Na czym polega nawęglanie stali?

Nawęglanie ma na celu zmianę właściwości stali i jest procesem nasycania jej warstwy powierzchniowej w węgiel. Pozwala uzyskać pożądane właściwości twardości i odporności metali, przydatne  między innymi do konstrukcji narzędzi, maszyn czy budowie kół zębatych. Do nawęglania niezbędne są odpowiednie urządzenia i warunki. Przyjrzymy się dokładnie, co daje nawęglanie i jakimi metodami jest ten proces przeprowadzany.

Na czym polega nawęglanie?

Nawęglanie jest to cieplny zabieg, polegający na dyfuzyjnym nasyceniu węglem powierzchni materiału, jakimi są stale niskowęglowe. Zabieg nawęglania jest przeprowadzany, aby zwiększyć twardość i odporność materiału, ale jednocześnie pozostawić elastyczny rdzeń stali niskowęglowej. Niskowęglowe stale posiadają do 0,25% zawartości węgla, która po dokonaniu nawęglaniu wzrasta do 1-1,3%. Nawęglanie odbywa się podczas wygrzewania stali w określonym czasie w ośrodku zawierającym węgiel atomowy. Odbywa się ono zazwyczaj w temperaturze 900-950 stopni Celsjusza. Grubość warstwy nawęglonej osiąga od 0,5 do 2 mm, a o jej ostatecznej wartości decyduje dobrany czas zabiegu nawęglania. Części metalowe wykonywane są zazwyczaj z blachy niskowęglowej, a następnie poddawane nawęglaniu, hartowaniu i odprężaniu. Stale, które wykorzystywane są do nawęglania, posiadają często w składzie chrom, zapobiegający przegrzaniu i zwiększający wytrzymałość rdzenia.

Metody nawęglania

Metod nawęglania można wyróżnić kilka, z czego nie wszystkie dzisiaj są wykonywane. Dawniej nawęglania dokonywano w ośrodkach stałych czy poprzez zanurzanie obrabianych przedmiotów w roztopionych solach, stanowiących mieszankę chlorków, węglanów lub cyjanków metali alkalicznych. Dzisiaj stosuje się przede wszystkim nawęglanie gazowe, które odbywa się w temperaturze ok. 920 stopni Celsjusza w atmosferze tlenku węgla. Gazy nawęglające ulegają oczyszczeniu, aby zapobiec osadzaniu sadzy na powierzchni obrabianych przedmiotów, co może utrudniać absorpcję węgla.

Nawęglaniem stali zajmują się profesjonalne firmy, takie jak, chociażby Steel Trans. Innym sposobem jest nawęglanie w złożu fluidalnym, tworzonym przez cząstki ciała stałego (tlenku aluminium czy piasku), które utrzymywane są w zawieszeniu dzięki gorącemu gazowi nasycającemu, przepływającemu przez złoże od dołu ku górze. Przedmioty nawęglane w ten sposób zanurza się w złożu podobnie jak w cieczy. Jeszcze jedną metodą stosowaną dzisiaj jest również nawęglanie jonizacyjne, polegające na wygrzewaniu stali w piecu próżniowym w atmosferze węglowodorowej, a także próżniowe – nawęglanie w obniżonym ciśnieniu, w atmosferze metanu lub innego gazu.