Kérgesítési eljárások

A kérgesítő hőkezelések célja általában az alkatrészek felületi kopásállóságának fokozása, oly módon, hogy az alkatrészek magja szívós, tehát töréssel szemben ellenálló legyen. Ez kétféle elven valósítható meg.

• Olyan hőkezeléssel, mely esetén a kémiai összetétel a darabban nem változik, de a hőkezelési állapot, azaz a szerkezet igen. Ilyen esetben a mag szívósságát nemesített állapotbiztosítja, a kéreg edzett szerkezete pedig úgy hozható létre, hogy a emesített darabkérgét lokálisan ausztenitesítik és edzik. Ez lángedzéssel, indukciósedzéssel, elektronsugaras edzéssel, lézeredzéssel, stb. valósítható meg. Legelterjedtebb az indukciós edzéssel történőkérgesítés.
• A kérgesítés másik módja a termokémikus kezelés. Ez esetben a darab felületét valamilyen elemmel diffúziósan dúsítják, tehát a mag és a kéreg különböző kémiai összetételű.

Ezek közül az eljárások közül legelterjedtebbek a karbondiffundáltatással megvalósított betétedzés, és a nitrogén diffundáltatással járó nitridálás..

Indukciós edzés

Indukciós edzéshez megfelelő minőségű és hőkezelési állapotú darab szükséges:

• Az alkalmazott acélok általában nagy karbon tartalmú nemesíthető acélok, vagy gyengén ötvözött szerszámacélok. Fontos, hogy a karbont artalom elérje azt a mértéket, ami az előírt keménység biztosításához szükséges.Például 54 HRC eléréséhez minimálisan 0,4 %, 62 HRC eléréséhez minimálisan 0,6 % karbon szükséges. A karbon további növelése fokozza a kéreg kopásállóságát, de növeli az edzési repedés veszélyét.
• Indukciós edzés előtt a darabot nemesíteni szokás, mégpedig két okból. Egyrészt nemesítéssel biztosítható a mag nagy szilárdsága melletti szívóssága, másrészt a nemesített finom szferoidites szövet gyorsan ausztenitesíthető  ez pedig követelmény az igen rövid idejű ausztenitesítéssel jellemzett indukciós edzésnél (másodpercekben mérhető időintervallumról van szó)

Kisebb igények esetén a nemesítés normalizálással helyettesíthető. Sőt nagy karbon tartalmúszerszámacélok felhasználása esetén a mag akár lágyított állapotú is lehet. Külön kell beszélni az indukciós edzés hevítési és hűtési technológiájáról:

• Az indukciós kérgesítéskor a hevítendő darabot egy induktor tekercs veszi körül. Váltakozó feszültséggel táplálva a tekercset a munkadarabban feszültség indukálódik, ami nagy áramerősséget eredményez, ennek hatására a darab fölhevül.
• A váltakozó feszültség frekvenciájának növekedésével jelentkezik a „bőr” hatás. Azáram sűrűség eloszlás a darabban nem egyenletes, minél nagyobb a frekvencia, az áramannál vékonyabb felületi rétegben folyik. A frekvencia szabályzásával tehát beállítható az a felületi rétegvastagság, melyet lokálisan hevíteni szándékozunk. A rétegvastagság a frekvencián kívül a munkadarab anyagának villamos vezetőképességétől és mágneses permeabilitásától is függ, de a frekvencia a meghatározó  paraméter.
• Az indukciós edző berendezések között vannak változtatható frekvenciájú és kötött frekvencián dolgozó egységek. Változtatható frekvencia esetén a hevített rétegvastagság a frekvenciával állítható be. Kötött frekvencia esetén a hevülő réteg  astagság is kötött, ez meghatározza a minimális hevülő rétegvastagságot. Nagyobb edzett rétegvastagsági igény esetén a hevítés idejét kell növelni, a mélyebb rétegek hővezetéssel hevülnek. Általában a lokális hevítés miatt rövid hevítési időre ell törekedni. A szükséges ausztenitesítési hőmérséklet annál nagyobb, minél gyorsabb a hevítés. Sok esetben az edzés csak felhevítésből és lehűtésből áll, hőntartás alkalmazása nélkül. Hőntartásra leginkább a kötött frekvenciájú berendezéseknél lehet szükség, ha nagyobb rétegvastagságot kell elérni. Indukciós hevítésnél a jellemző hevítési sebesség több száz °C másodpercenként.
• Ez a nagy hevítési sebesség természetesen csak nagy teljesítményű áramforrás és optimálisan kialakított induktor (jó csatolás) esetén lehetséges.

Betétedzés ( cementálás)

A betétedzés lényege, hogy a kis karbon tartalmú acélok kérgébe karbont diffundáltatva a kéreg karbon tartalma a nemesíthető, sőt a szerszámacélokéra jellemző mértékűre növelhető. Ha ezt követően az egész darabot ausztenitesítik majd edzik, a mag a kis karbon tartalom miatt nem edződik be, lágy és szívós marad, a kéreg pedig a karbon tartalomnak megfelelő kopásállóságú lesz. A betétedzésű acélok lehetnek ötvözetlenek és ötvözöttek. Nagy mag szilárdsági és szívóssági követelmények esetén ötvözött minőségeket alkalmaznak.

