184051. lajstromszámú szabadalom • Eljárás vas és acél munadarabok felületrészeinek helyi védelmére ferrokémiai kezelés során
184 051 A szokásos nem utánízzitott alumíniumrétegek nem felelnek meg a kitűzött célnak. Az alitálási rétegek, amelyeket korrózióvédelemre használnak fel 950 C°-ig, a vegyi- és hőkezeléseknél helyi védelemre nem használhatók fel, mivel az acélok 900° C felett általában nagyobb mélységekig lesznek felötvözve. Hogy az ismert alitálási rétegeket ki lehessen használni, igen nagy ráhagyásokra lenne szükség, ami egyrészt nagy anyagveszteséggel járna, másrészt igen nagy munkaráfordítást igényelne a későbbi lemunkálásnál. Mindenekelőtt azonban a szénfeldúsulás elleni védelem egyáltalán nem kielégítő, továbbá a kísérletképpen alitált felületek az edzés után túl kemények voltak. Teljes biztonsággal mondhatjuk, hogy. a vastag rétegeknél elengedhetetlen előízzitás sem jelentene gazdaságos megoldást. Feltételezhetően ezek azok az okok, amiért nem használnak alumíniumot helyi védelemként vegyi és hőkezelési eljárásoknál. Továbbá a 950 C hőmérsékletre való korlátozás is hiányosságnak tekinthető, hiszen egyes kezelések, mint pl. a bórozás 1100 C -ig terjedő hőmérsékleteket tesznek szükségessé. Ma már ismerik annak okát, hogy miért magas a széntartalom a szélekhez közeli rétegekben, ami gyakran előfordult az alitált rétegekben. Ez legkönnyebben egy 0,2% széntartalmú betétacél példájával magyarázható, ami 300 pm vastagságban alumíniummal van bevonva. Az alitáláshoz tartozó előízzitás alatt — melyet az alumínium olvadáspontja alatt végzünk — kialakul az ismert alitált réteg a diffúziós zónával, amely az ezt követő termokémiai kezelés alatt szélesedik. A diffúziós zóna túlnyomórészt alumíniumtartalmú ferrites anyagból áll, amelyben csak jelentéktelen mennyiségű szén oldódik fel. Ez éppen ezért, a diffúziós zóna kialakulásával és növekedésével egyidejűleg az ízzitási hőmérsékleteken .az acél mélyebb, ausztenites rétegeiben megy át, ami által a széntartalom a fázishatárokon, a szélen lévő ferrit és az acél között mintegy 0,4%-ra nő. Ez a koncentrációnövekedés azonban már elegendő ahhoz, hogy a hirtelen lehűtés után túl magas keménység jöjjön létre. Az alitált rétegek kísérleti felhasználásánál megfigyelhető magas széntartalomnak tehát nem az az oka, hogy az alumínium védőhatása csekély mértékű a környező közegekkel szemben, hanem a leírt kiszorítási hatás. A cerium-adalékoknak az alumíniummal történő alkalmazása és az ezzel együttjáró, magas hőmérsékleten végzendő előízzitás legalábbis az elsőrendű minőségű betétacéloknál nem alkalmazhatók. Eltekintve attól, hogy az ízzitóberendezésre van szükség és cériumot kell használni, ami az eljárást eleve gazdaságtalanná teszi, a betétacéloknál ia magas hőmérsékleten történő ízzitásnál szemcsenövekedés lép fel, aminek következtében csökken a szilárdság és a munkadarab plaszticitása. Azzal is számolni kell, hogy a kéreg széntartalma ugyanazon okok miatt, mint a közönséges alitált rétegeknél-, a helyi védelem szempontjából még mindig túl nagy. A találmánnyal célunk volt a réznek, mint lokális védőelemnek kiküszöbölése a vas és acél munkadarabok termokémiai kezelése során és ezzel a környezeti ártal-5 mák csökkentése, illetve a lokális védelem olcsó és egyszerűbb megoldása. Olyan eljárást kívántunk kidolgozni, amellyel biztosítható legfeljebb 1100 C° hőmérsékleten végzett termokémiai kezelések során a felületrészek védelme szén, nitrogén és bór behatolásával szemben, ugyanakkor hatékonysága azonos a galvanikusan előállított réz rétegekével, de mentes zavaró mellékhatásoktól. Ezen túlmenően az eljárást úgy kell irányítani, hogy ne legyenek szükségesek az elő- és közbenső kezelések és azokkal gazdaságosabb legyen, mint a galvanikus rezezés. A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy hőkezelés előtt a munkadarab felületének védendő részeire fémszórással 10-100 fim vastagságú alumíniumréteget viszünk fel oly módon, hogy a fémszóráshoz alumíniumból vagy alumínium ötvözetből készült huzalt használunk, amelyet éghető anyagból és oxigénből álló keverék lángjában olvasztunk meg. Adott esetben a munkadarab be nem vonandó felületrészeit a fémszórás során lefedjük és/vagy a felszórt réteg leválasztását elősegítő szerrel vonjuk be. A találmány szerinti eljárás különösképpen alkalmas a szériagyártásra, ugyanakkor lehetőséget nyújt az automatizálásra. Az említett rétegvastagságok lehetővé teszik hogy elhagyjuk az alitált réteg előállításához szükséges előízzitást, mivel a felületi feszültség következtében az alumínium olvadáspontja feletti hőmérsékleten is annyi ideig megmarad a réteg, amíg az ötvözési- és diffúziós zóna a vegyi- és hőkezelés során előízzitás nélkül is le nem zárul. Vastagabb rétegek esetén, ha nem alkalmazunk huzamosabb ideig tartó előízzitást, 600 C° körüli hőmérséklettartományban fennáll a lecsöpögés veszélye. Ezen kívül, a növekvő rétegvastagságoknál ugyanazon hiányosságok lépnek fel, amelyek az alitált rétegek alkalmazását is lehetetlenné teszik. A 10 fim alatti rétegvastagság éppen olyan kedvezőtlen, mint a túl nagy rétegvastagság. Ilyen esetben ugyanis az intermetallikus FexAl -fázisok a 900 C° feletti vegyi- és hőkezelésnél tejesen feloldódnak és az általában visszamaradó alumíniumtartalmú ferrites fázisok a környező, szénben dúsító, nitridáló és boridáló közegek viszonylag csekély oxidációs potenciáljánál már nem nyújtanak elegendő védőhatást. Kedvező hatást gyakorol az is, hogy az alumínium a leggyakrabban alkalmazott vegyi- és hőkezelések hőmérsékleténél folyékonnyá válik, úgy hogy az egyenlőtlenségek mikroszkopikus értelemben már a felfűtés alatt gyorsan kiegyenlítődnek. Az eljárás akkor sem mond csődöt, ha a felszórt réteg a mikroszkóp alatt hézagokat mutat, amelyek láttatni engedik az alapanyagot. Célszerű, ha a rétegfelvitelhez alumíniumhuzalt alkalmazunk. A felhasznált alumínium minőségével szemben nincsenek különös követelmények, felhasználható többek között magnézium adalékot tartalmazó alumínium is. A felszórt alumíniumrétegek tapadóképességük folytán lehetővé teszik, hogy a védőréteggel ellátott munkadarabot a vegyi- és hőkezelést megelőzően mechanikus úton megmunkáljunk. A munkadarab termo-6 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 4
