Karburáló acélok - tulajdonságok, típusok és alkalmazások

Acélok karburáláshoz - bevezetés

A karburáló acél olyan speciális acélfajta, amely karburálás és edzés után kemény és kopásálló felületet ér el, miközben a magja képlékeny és erős marad. Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően széles körben használják az autóiparban, a gépiparban, a repülőgépiparban és a szerszámgyártásban, különösen fogaskerekek, tengelyek, csapok és csapágyak esetében, amelyeknek kopás- és ütésállónak kell lenniük.

A karburálás lehetővé teszi az acéltermék felületi rétegének széntartalmának ellenőrzött növelését, ami lehetővé teszi, hogy ezt követően árasztással keményítsék. A mag viszont képlékeny és törésálló marad, ami hosszú élettartamot biztosít a nagy dinamikus terhelésnek kitett alkatrészek számára.

Mi az a karburáló acél?

A karburáló acélok ötvözött és ötvözetlen acélokra oszthatók .

Az ötvözetlen acélok 0,45%-nál kevesebb C-ot és legfeljebb 0,75% Mn-t tartalmaznak, és a megmunkálhatóság javítása érdekében emellett megnövelt S-tartalmat is tartalmazhatnak. A karburálási művelet után keményítésnek és alacsony edzésnek vetik alá őket, hogy kemény felületi réteget és lágy, képlékeny magot kapjanak. Korlátozott edzhetősége miatt leggyakrabban kis gépalkatrészekhez használják. Az izzított lágyított állapotban szállított acélokat megmunkálják, majd kb. 890 °C-os hőmérsékleten felszenesítik, és közvetlenül erről a hőmérsékletről keményítik, a végső fázisban pedig 150 °C és 0 200 °C közötti hőmérsékleten edzik az acélalkatrészeket.

A karburálóötvözött acélokat a karburált felületi réteg nagy szilárdsági tulajdonságai és a mag nagy alakíthatósága jellemzi. Ezen kívül a túlmelegedéssel szembeni ellenállás, a jó megmunkálhatóság, a hőkezelés során bekövetkező alakváltozásra való alacsony hajlam, valamint a késztermékek keresztmetszetének, terhelhetőségének és geometriai jellemzőinek megfelelő edzhetőség jellemzi őket.
Jellemző rájuk az alacsony széntartalom (0,10-0,25% C) és általában 0,8-1,7% Cr-adalék, valamint Mn, Ni, Mo, Ti, W, V adalékok. Az ötvözött acéloknál az elemi adalékok nagyon fontos szerepet játszanak a karburált réteg nagy szilárdsági tulajdonságainak és a képlékeny magnak a biztosításában.
A Cr, Mn és Ni adalékok javítják a keményíthetőséget és csökkentik a karburált réteg keményedési feszültségeit. A hőmérséklet, amelyen a karburálást végzik, gyakran e hőkezelés módszerétől függ, és például vákuumkarburálás esetén 1050°C. A hőkezelés utolsó szakaszában alacsony hőmérsékletű edzést végeznek.

E műveletek eredményeként a mag megőrzi jó alakíthatóságát és törésállóságát. A karburálás és az árasztás után a felületi réteg keménysége eléri a 60 HRC-t, ami nagy kopásállóságot biztosít.

A karburáláshoz leggyakrabban használt acélok a következők:
🔹 16MnCr5 (1.7131) - népszerű karburált acél, jó mechanikai tulajdonságokkal.
🔹 20MnCr5 (1.7147) - magasabb mangántartalmú változat, amely növeli az edzhetőséget.
🔹 16/20MnCrS5 (1.7131/1.7147)
🔹 18CrNiMo7-6 (1.6587) - magasan ötvözött acél, nagy magszilárdsággal.
🔹 20CrMo5 (1.7264) - karburált acél molibdén hozzáadásával a jobb kúszásállóság érdekében.
🔹 C15 (1.0401); C15E (1.1141); C15R (1.1140)
🔹 20CrMo5 (1.7264) - karburált acél molibdén hozzáadásával a jobb kúszásállóság érdekében.

