Cementovanie
Difuze uhlíku do povrchu nízkouhlíkové oceli s následným kalením.
- Účel
- Tvrdý povrch (58–62 HRC) a houževnaté jádro.
- Typické použití
- Ozubená kola, čepy, vačky, ložiskové plochy.
- Vhodné materiály
- Cementační oceli 16MnCr5, 20MnCr5, 18CrNiMo7-6.
- Kategorie
- Tepelně-chemické úpravy povrchu
Jak proces funguje
Cementování (karburizace) je tepelně-chemická úprava, při níž se do povrchové vrstvy nízkouhlíkové oceli difuzně vpravuje uhlík při vysokých teplotách. Po kalení vzniká extrémně tvrdý povrch s houževnatým jádrem – ideální kombinace pro dynamicky namáhané díly.
Díly se vystaví karburizační atmosféře (aktivní plyny CO/H₂ z generátoru) při 850–950 °C, typicky 900–920 °C. Uhlík difunduje do austenitického povrchu do hloubky 0,5–3 mm (např. 10 h při 900 °C ≈ 1,5 mm vrstva). Po nasycení následuje rychlé ochlazení (olej/voda) pro získání martenzitické struktury a popouštění při 150–200 °C ke snížení napětí a podílu zbytkového austenitu.
Klíčové procesní parametry
- Teplota: 850–950 °C (typicky 900–920 °C)
- Doba nasycení: 4–12 h (pro vrstvu 1–2 mm)
- Hloubka vrstvy: 0,5–3 mm, povrchový obsah uhlíku 0,7–1,0 % C
- Uhlíkový potenciál atmosféry – průběžná regulace přívodu plynů
- Následné kalení (olej/voda) a popouštění při 150–200 °C
Typické aplikace
- Ozubená kola a soukolí (např. 20MnCr5) v automobilovém průmyslu
- Ložiskové čepy, hřídele a dynamicky namáhané díly
- Nástroje a součásti vyžadující tvrdý povrch a houževnaté jádro
Výhody
- Velmi vysoká povrchová tvrdost (~58–62 HRC) a odolnost vůči otěru
- Houževnaté jádro snášející rázové a únavové zatížení
- Relativně silná funkční vrstva (jednotky mm) pro dlouhou životnost
Omezení a rizika
- Riziko trhlin při příliš rychlém ochlazování a teplotních gradientech
- Zvýšený podíl zbytkového austenitu a snížená korozní odolnost povrchu
- Deformace dílů při vysokých teplotách a kalení – často nutné konečné broušení
- Nerovnoměrná hloubka vrstvy při nedostatečné výměně plynu nebo kontaminovaném povrchu
Kontrola kvality
- Měření hloubky cementované vrstvy podle ISO 18203
- Zkouška tvrdosti podle Vickerse (HV5) nebo Rockwella (HRC); hloubka podle poklesu tvrdosti na hodnotu o 50 HV vyšší než tvrdost jádra (DIN 50190)
- Metalografická analýza – martenzitická struktura, přechodové pásmo, kontrola sazí a oxidických skvrn
- Zkouška únavové životnosti u kritických dílů
Bezpečnost a životní prostředí
Karburizace využívá aktivní plyny (CO, CH₄, NH₃) a vysoké teploty – nezbytné je odsávání a kontrola odpadních plynů (CO, NOx, těkavé organické látky). Manipulace s propanem/butanem a metanolem v karburizačním generátoru vyžaduje standardní bezpečnostní opatření. Moderní vakuové karburizační pece minimalizují spotřebu plynů a emise CO₂.
Běžné chyby procesu
- Nestejnoměrná hloubka vrstvy – chladicí zóny, nedostatečná výměna plynu
- Saze v atmosféře – příliš vysoký uhlíkový potenciál
- Oxidační skvrny – nedostatečné odvzdušnění komory před karburizací
- Trhliny – nadměrný teplotní gradient během kalení nebo zbytkové napětí
- Nerovnoměrné nauhličení – mastnota a oxidy na dílech před procesem
Související normy
- ISO 18203 — měření tloušťky povrchově upravených vrstev
- DIN 50190 — hloubka kalené/nitridované vrstvy
- ISO 4490 — koheze povrchových vrstev