Wat is carbureren? - Definitie, typen en proces

Wat is carbureren?

Carbureren is een hardingsproces waarbij koolstof in de oppervlaktelaag van een stalen onderdeel diffundeert bij een temperatuur die hoog genoeg is om de staalkorrelstructuur te veranderen. Door deze verandering kan het staal koolstof opnemen. Het resultaat is een slijtvaste laag die carboneren een ideaal proces maakt bij de productie van sterke, veilige metalen.

Carbureren is een warmtebehandelingsproces waarbij ijzer of staal koolstof absorbeert terwijl het metaal wordt verwarmd in aanwezigheid van een koolstofhoudend materiaal, zoals houtskool of koolmonoxide. De bedoeling is om het metaal harder te maken.

Afhankelijk van de hoeveelheid tijd en temperatuur kan het getroffen gebied variëren in koolstofgehalte. Langere carboneertijden en hogere temperaturen verhogen typisch de diepte van koolstofdiffusie.

Wanneer het ijzer of staal snel wordt afgekoeld door afschrikken, wordt het hogere koolstofgehalte op het buitenoppervlak hard door de transformatie van austeniet naar martensiet, terwijl de kern zacht en taai blijft als een ferritische en/of perliet-microstructuur.

Dit productieproces kan worden gekenmerkt door de volgende hoofdpunten:

• Het wordt toegepast op koolstofarme werkstukken;
• Werkstukken zijn in contact met een koolstofrijk gas, vloeibaar of vast;
• Het produceert een hard werkstukoppervlak; werkstukkernen behouden grotendeels hun taaiheid en taaiheid, en
• Het produceert een kast met een hardheid tot 6,4 mm.

In sommige gevallen dient het als remedie tegen ongewenste ontkoling die eerder in een productieproces heeft plaatsgevonden.

Methode van carbonisatie

Carburisatie van staal omvat een warmtebehandeling van het metalen oppervlak met behulp van een koolstofbron. Carburisatie kan worden gebruikt om de oppervlaktehardheid van koolstofarm staal te verhogen. Vroege carbonisatie gebruikte een directe toepassing van houtskool die rond het te behandelen monster was verpakt, maar moderne technieken gebruiken koolstofhoudende gassen of plasma's.

Het proces hangt voornamelijk af van de gassamenstelling van de omgeving en de oventemperatuur, die zorgvuldig moeten worden gecontroleerd, omdat de hitte ook de microstructuur van de rest van het materiaal kan beïnvloeden. Voor toepassingen waar een grote controle over de gassamenstelling gewenst is, kan carbonisatie plaatsvinden onder zeer lage drukken in een vacuümkamer.

Plasmacarbonisatie wordt steeds vaker gebruikt om de oppervlakte-eigenschappen van verschillende metalen, met name roestvrij staal, te verbeteren. Het proces is milieuvriendelijk. Het biedt ook een gelijkmatige behandeling van componenten met complexe geometrie, waardoor het zeer flexibel is in termen van componentbehandeling.

Het proces van carbonering werkt via de diffusie van koolstofatomen in de oppervlaktelagen van metaal. Omdat metalen bestaan ​​uit atomen die stevig zijn gebonden in een metallisch kristalrooster, diffunderen de koolstofatomen in de kristalstructuur van het metaal en blijven ze in oplossing of reageren ze met elementen in het gastheermetaal om carbiden te vormen.

Als de koolstof in een vaste oplossing blijft, wordt het staal vervolgens met warmte behandeld om het te harden. Beide mechanismen versterken het oppervlak van het metaal, het eerste door perliet of martensiet te vormen en het laatste door de vorming van carbiden. Beide materialen zijn hard en slijtvast.

Gascarbureren wordt normaal gesproken uitgevoerd bij een temperatuur tussen 900 en 950 °C.

Bij oxy-acetyleenlassen is een carburerende vlam er een met weinig zuurstof, wat een roetachtige vlam bij lagere temperatuur produceert. Het wordt vaak gebruikt om metaal te gloeien, waardoor het kneedbaarder en flexibeler wordt tijdens het lasproces.

Soorten carboneren

In het verleden waren er, afhankelijk van de koolstofbron, drie soorten carboneringsmethoden:vaste carbonering, vloeibare carbonering en gascarbonering. Houtskool, gesmolten zout en koolstofhoudende gassen zoals aardgas en propaan worden dienovereenkomstig gebruikt.

