Możliwości azotowania stali narzędziowych w uniwersalnym piecu próżniowym

• Autorzy: Kula P. , Wołowiec E. , Rzepkowski A. , Januszewicz B. , Wentlandt M.

Warianty tytułu

EN

Possibilities of tool steel nitriding in universal vacuum furnace

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań stali WCL, WNLV, SW7M oraz NC11LV poddanych procesom regulowanego azotowania pod obniżonym ciśnieniem w uniwersalnym piecu próżniowym. Hartownie usługowe realizują procesy obróbki cieplnej o charakterze jednostkowym lub małoseryjnym. Wyposażone są najczęściej w piece uniwersalne umożliwiające przeprowadzanie takich obróbek, jak: wyżarzanie, lutowanie, hartowanie i odpuszczanie, a także nawęglanie z obróbką cieplną po nawęglaniu. Wiele części maszyn i narzędzi poddaje się procesom azotowania. Zwykle realizowane są one w specjalnie do tego celu skonstruowanych stanowiskach w piecach wgłębnych. Pojawia się jednak coraz większe zainteresowanie zarówno małych hartowni usługowych, jak i dużych zakładów przemysłowych w wykorzystaniu uniwersalnych pieców próżniowych dla realizacji procesów azotowania. Autorzy publikacji, wychodząc naprzeciw wzrastającym potrzebom rynku oraz mając na celu rozszerzenie bazy wiedzy w obszarze powierzchniowej modyfikacji stopów żelaza na drodze obróbek cieplno-chemicznych, podjęli badania nad opracowaniem technologii oraz oprogramowania symulacyjnego implementowanych w uniwersalnych piecach próżniowych. W artykule przedstawiono wyniki wstępnych badań morfologii i mikrotwardości w stalach narzędziowych poddanych azotowaniu regulowanemu pod obniżonym ciśnieniem. Obróbce poddano stale narzędziowe: WCL (X37CrMoV51), WNLV (35CrMo8), NC11LV (X153CrMoV12) oraz SW7M (HS6-5-2). Procesy azotowania przeprowadzono w atmosferze zdysocjowanego amoniaku pod ciśnieniem 26 mbar. Badania wykazały, że w procesach otrzymano warstwy azotowane o typowych strukturach dla azotowania próżniowego z możliwością sterowania powierzchniowym stężeniem azotu, tak aby uzyskać warstwy e i y' na powierzchni elementów, bądź też wyłącznie strefę azotowania wewnętrznego. Struktury stali badano na mikroskopie świetlnym Nikon MA 200 przy powiększeniach 100 i 500×. Mikrotwardość badano za pomocą zautomatyzowanego mikrotwardościomierza CLEMEX przy obciążeniu 100 g według normy PN-EN ISO 4516. Profile mikrotwardości są typowe dla uzyskiwanych w procesach azotowania w piecu wgłębnym. Maksymalną twardość 1254 HV0,1 uzyskano dla stali SW7M (HS6-5-2). Grubość warstw oceniano metodą pomiaru mikrotwardości przy założonym kryterium: twardość rdzenia + 150HV. Wynosiła od 20 um dla stali WCL do 120 um dla stali WNLV.

EN

The results of researches on WCL (X37CrMoV51), WNLV (35CrMo8), NC11LV (X153CrMoV12) and SW7M(HS6-5-2) steel after nitriding under low pressure in universal vacuum furnace are presented in this paper. Hardening shops realize processes of piece or short-run production. They are mostly equipped with universal furnaces allowing treatments as follows: annealing, hardening and tempering, soldering, carburizing and heat treatment after carburizing. However, many machine parts undergo processes of nitriding, typically realized in especially design stands based on the pit furnaces. The increasing interests appear both from small hardening shops and big production plants in application of universal vacuum furnaces to nitride steel parts. Authors of presented paper to meet the needs of the market, and to widen the knowledge database in the field of surface modification of steel substrates undertook a study to elaborate technology and simulation program aiding processes of nitriding in universal vacuum furnaces. The results of preliminary investigations of morphology of surface layer, and microhardness profiles in the tool steels after vacuum nitriding are presented in this paper. Following steels underwent nitriding treatment in the atmosphere of dissociated ammonia under low pressure: WCL (X37CrMoV51), WNLV (35CrMo8), NC11LV (X153CrMoV12) and SW7M (HS6-5-2). Nitriding processes were carried out at pressure 26 mbar, during 4 hours, in the atmosphere of dissociated ammonia. Flow of the ammonia was the controlled variable. The surface layers of structures typical for nitriding process were obtained, and the possibilities of different types of morphology creation were proofed. Structures were observed with use of Nikon MA 200 light microscope at magnifications 100 and 500×. Microhardness was assessed with use of CLEMEX apparatus at load 100 g according to standard PN-EN ISO 4516. Results are comparable to those obtained in pit furnace. Maximum hardness was 1254 HV0.1 for SW7M (HS6-5-2). Thickness of layers was as sessed with criterion "core hardness + 150 HV" and varies between 20 for WCL (X37CrMoV51) to 120 um for WNLV (35CrMo8) steel.

Słowa kluczowe

PL

stale narzędziowe; azotowanie próżniowe; piec uniwersalny

EN

tool steels; low pressure nitriding; universal furnace

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 4
• Strony: 506--509
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kula P.

autor

Wołowiec E.

autor

Rzepkowski A.

autor

Januszewicz B.

autor

Wentlandt M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka,

Bibliografia

• [1] Dobrzański L. A.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. WNT, Warszawa (2002).
• [2] Dobrzański L. A.: Metalowe materiały inżynierskie. WNT, Warszawa (2002).
• [3] Budzynowski T., Ostrowski B., Wysoczański W.: Wpływ technologii azotowania na kształtowanie się wybranych parametrów mechanicznych warstw azotowanych. Inżynieria Materiałowa 5 (1999) 272÷275.
• [4] Larsson H., Agren J.: Gas nitriding of high vanadium steels – experiments and simulations. Metallurgical and Materials Transactions A 35 (9) (2004) 2799÷2802
• [5] Haś Z., Kula P.: NITROVAC’79 – Nowa technologia obróbki cieplno-chemicznej elementów maszyn i urządzeń. Inżynieria Materiałowa 5 (1983) 127÷132.
• [6] Haś Z.: Patent Nr P-178378 (1995).
• [7] Renevier N., Collignon P., Michel H., Czerwiec T.: Low temperaturę nitriding of AISI 316L stainless steel and titanium in a low pressure arc discharge. Surface and Coatings Technology 111 (2-3) (1999) 128÷133.
• [8] Jung M., Walter A., Hoffmann F. T., Mayr P., Minarski P.: High pressure nitriding of austenitic steinless steels. 11th Intern. Conf. on Heat Treatment and Surface Engineering. Florence. Proc. Vol. 1. (1998) 263÷272.
• [9] Petrova L.: Internal nitriding of high-temperature steels and alloys. Metal Science and Heat Treatment 43 (1-2) (2001) 11÷17.
• [10] Braam J., Gommers A., Van der Zwaag S.: The influence of the nitriding temperature of the fatigue limit of 42CrMo4 and EN40B steel. Journal of Materials Science Letters 16 (16) (1997) 1327÷1329.
• [11] Pełczyński T.: Obróbka cieplnochemiczna stali. Politechnika Lubelska Wydawnictwa Uczelniane (1995).
• [12] Ratajski J, Tacikowski J.: Kształtowanie się struktury fazowej przypowierzchniowej warstwy azotków i węgloazotków żelaza. Inżynieria Materiałowa 5 (2002) 267÷273.