9 % C tartalmú, míg a mag kisebb 0,2 %C és így edzési hőmérsékletük eltérő.
|  | A betétedzés céljaként megfogalmazott kemény, kopásálló, fárasztó igénybevételnek ellenálló kéreggel és szívós maggal rendelkező darabot csak akkor tudjuk teljesíteni, ha a darabot további hőkezeléseknek vetjük alá. Ezek az edzés és a megeresztés.
|  | A cementálást követően a darab kérge és magja különböző C tartalmú, ami különböző edzési hőmérsékletet igényel.
18. ábra. A cementált darab kéreg és magszövete
|  | a) kéreg 0,7-0,9 % C tartalmú, (perlit) b) mag kisebb 0,2 %C (ferrit + perlit)
|  | Korábban alkalmazták a kettős edzést, amikor külön történik a "mag edzése" majd ezt követi a kéreg edzése és a megeresztés. A többszöri felhevítés és gyors hűtés gazdaságtalan és jelentős méretváltozásokat okoz.
|  | Cementálást követő hőkezelések
A cementálás hőmérsékletéről a darabot lehűtik 860-880 C°-ra. Mint tudjuk az ausztenit nem lesz finomabb, de a kisebb hőmérsékletről indított hűtés kevesebb elhúzódást eredményez. |  | Ha az acél szemcsedurvulásra nem hajlamos, az edzés a cementálást követően elvégezhető (direkt edzés). Az edzés az acél összetételétől függően - ötvözetlen acélt vízben, ötvözöttet olajban vagy emulzióban - történik. Az edzést 170-180 C°-os megeresztés követi
|  | A vakuum cementálás esetében a darabokat a cementálás hőmérsékletéről a vetemedés csökkentése miatt edzési hőmérsékletre kb. 860 C°-ra visszahűtés után nagynyomású (max. 20 bar) áramló vízzel hűtött nitrogén gázzal hűtik. A nagynyomású, az edző kamrába több helyen egyenletesen bevezetett és folyamatosan áramoltatott nitrogén biztosítja a martenzites szövetszerkezet kialakulásához szükséges felső kritikus lehűlési sebességnél gyorsabb hűtést, azaz a darabok edzését, azok jelentősebb méretváltozása, torzulása nélkül.
|  | Az edzést kishőmérsékletű 160 C°-on 1 órás megeresztés követi.
Példák a betétedzés alkalmazására
19. ábra. Bolygókerék | 1/4
23. ábra. Betétedzett tányérkerék
|  | Az ábrán látható az ötvözött acélból készült tányérkerék egy darabja. (A sötét színű rész a kéreg). A tányérkerekek edzése edzőprésben történik, annak érdekében, hogy a méretváltozás (vetemedés) minimális legyen. Az ábrán feltüntettük a keménység eloszlását a kéreg és a magszövetet is.
|  | Felületi kezelések. Gőzfázisú bevonatképző eljárások
|  | A szerszámok vagy az alkatrészek felületén kemény, kopásálló réteg létrehozására alkalmas eljárás a:
|  | kémiai gőzfázisú bevonatolás CVD fizikai gőzfázisú bevonatolás PVD
|  | Kémiai gőzfázisú bevonatolás CVD
|  | Keményfémlapkák és kerámiák felületi kezelésére 900-1000 C°-on 3-10 μ m vastag, keménysége 2500 HV körüli gyémántbevonat is készíthető
Az aranyszínű TiN a szürke TiC. |  | A CVD eljárást keményfémlapkák és kerámiák felületi kezelésére dolgozták ki.
24. ábra. CVD eljárás
|  | Az eljárás során a reakciótérbe elgőzölögtetett titánkloridot (TiCl4) vezetünk hidrogénnel dúsított atmoszférában. Metán (CH4) hozzávezetésével 900-1000 C°on vákuumban titánkarbid (TiC) és sósav (HCl) keletkezik. A TiC kicsapódik a kamrában elhelyezett tárgyakon, azok felületén 3-10 μ m vastag, ellenálló réteget képezve. A réteg keménysége 2500 HV körüli. A HCl-t a retortából kiszivattyúzzák és semlegesítik. Az eljárás alkalmas karbid, nitrid, borid, oxid, szilicid bevonatok készítésére is. Ezzel az eljárással gyémántbevonat is készíthet.
|  | Fizikai gőzfázisú bevonatolás PVD eljárás
|  | A PVD eljárás során a bevonat nem nagy hőmérsékleten vegyi reakció, hanem alacsony 150-550 C°-on fizikai elvek alapján keletkezik. A leggyakrabban nitrogéndús környezetben titánt gőzölögtetünk (porlasztunk), amely a nitrogénnel TiN-t képez, amely az alacsony nyomású térben elhelyezett tárgyak felületén kicsapódik, jellegzetes aranysárga bevonatot képezve. A TiN keménysége 2000-2500 HV, kopásálló.
|  | Mivel a kezelési hőmérséklet alacsony a módszer alkalmas szerkezeti és szerszámacélok bevonásra is. Az acélok kezelése készre munkált állapotban történik. A módszer hátránya, hogy a bevonat tapadása gyenge. Jobb tapadás érhető el, ha a bevonat anyagát ionizálják, ami azután elektromos erőtér hatására nagy sebességgel csapódik a kezelendő anyag felületébe és annak kristályrácsába is beépül. Ha a kemencében olyan gázatmoszféra van, amely az elgőzölögtetett anyaggal képes vegyületet alkotni, úgy a technológiai paraméterekkel beállításával elérhető, hogy vegyületi réteg alakuljon ki. Hasonló eljárással nagy keménységű Al2O3 bevonat is képezhető.