A betétedzés technológiája két lépésből áll. A szenítés (cementálás) szakaszából és az ezt követőedzés + feszültségmentesítés szakaszából: A cementálás céljából a darabot karbon leadó közegben ausztenites állapotra hevítik és otthőn tartják. A felület karbonban telítődni igyekszik, és kialakul egy felületi karbon-eloszlás. A karbon tartalom a rétegben a felületi maximumtól az alapanyagra jellemző mag karbontartalomig csökken. Az optimális karbon eloszlás a követelményektől az előírt keménységtől és rétegvastagságtól függ. Az hogy a felületen milyen karbon tartalom alakul ki, a karbon leadó közegnek az illető acélra nézve adott hőmérsékletre érvényes un. karbonpotenciáljától (telítési érték) függ. A telítésközeli karbon tartalom a felületen néhány óra alatt beáll, a további hőn tartás diffúziósan növeli a rétegvastagságot. A korszerű technológiák változtatható karbonpotenciálú közeggel dolgoznak. A folyamatot nagy karbon potenciálú közeggel indítják (szenítő szakasz) majd a karbon potenciált csökkentve (diffúziós szakasz) a karbon eloszlás módosítására adnak lehetőséget. A szenítő és a diffúziós szakaszok paramétereivel optimális karbon eloszlású és rétegvastagságú kérgetlehet létrehozni. (Kéregvastagságnak általában az edzés után 550 HV keménységet adó helyfelülettő ( mért távolságát tekintik.) A betétedzés szokásos rétegvastagsága néhány tized mm-től kb. 3 mm-ig terjed, a darabméretektől és az igényektől függően. A kéreg maximális keménysége általában 58-63 HRC.A karbon leadó közeg lehet szilárd szemcsés (faszén vagy báriumkarbonát), sóolvadék (cianidok, szilíciumkarbid stb.), és gáz. Manapság csak a gáz cementálás tekinthető korszerűnek.

A cementáló gázokat szénhidrogénekből illetve földgázból állítják elő.A cementálás utáni hőkezelés általában edzés és feszültségmentesítés. Bizonyos esetekben a cementált darabot edzés előtt lágyítani kell. Erre akkor kerül sor, ha a cementálás után forgácsolni kell. Például ha a darab egyes helyein nem szabad kemény kéregnek lenni. Ezeken a helyeken a cementálás előtt forgácsolási ráhagyást alkalmaznak, melyet cementálás után leforgácsolnak. Korszerű technológiáknál erre általában nincs szükség, mert a darab kijelölt felületein a cementálódás speciális festékkel meggátolható. A cementálás utáni edzést, minthogy a kéreg lényegében nemesíthető illetve szerszámacélnak tekinthető, az ott tárgyaltak figyelembevételével kell tervezni. Az edzés utáni feszültségcsökkentésre az ötvözetlen vagy gyengén ötvözött szerszámacéloknál leírtak szerint kerül sor.

Nitridálás

A nitridálást nitrid képzőkkel ötvözött nemesített acélok kérgesítésére alkalmazzák. A nitridálás hőmérséklete valamivel kisebb, mint az acél megeresztési hőmérséklete. A betétedzéssel szemben ezért nitridálásnál méretváltozás és vetemedés gyakorlatilag nem jelentkezik. A nitridálás nitrogén leadó közegben történő hevítésből áll. A nitrogén a felületbe diffundálva ötvözőnitrideket alkot. Ezek igen nagy keménysége hozza létre a kéreg keménységet. A keménység meghaladhatja az l000...l200 HV keménységet, szemben a betétedzett kérgek maximálisan 850...900 HV keménységével. A kialakuló rétegvastagság elérését természetesen a hőkezelés ideje befolyásolja. Döntő azonban az acél kémiai összetétele is. Minél erősebb nitridképzőkkel és minél erősebben ötvözött acélról van szó, annál hamarabb kialakul egy összefüggőnek tekinthető ötvözőnitrid kéreg, melyen keresztül a nitrogén diffúzió lehetősége korlátozott. Ezért nitridálással csak tized mm nagyságrendbe eső kérgek alakíthatók ki.
A hagyományos nitridálás bontott ammóniában történik. Korszerű eljárások esetén a nitrogén beépülést légritkított térbe ionizált állapot létrehozásával nagy feszültség alkalmazásával gyorsítják.

Forrás: Az acélok hőkezelésének alapjai  ( Budapesti Műszaki Főiskola Bánki Donát Gépészmérnöki Főiskolai Kar Oktatási segédlet 2004) kell megereszteni. Többszöri megeresztésa szerszám szívóssága szempontjából előnyös.