A karburáló acélok kémiai összetétele?

A karburáló acélok kémiai összetételében az edzhetőséget, a fáradás- és kopásállóságot javító elemek dominálnak.

Szén (C) - Felelős a felületi keménységért a karburálás után
Mangán (Mn) - Javítja a magszilárdságot
Króm (Cr) - javítja a kopás- és korrózióállóságot
Molibdén (Mo) - Növeli a kúszásállóságot és stabilizálja a szerkezetet
Nikkel (Ni) - Javítja a szívósságot és a dinamikus terhelésekkel szembeni ellenállást

Ezen elemek különböző kombinációival a karburáló acélok optimalizálhatók a magszilárdság és a felületi kopásállóság szempontjából.

A karburáló acélok mechanikai tulajdonságai?

A karburáló acélok hőkezelés előtt és után különböző mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek.

A karburálás és az árasztás után az acél kemény felületet és rugalmas magot fejleszt, így nagyon jó anyag a nagy dinamikus terhelésnek kitett alkatrészekhez.

Karburálási és hőkezelési folyamat

A hőkezelési folyamat több szakaszból áll:
A karburálás az acél 850-950 °C-ra történő hevítése egy széntartalmú közeg (pl. gáznemű, folyékony vagy szilárd) jelenlétében, amely lehetővé teszi a szén diffúzióját a felületi rétegbe.
Az edzés olajban vagy vízben történő gyors lehűtés, amely a felületet megkeményíti.
Az edzés 150-200 °C-ra történő hevítés, amely javítja az anyag repedésállóságát és feszültségmentesítését.
Így a kemény felület és a rugalmas mag kombinációja a karburáló acélokat rendkívül ellenállóvá teszi a kopással és a fáradással szemben.

A karburáló acélok alkalmazása

Ezeket az acélokat minden olyan helyen használják, ahol kemény felületre és rugalmas magra van szükség az alkatrészek magas élettartamának biztosításához. Jellemző alkalmazások:
1. Autóipar

• Fogaskerekek, vezérműtengelyek és dugattyúcsapok
• Sebességváltó és differenciálmű alkatrészek
• Csapágycsapágyak, bütykök és felfüggesztési alkatrészek

2. Gépészet

• Fogaskerekek és hajtótengelyek
• Vezetőpályák, görgők és csapágyak
• Hidraulikus szivattyúk és precíziós mechanizmusok alkatrészei

3. Repülőgépipar és energiatermelő ipar

• Turbinák és tengelyek erőművekben
• Rotoralkatrészek és űrhajózási fogaskerekek
• Nagy dinamikus terhelésnek kitett alkatrészek

Az acél karburálásának előnyei?

✅ Nagyon kemény felület - kopásállóságot és hosszú élettartamot biztosít.
✅ Plasztikus mag - ellenáll a töréssel és fáradással szemben.
✅ Felületi edzés lehetséges - a mechanikai tulajdonságok finomhangolása.
✅ Jó ellenállás a dinamikus terhelésekkel szemben - ideális autóipari és ipari alkalmazásokhoz.
✅ Széles körben használják a hajtástechnikában - tengelyekben, fogaskerekekben és lánckerekekben.

🚫 Korlátozások:
❌ Összetett hőkezelést igényel - precíz karburálás és árasztás szükséges.
❌ Nem alkalmas egyenletes keménységet igénylő szerkezetekhez - a felület és a mag közötti különbségek egyenetlen terhelést okozhatnak.

Összefoglaló
A karburáló acél kulcsfontosságú anyag az autóiparban, a gépiparban és a repülőgépiparban, ahol fontos a kemény felület és a rugalmas mag kombinációja. A karburálás és az árasztás folyamatának köszönhetően ezek az acélok kivételes kopás- és fáradásállóságot mutatnak, így a hajtáslánc és a sebességváltó alkalmazásokban használják őket.
🔩 A megfelelő acélminőséget keresi a karburáláshoz? Vegye fel velünk a kapcsolatot - segítünk megtalálni a legjobb megoldást! ⚙️🔥