Grupa stali konstrukcyjnych stopowych maszynowych do obróbki cieplno-chemicznej, w których po zabiegu nawęglania lub cyjanowania, oraz obróbce cieplnej oczekuje się otrzymania twardej i odpornej na zużycie ścierne powierzchni wyrobu przy zachowaniu odpowiednio dużej ciągliwości rdzenia. Z tego względu najczęściej są one stosowane i nazywane jako stale na koła zębate.

Obróbka cieplno-chemiczna stali do nawęglania

Twardość i odporną na ścieranie powierzchnię uzyskuje się przez nasycenie jej węglem na głębokość w przedziale 0,8 – 1,5mm oraz obróbkę cieplną, której późniejszymi etapami jest hartowanie oraz odpuszczanie. Stale z tej podgrupy charakteryzują się dość niską zawartością węgla w składzie chemicznym – maks. 0,25%, w porównaniu do innych stali konstrukcyjnych stopowych (np. Stali do ulepszania).

W stosunku do innych metod utwardzania powierzchni, takich jak azotowania, cyjanowania, czy też hartowania powierzchniowego, przy nawęglonej powierzchni wyrobu, badając własności i twardość materiału wgłąb rdzenia, parametry maleją nie gwałtownie, a stopniowo.Należy jednak pamiętać, aby zapobiec powstaniu warstwy nadeutektoidalnej, zaleca się stosować łagodnie działające środki nawęglające powierzchnię materiału.

Proces nawęglania w zależności od gatunku stali przeprowadzany jest w przedziale temperatur od ok. 880 – 1050℃. Późniejszy proces hartowania dla rdzenia wynosi 880-920℃, w który można wejść zaraz po zabiegu nawęglania. Hartowanie warstw nawęglonych to temperatury zakresu 780-820℃. Odpuszczanie zaś przeprowadzane jest w temperaturach ok. 150-200℃.

Skład chemiczny

Najczęściej występującymi dodatkami stopowymi w stalach do nawęglania jest Chrom w przedziale 0,7-2,1% stężenia, Mangan – Mn, Molibden – Mo, oraz Nikiel - Ni. Prócz chromu, dodawane są również pierwiastki poprawiające i zapobiegające pogorszeniu nadanych własności, takie jak Tytan – Ti, Wanad – V, Wolfram – W, oraz Bor – B. Chrom, Nikiel oraz Mangan podwyższają hartowność stali, oraz ciągliwość rdzenia. Bor dodawany do stali chromowo-manganowych zwiększa ciągliwość obrobionej cieplnie warstwy materiału. Wszystkie stale do nawęglania są produkowane jako uspokojone.

Zastosowanie

Na mniejsze koła zębate i inne drobne podzespoły w warunkach spokojnej pracy, stosowane są gatunki chromowo – manganowe 14HG, 16HG, 20HG, oraz 18HGT ze względu na niższe własności wytrzymałościowe rdzenia. Również stale chromowe takie jak 15H, 17Cr3, 20H, czy 28Cr4 wykazują tak samo niskie parametry. Dodatek tytanu w gatunku 18HGT wstrzymuje rozrost ziarn w stalach z wysokim stężeniem manganu, oraz pozwala na podwyższenie temperatury nawęglania i skraca czas trwania pierwszego etapu obróbki cieplnej.

Na większe podzespoły jak wały i koła zębate stosuje się stale chromowo – manganowo - molibdenowe oraz chromowo – molibdenowe, takie jak 14HGM, 15HGM, 18HGM, 19HM oraz 17HGN, które charakteryzują się dość wysoką wytrzymałością powierzchni oraz dużą plastycznością rdzenia. Z pośród wcześniej wymienionych, w środowisku narażonym dodatkowo na silne i zmienne przeciążenia, oraz uderzenia, gdzie wymagana jest najwyższa wytrzymałość i ciągliwości rdzenia, najlepszym wyborem są gatunki chromowo niklowe, lub chromowo-niklowe uzupełnione dodatkowo wolframem lub dodatkiem molibdenu jak 15HN, 12HN3A, 12H2N4A, 18H2N2, 20HN3A, 20H2N4A , 18H2N4WA czy też 18H2N4MA.

Normy

Powyżej opisane stale stopowe do nawęglania określają normy PN-58/H-84029, PN-72/H-84035, PN-89/H-84030 oraz euronorma PN-EN 10084, wg których dostarczane są:

Taśmy zimnowalcowane do nawęglania wg EN 10132-2
Rury do nawęglania bez szwu wg PN-EN 10297-1
Blachy do nawęglania walcowane wg PN-EN 10051
Odkuwki i pręty swobodnie kute do nawęglania wg PN-79/H-94500, PN-60/H-94010, PN-EN 10250-3
Pręty do nawęglania walcowane wg PN-60/H-93013, PN-EN 10263-3
Pręty o powierzchni jasnej do nawęglania wg PN-EN 10277-4
Druty oraz walcówka do nawęglania wg PN-EN 10263-3