Er zijn drie soorten carbonisatie die vaak worden gebruikt:

• Gascarburisatie
• Carburerende vloeistoffen
• Vaste carbonisatie

Alle drie de processen zijn gebaseerd op de transformatie van austeniet in martensiet tijdens het afschrikken. De toename van het koolstofgehalte aan het oppervlak moet hoog genoeg zijn om te resulteren in een martensitische laag met voldoende hardheid, typisch 700 HV, om een ​​slijtvast oppervlak te verschaffen.

Het vereiste koolstofgehalte op het oppervlak na diffusie is meestal 0,8 tot 1,0% C. Deze processen kunnen worden uitgevoerd op een verscheidenheid aan koolstofstaal, gelegeerd staal en gietijzer, waarbij het koolstofgehalte in de massa maximaal 0,4 is. % en meestal minder dan 0,25%. Een onjuiste warmtebehandeling kan leiden tot oxidatie of ontkoling.

Hoewel het een relatief langzaam proces is, kan carboneren worden gebruikt als een continu proces en is het geschikt voor oppervlakteverharding met een hoog volume.

1. Gascarbureren

Bij gascarbureren gaat het om het verhitten van koolstofstaal tot austenitiserende temperatuur in aanwezigheid van een koolstofrijke atmosfeer. Het is gebruikelijk om een ​​dragergas te gebruiken, zoals endotherm ("Endo") gas samen met koolwaterstofverrijking (aardgas of propaan).

Het onderdeel wordt gehouden in een oven die een atmosfeer van methaan of propaan bevat met een neutraal dragergas, meestal een mengsel van N2, CO, CO2, H2 en CH4. Bij de carboneringstemperatuur ontleedt methaan (of propaan) op het oppervlak van de component tot atomaire koolstof en waterstof, waarbij de koolstof naar het oppervlak diffundeert.

De temperatuur is typisch 925°C en de carboneringstijden variëren van 2 uur voor een behuizing met een diepte van 1 mm tot maximaal 36 uur voor een behuizing met een diepte van 4 mm. Het blusmedium is meestal olie, maar het kan ook water, zoutoplossing, bijtende soda of polymeer zijn.

2. Vacuüm carbureren

Dit carboneringsproces omvat een lagedruk, zuurstofvrije omgeving. Bij dit proces worden gasvormige koolwaterstoffen zoals methaan gebruikt. Omdat de omgeving zuurstofvrij is, kan de carboneringstemperatuur worden verhoogd zonder dat u zich zorgen hoeft te maken over oxidatie. Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de koolstofoplosbaarheid en diffusiesnelheid, waardoor de tijd die nodig is voor de diepte van de behuizing tot een minimum wordt beperkt

3. Vloeibare carburatie

Vloeibaar carboneren is een proces dat wordt gebruikt voor het harden van stalen of ijzeren onderdelen. De onderdelen worden op een temperatuur boven Ac1 gehouden in een gesmolten zout dat koolstof en stikstof, of alleen koolstof, in het metaal introduceert. De meeste vloeibare carboneerbaden bevatten cyanide, dat zowel koolstof als stikstof in de behuizing introduceert.

Vloeistoffen of cyaniden worden gecarboniseerd door de component in een zoutbad te plaatsen bij een temperatuur van 845 tot 955 °C. Het zout is meestal een cyanide-chloride-carbonaat mengsel en is zeer giftig. De cyanidezouten brengen een kleine hoeveelheid stikstof in het oppervlak, wat de hardheid verder verbetert. Hoewel dit het snelste carboneerproces is, is het alleen geschikt voor kleine batches.

4. Vast carbureren (Pack Carbureren)

In vaste stof of pakking is carboneren een proces waarbij koolmonoxide afgeleid van een vaste verbinding aan het metaaloppervlak ontleedt in ontluikende koolstof en koolstofdioxide. Carburerende containers zijn gemaakt van koolstofstaal, met aluminium gecoat koolstofstaal of hittebestendige legeringen van ijzer-nikkel-chroom.

De componenten worden omgeven door een carboniserend medium en in een afgesloten doos geplaatst. Het medium is meestal cokes of houtskool gemengd met bariumcarbonaat. Het proces is eigenlijk een proces van gascarburatie, aangezien de geproduceerde CO uiteenvalt in CO2 en koolstof die diffunderen naar het oppervlak van de componenten.

