Nawęglanie w warunkach "amatorskich" - działa

Spawalnictwo i obróbka cieplna

Autor tematu
acetylenek
Specjalista poziom 2 (min. 300)
Specjalista poziom 2 (min. 300)
Posty w temacie: 5
Posty: 577
Rejestracja: 12 mar 2006, 21:46
Lokalizacja: Kraków/Olkusz

Nawęglanie w warunkach "amatorskich" - działa

#1

Post napisał: acetylenek » 06 sie 2013, 00:18

Napisałem w cudzysłowu bo nie w piekarniku czy nad kuchenką gazową.

Opiszę moje boje z nawęglaniem stali które może powtórzyć każdy kto ma piecyk który umożliwia grzania w miarę stabilne do temperatury 900st. C z materiałami dostępnymi powszechnie.

Piec który posiadam gdzieś na forum opisywałem. 17 cm izolacji z każdej strony - płyty i mata włóknista, grzałki z wkładu do pieca kaflowego - spirala na szamocie - 2 szt. na ścianach prawej i lewej. Termopara z miernika za 50 zł i ok 300 zł za sterownik PID do termopary.

Nawęglanie jak można wyczytać w internecie i poradnikach przeprowadza się
-gazowo
-w proszkach
-za pomocą past
-kąpielowe.

Wybrałem jako najprostsze i najbardziej dostępne nawęglanie proszkowe w skrzyni stalowej. Według poradnika wkłada się przedmiot do skrzyni zasypuje proszkiem do nawęglania i wygrzewa w odpowiedniej temperaturze.

Teraz pytania jakie się pojawiają co to za magiczny proszek? Jak ma wyglądać taka skrzynia?

Poradnik mówi że to mieszanina węgla z twardego drewna 3-5mm granulki i 10-15% węglanu sodu, węglanu baru lub innych środków przyspieszających nawęglanie.

Proszek do nawęglania sporządziłem z dostępnych powszechnie materiałów czyli węgla drzewnego (pewnie brykiet też się nada) i ... sody oczyszczonej.

Węgiel zmieliłem na drobny proszek w młynie kulowym (wałeczkowym) po wstępnym pokruszeniu. Soda oczyszczona to w zasadzie wodorowęglan sodu ale w podwyższonej temperaturze traci on dwutlenek węgla i ... mamy węglan sodu.
Dałem 20% sody oczyszczonej w stosunku do węgla.

Skrzynka hermetyzowana została zbudowana z blachy 3mm "zwykłej" w postaci pudełka prostopadłościennego z luzem ok 2cm z każdej strony pieca, otwartego na górze. Poniżej krawędzi od wewnątrz został dospawany kątownik 10x10mm (zrobiony we własnym zakresie z blachy 1mm) tak aby utworzyć kanalik 10x10 wokół górnej krawędzi skrzynki. Pokrywa była z blachy 3mm z dospawanym kątownikiem 10x10 tak aby jego ramię wchodziło w kanalik skrzyni.

Cały ten system ma zapewnić odrobinę szczelności. W kanalik U kształtny wsypałem piasek (zwykły z piaskownicy) po nałożeniu pokrywy całość jest wystarczająco szczelna.

Wsad stanowiły wałeczki fi16 l-30 ze stali 40h lub 40hm ok 300 szt. oraz kawałek "zwykłej" blachy 3mm grubości - ścinek po robieniu pudełka.

Ten odpadowy kawałek miał służyć do testowania.

Poukładałem wałeczki jeden na drugim warstwami przesypując mieszaniną nawęglającą na wierzch jeszcze 1cm nadmiaru.

Wygrzewanie było przeprowadzane w 900 st. C. Skrzynia osiągała tą temperaturę ok 2-3godziny - barwa skrzyni po otwarciu była taka sama jak reszty pieca. Od tego momentu liczyłem 8 godzin. Nawęglanie w proszkach daje ok 0,1mm grubości na każdą godzinę i jego zawartość w tej warstwie ok 1% - to dość sporo.

Po planowanym czasie wygrzewania otworzyłem piec i po kilku godzinach dało się wyjąć skrzynię - mając wózek albo inny stabilny sposób rozładunku skrzyni można od razu ją wyjąć i chłodzić skrzynkę w powietrzu a nie w piecu. Można też wyjąć przedmiot ze skrzyni odczekać chwilkę aby się ochłodził do temperatury hartowania (z reguły jest to znacznie mniej niż 900st C) i do oleju hartowniczego.

Ponieważ nie mam oleju hartowniczego a w silnikowym była za mała prędkość chłodzenia - nie zahartowało się - użyłem lekko ciepłej wody. Użycie wody może powodować pęknięcia ale jest ona łatwo dostępna i można regulować jej prędkość chłodzenia poprzez dodatki lub zmianę temperatury.

Po ochłodzeniu na tyle że węgiel po otwarciu się już nie zapalał odsiałem wałeczki od węgla. Po próbach hartowania przyjąłem jako medium chłodzące lekko ciepłą wodę.