25. ábra. Bevonatos lapkák
26. ábra. Forgácsolás bevonatos lapkával

|  | Ellenőrző kérdések
| Jelölje meg az egy helyes választ!
| 1. Mi a felületi hőkezelések célja?
| A keménység növelése a teljes keresztmetszetben.
| Kemény, kopásálló kéreg, szívós meg.
| Kemény kopásálló mag, szívós kéreg.
| Az előírt szövetszerkezet biztosítása a felületen.
| 2. Mi a felületi hőkezelések lényege az edzhetőség feltételei alapján?
| A hűtés a kéregben legyen gyorsabb, mint a felső kritikus.
| Az edzhetőség feltételei a kéregben teljesülnek.
| Az edzhetőség feltételei a magban teljesülnek.
| Csak a felületet kell ausztenitesíteni, így csak ott lesz martenzit.
| 3. Mi felületi edzések lényege?
| A C >0,2 % darabot nagy felületi teljesítménnyel, gyorsan hevíteni és lassan hűteni, majd megereszteni.
| A C >0,2 % darabot nagy felületi teljesítménnyel, gyorsan hevíteni és gyorsan hűteni, majd megereszteni.
| A C < 0,2 % darabot nagy felületi teljesítménnyel, gyorsan hevíteni és lassan hűteni, majd megereszteni.
| A C < 0,2 % darabot nagy felületi teljesítménnyel, gyorsan hevíteni és gyorsan hűteni, majd megereszteni.
| 4. Mi jellemzi a lángedzést?
| Egyszerű, olcsó, a kéregvastagság pontosan beállítható.
| Egyszerű, olcsó, kis darabszám esetén is gazdaságos.
| A kéregvastagság nem szabályozható pontosan, csak nagy darabszám esetén gazdaságos.
| Bármilyen bonyolult felület kezelhető, a kéreg pontosan beállítható.
| 5. Mi jellemzi az indukciós edzést?
| A kéregvastagság nem szabályozható pontosan, csak nagy darabszám esetén gazdaságos.
| Csak egyszerű felület kezelhető, a kéreg pontosan beállítható.
| Gyors, revementes, pontosan szabályozható.
| Bármilyen acél kezelhető, nagy a beruházási költség.
| 6. Hogyan befolyásolják a kéregvastagságot indukciós edzésnél?
| A frekvencia növelése a kéregvastagságot csökkenti.
| A frekvencia csökkentése a kéregvastagságot csökkenti.
| A frekvenciával egyenesen arányos a kéregvastagság.
| A kéregvastagság növelhető a frekvencia és a hőntartási idő növelésével.
| 7. Miben tér el az elektronsugaras edzés a felületi edzésektől?
| Gyorsabb.
| Nem igényel külön hűtőközeget.
| Bármilyen fém kezelhető.
| Vákuumban történik a kezelés ezért a darab nem revésedik.
| 8. Mi a lényege az öntöttvas vezérműtengelyek átolvasztásának?
| A korlátozott térfogatban felolvasztott anyag lassan hűl, karbidosan kristályosodik, kemény lesz.
| A korlátozott térfogatban felolvasztott anyag gyorsan hűl, karbidosan kristályosodik, kemény, kopásálló lesz.
| A korlátozott térfogatban felolvasztott anyag lassan hűl, grafitosan kristályosodik, kopásálló lesz.
| Mivel az anyagot korlátozott térfogatban olvasztják meg olcsóbb, mint a felületi edzés.
| 9. Milyen hőkezeléssel kezelik a nitridálás előtt a darabokat?
| Edzéssel.
| Nemesítéssel.
| Lágyítással.
| Normalizálással.
| 10. Milyen hőmérsékleten történik a cementálás és milyen elemet viszünk be a darabba?
| 500-600 C°, nitrogént
| 500-600 C°, karbont
| 950-970 C°, nitrogént
| 950-970 C°, karbont
| 11. Milyen hőkezelést kell végezni a cementálás után?
| Edzés és nagyhőmérsékletű megeresztés.
| Edzés és kis hőmérsékletű megeresztés.
| Lágyítás.
| Normalizálás.
| 12. Milyen anyagok bevonatolására használják elsősorban a CVD módszert és miért?
| Keményfém lapkák, kerámiák, mert a hőmérséklet 500 C° alatt van.
| Keményfém lapkák, kerámiák, mert a hőmérséklet 900-1000 C°.
| Szerszámacélok , mert a hőmérséklet 500 C° alatt van.
| Szerszámacélok, mert a hőmérséklet 1000 C° alatt van.