Temperaturen zijn typisch 790 tot 845 ° C gedurende 2 tot 36 uur. Carbureren van pakkingen is het minst geavanceerde carboneerproces en blijft daarom een ​​veelgebruikte methode.

Carbonitriding

Carbonitreren wordt uitgevoerd op een vergelijkbare sectie van staal, hoewel het koolstofgehalte per massa 0,4-0,5% kan zijn. De methode is met name geschikt voor het uitharden van het oppervlak van componenten die een geharde kern nodig hebben, zoals B. tandwielen en assen.

Carbonitreren is een modificatie van gascarbureren waarbij ammoniak wordt toegevoegd aan het methaan of propaan en de bron van stikstof is.

Veelgestelde vragen.

Wat is carbureren?

Carbureren is een geval van het hardingsproces waarbij koolstof diffundeert in de oppervlaktelaag van een stalen onderdeel bij een temperatuur die hoog genoeg is om de staalkorrelstructuur te veranderen. Door deze verandering kan het staal koolstof opnemen.

Wat is het carboneerproces?

Carbureren is een thermochemisch proces waarbij koolstof in het oppervlak van koolstofarme staalsoorten wordt gediffundeerd om het koolstofgehalte tot voldoende niveaus te verhogen, zodat het oppervlak reageert op warmtebehandeling en een harde, slijtvaste laag produceert. Er zijn drie soorten carbureren die vaak worden gebruikt:gascarbureren.

Wat zijn de drie soorten carboneren?

Historisch gezien zijn er drie soorten carboneringsmethoden, afhankelijk van de koolstofbron:vaste carbonering, vloeibare carbonering en gascarbonering. Houtskool, gesmolten zout en koolstofhoudende gassen, zoals aardgas en propaan, worden dienovereenkomstig gebruikt.

Wat zijn de soorten carboneren?

Soorten carboneren

• Carburatiepakket
• Gascarbureren
• Vacuüm carbureren
• Vloeibare carburatie

Wat is het doel van carburisatie?

Het doel van dit proces is om het metaal harder en beter hanteerbaar te maken. De hardheid van staal met een laag koolstofgehalte kan worden verbeterd door toevoeging van koolstof onder een bepaalde vorm van warmtebehandeling. Als het met succes wordt uitgevoerd, kan het de oppervlaktehardheid van het staal verbeteren.

Waarom wordt carboneren gedaan voor staal?

Carbureren verhoogt de sterkte en slijtvastheid door koolstof in het oppervlak van het staal te verspreiden, waardoor een behuizing ontstaat terwijl een aanzienlijk lagere hardheid in de kern behouden blijft. Deze behandeling wordt toegepast op onderdelen van koolstofarm staal na bewerking, evenals op lagers, tandwielen en andere componenten van hooggelegeerd staal.

Wat is carboneren en nitreren?

Nitreren en carboneren zijn de twee meest voorkomende warmtebehandelingsmethoden voor functionele componenten voor oppervlakteverharding. Het belangrijkste verschil is dat bij nitreren stikstofatomen diffunderen in het oppervlak van de onderdelen die worden verwerkt, terwijl bij carboneren koolstof wordt gebruikt.

Wat is het verschil tussen harden en carboneren?

Case hardening is het proces waarbij alleen het oppervlak van het onderdeel wordt uitgehard. Het is ook bekend als carbureren. Bij het carboneringsproces wordt de koolstofarme component in een oven geplaatst die een zorgvuldig gecontroleerde koolstofatmosfeer bevat.

Wat is de temperatuur van carbureren?

De carboneerovens zijn ofwel gasgestookt of elektrisch verwarmd. De carboneringstemperatuur varieert van 870 tot 940 ºC. De gasatmosfeer voor het carboneren wordt geproduceerd uit vloeibare of gasvormige koolwaterstoffen zoals propaan, butaan of methaan.

Wat is vloeibaar carboneren?

Vloeibaar carboneren is een proces dat meestal wordt gebruikt voor kleine en middelgrote onderdelen. In het zoutbad is de koolstof die in het werkstuk moet worden verspreid, afkomstig van een gesmolten zout dat een mengsel is van natriumcyanide (NaCN) en bariumchloride (BaCl2).

Welk staal kan worden gecarboniseerd?