Sposób i czas nagrzewania i austenityzowanie dobrałem na wyczucie.
Wyższa temperatura pieca przyspiesza nagrzewanie ale może powodować rozrost ziarna i pękanie przy hartowaniu, zbyt długie grzanie odwęgla nadmiernie powierzchnię.

Przyjąłem metodą prób i poprawek że temperatura pieca będzie wynosić 890 st.C a czas nagrzewania i wygrzewania będzie ok 15 minut łącznie a w zasadzie za czas wyjęcia z pieca wsadu obrałem jego ponowne nagrzanie się do 890 st. C
Wałeczki ułożone były w 3 rzędach po 10szt. w dostępach ok 5mm na blaszanej podstawce z uchem do trzymania. Podstawka była przytrzymywana za ucho i wkładana do pieca łopatką z blachy jak chlebek do pieca.

Po hartowaniu powierzchnia była lekko odwęglona przez co próba na pilnik nie do końca była dobrym pomysłem (po twardym np. łożysko toczne pilnik się ślizga). Po oczyszczeniu powierzchni pilnik się ślizga jak łyżwa po lodzie. W porównaniu do łożyska to łożysko pilnikiem iglakiem troszkę można liznąć i lekko łapie a te wałeczki nie.

Próbka z blachy została przed nawęglaniem delikatnie zaprofilowana na ostrze po jego naostrzeniu goli jak brzytwa i robi wrażenie.

Dobrze nawęgliliśmy sobie stal ale skąd o tym wiemy?

1. Blachy st3 itp. nie da się zahartować tak żeby się po niej pilnik iglak ślizgał i zrobić z niej brzytwy.
2. Podczas szlifowania snop iskier jest wyraźnie większy dla stali nawęglonek ok 1%C niż ten sam kawałek blachy nie nawęglony przy podobnym nacisku na kamień szlifierski.

Po próbach określenia twardości pilnikiem okazało się że jest to metoda zawodna. Użyłem więc starego wiertła widiowego odpowiednio zaostrzonego w stożek. Naciskając rękę z całej siły - za każdym razem podobnej - widać gołym okiem co jest twarde a co nie. W stali narzędziowej - stalka do toczenia - oraz bieżni łożyska widać ledwo punkcik dla miękkiej blachy 1mm to prawie na wylot jest wgłębienie. Można by się pokusić o zrobienie prowadzenia i określonego nacisku za pomocą ciężarka i dźwigni oraz pomiar powierzchni z wykorzystaniem mikroskopu lub głębokości zagłębienia czujnikiem i wyznaczyć skalę względem jakiejś znanej skali twardości lub tylko w celu porównawczym.

Odpuszczanie kilka godzin 200st. C chłodzenie z piecem po jego wyłączeniu.

Wałeczki będą mielnikami w młynie kulowym do rozdrabniania między innymi materiałów na ceramikę więc odporność na ścieranie jest pożądana. Można było użyć innej stali zamiast 40h np. takiej którą bez dodatkowej obróbki można zahartować do dużych twardości i to w oleju.

Jak będzie ktoś zainteresowany to dodam zdjęcia.

Pytanie do praktyków odnośnie czasu nagrzewania temperatury pieca, temperatury hartowania jak to się robi fachowo?
Czyli jak mam temperaturę hartowania dla 40h podaną w karcie 820 - 870st. C to jest temperatura pieca czy piec ma mieć + 30 st. C czy jeszcze jakoś inaczej?
Ja założyłem że jeśli kolor wsadu jest podobny do otoczenia a termometr pokazuje 890st. C to wałeczki właśnie się nagrzały na powierzchni do tej temperatury a mnie potrzebna twardość powierzchniowa więc wystarczy.



Awatar użytkownika

grg12
ELITA FORUM (min. 1000)
ELITA FORUM (min. 1000)
Posty w temacie: 2
Posty: 1663
Rejestracja: 03 sty 2007, 14:27
Lokalizacja: Wiedeń

#2

Post napisał: grg12 » 06 sie 2013, 07:23

Dzięki za dokładny opis. Przy okazji - temperaturę i szybkość hartowania dobierałeś dla stali 1% czy jakoś inaczej?


Autor tematu
acetylenek
Specjalista poziom 2 (min. 300)
Specjalista poziom 2 (min. 300)
Posty w temacie: 5
Posty: 577
Rejestracja: 12 mar 2006, 21:46
Lokalizacja: Kraków/Olkusz

#3

Post napisał: acetylenek » 06 sie 2013, 10:49

Temperaturę dobierałem na ... wyczucie.

Według poradnika:
Można zrobić hartowanie bezpośrednie z podstudzaniem do temperatury 800 - 850st.C w specjalnych komorach (można by poczekać aż w piecu ostygnie do tej temperatury - jeśli tylko nie mamy następnego wsadu a raczej amator wielkich serii nie robi i wtedy "specjalnej komory" nie potrzeba).