De microstructuur van de kern verandert niet tijdens deze verwerking bij lage temperatuur. Terwijl carbonering voornamelijk wordt gebruikt voor staal met een laag koolstofgehalte en laaggelegeerd staal, wordt nitreren gebruikt voor staal met een laag koolstofgehalte, gelegeerd staal, gereedschapsstaal en roestvrij staal. Genitreerde staalsoorten kunnen een superieure slijtvastheid en hardheid hebben.

Wat zijn twee stappen bij carbureren?

Hoewel carboneren in de atmosfeer uit verschillende processtappen bestaat, kan het worden vereenvoudigd om twee belangrijke processen op te nemen:koolstofgeneratie in de oven en koolstofdiffusie in het werkstuk. De eerste levert koolstofatomen, terwijl de laatste de koolstofconcentratiegradiënt bepaalt.

Waarom wordt BaCO3 toegevoegd aan vaste carburator?

"Het carburatieproces wordt vaak gedaan om het oppervlak van het tandwiel en de nok of nok te harden (Malau, V., 1999)". Om de penetratie van koolstof in het monster tijdens het pengarbonanproces te versnellen, is het noodzakelijk om andere elementen toe te voegen, zoals BaCO3, NaCO3 en andere.

Welk van de volgende gassen wordt gebruikt voor het carbureren van gas?

Gascarbureren, inclusief een carbonitrerings- of gasnitreringsproces waarbij gebruik wordt gemaakt van ammoniakgas (NH3), dat ontluikende stikstof produceert die de behuizing van het staal binnendringt en de hardheid verhoogt.

Welke metalen kunnen nitride zijn?

Aluminium, chroom, molybdeen, titanium, wolfraam en vanadium combineren gemakkelijk met stikstof bij hoge temperaturen om nitriden van de respectieve metalen te vormen. Koolstofarme staallegeringen die deze metalen bevatten, zijn doorgaans goede kandidaten voor nitreren.

Wat is het verschil tussen carboneren en carbonitreren?

Het belangrijkste verschil tussen carboneren en carbonitreren is dat carbonitreren het proces is van het harden van een staaloppervlak met behulp van koolstof, terwijl carbonitreren het proces is van het harden van een staaloppervlak met behulp van koolstof en stikstof.

Is een warmtebehandeling vereist na het carboneren?

De component kan ofwel worden geblust vanaf de carboneringstemperatuur of kan opnieuw worden verwarmd tot een geschikte austenitiseringstemperatuur en worden geblust. Direct afschrikken is minder tijdrovend en goedkoop, maar is niet mogelijk in de praktijk van het opkolen van verpakkingen. Zo worden verkoolde onderdelen altijd opnieuw verwarmd en geblust.

Verandert het carboneren van grootte?

Het is vrijwel onmogelijk om een ​​werkstuk te carboniseren zonder enige maatveranderingen. De hoeveelheid van deze veranderingen hangt af van het type materiaal dat wordt gebruikt, het carboneringsproces dat het materiaal ondergaat en de oorspronkelijke grootte en vorm van het werkstuk.

Wat is carboneren in een pakking?

De vroegste methode van harden, waarbij componenten in een geschikte doos werden verpakt, samen met koolstofhoudende materialen zoals houtskool, hoeven, huid, dierlijk vet en hoorn, en verwarmd tot de carboneringstemperatuur.

Wat voor soort diffusie is carburisatie?

Bij het carboneren bepaalt de koolstofdiffusie de koolstofconcentratiegradiënt en het hardheidsprofiel in het geval van het werkstuk. Hoewel carbureren een ingewikkeld proces is, kan het worden opgesplitst in twee hoofdstappen:koolstofgeneratie in de oven en koolstofdiffusie in het werkstuk.

Krimpt warmtebehandeling metaal?

Er is experimenteel werk gedaan op veel materialen om de effecten van warmtebehandeling op grootteverandering aan te tonen. De effecten zijn voor elke materiaalsoort anders. Zo groeide een kubus van 3,15-inch D-2-gereedschapsstaal tijdens het harden met 0,08% in één dimensie, terwijl deze in de andere twee dimensies krimpt.

Waarom vindt case hardening plaats?

Doosharden is een materiaalverwerkingsmethode die wordt gebruikt om de hardheid van het buitenoppervlak van een metaal te vergroten. Omdat hardingsprocessen de vormbaarheid en bewerkbaarheid verminderen, wordt het harden meestal gedaan nadat de meeste andere fabricageprocessen zijn voltooid.