Chłodzić powolnie to temperatury otoczenia (to mój przypadek bo inaczej nie miałem jak wyjąć skrzyni - zbyt niebezpieczne dla pieca bo jest delikatny a ciężar odczuwalny rośnie z temperaturą - jakieś 18 kg na długim "kiju" i nie obić pieca bo 2cm luzu jest na stronę a żar daje po twarzy, wolałem poczekać). Ponownie nagrzać do 760 - 800 st.C "Stosuje się do stali nieskłonnych do przegrzania, zwłaszcza po nawęglaniu w proszkach" [1]

Hartowanie dwukrotne - pierwsze z 900st.C do oleju dla rozdrobnienia struktury i drugie z 760-780 do oleju lub wody - zależnie od rodzaju stali - dla polepszenia struktury warstwy nawęglonej. Stosuje się do stali gruboziarnistych i skłonnych do przegrzania i przy bardzo grubych warstwach > 1,5mm Po zahartowaniu tym lub innym sposobem należy odpuścić w 150-180 st.C przez 2 godziny.

Tak podaje poradnik.


1 -str. 1209 - Poradnik warsztatowca mechanika WNT Warszawa wydanie 5 rok 1969.


InzSpawalnik
ELITA FORUM (min. 1000)
ELITA FORUM (min. 1000)
Posty w temacie: 2
Posty: 1693
Rejestracja: 28 gru 2012, 01:04
Lokalizacja: Galaktyka

#4

Post napisał: InzSpawalnik » 07 sie 2013, 11:43

Hej Acetylenku, a z tymi waleczkami w tym mlynie nie bedzie tak ze to ceramiczne scierniwo ktore jest znacznie twardsze niz ta nawet zahartowana i naweglona powierzchnia Twojej zwyklej stali zedrze te milimetrowa ( a prawdopodobnie nawet ciensza ) twarda warstwe a pozniejpojdzie w glab tej miekkiej stali jak w maselko ? Proba pilnikiem to scieranie metal-metal, duzy nacisk na jednostke powierzchni, opor tarcia. Kruszenie ceramiki to calkiem inna sprawa, multi-krotne uderzenia medium o twardosci znaczo wyzszej niz bazowy material, scieranie, niski nacisk. Wielkosc ziarna jak mysle okolo kilku milimetrow i ponizej. Idealny material to kompozyt z malymi weglikami tytanu, chromu itp.

Tak cay owak, bardzo podobal mi sie pis metody naweglania i hartowania.


Autor tematu
acetylenek
Specjalista poziom 2 (min. 300)
Specjalista poziom 2 (min. 300)
Posty w temacie: 5
Posty: 577
Rejestracja: 12 mar 2006, 21:46
Lokalizacja: Kraków/Olkusz

#5

Post napisał: acetylenek » 08 sie 2013, 06:23

Tak cay owak, bardzo podobal mi sie pis metody naweglania i hartowania.
Dziękuje.

Nie znalazłem nigdzie tak wytłumaczonego tematu dla amatora a nawet dla nie amatora. Jak już przeszedłem tą drogą sam to chciałbym innym ułatwić bo w gruncie rzeczy to jest dość proste. Dla mnie np. istotne jest to że wystarczy soda oczyszczona ze sklepu spożywczego choć są wymieniane inne sole np. węglan baru. To że się z tej sody CO2 wydziela w trakcie nikomu nie przeszkadza.

Zużywać się będą na pewno i na pewno będą mielić, jednak dłużej wytrzymają nawęglone niż nie. Do testów i prac amatorskich wystarczy, pod spodem też jest twardy materiał tylko troszkę mniej 40H/40HM raczej w takich warunkach jest zahartowana na wskroś.

W kolejce jest jeszcze borowanie (nie mylić z wierceniem :-) ) jednak jako "troszkę" bardziej kłopotliwe i mniej dostępne na razie czeka w kolejce na "rozpracowanie". Do borowania można w zasadzie używać tych samych narzędzi (piec skrzynka) co w nawęglaniu tylko proszek troszkę trudniej zrobić.

Mam jeszcze palnik do napawania proszkowego CastolinTaki i proszek na bazie niklu o dobrej odporności na ścieranie i uderzenie.

Tylko jak jadę do sklepu po bułkę to nie będę budował tira do tego.
To jest wyczucie między inwestycją, nakładami pracy a efektem i wykorzystaniem w późniejszym czasie.

Skupiłbym się jednak na samym nawęglaniu gdyż temat wykonywania tego przez amatorów praktycznie nie istnieje. Super "fajne" kule i kształtki do wykładania młynów kulowych na bazie materiałów wysoko glinowych są dostępne ale to chyba nie ta liga - takie kulki.

Mnie ciekawi jak fachowcy dobierają czas, temperaturę nagrzewania, wygrzewania przed hartowaniem oraz jak się hartuje setki drobnych wyrobów. Jak dałem do pojemnika dużo wałeczków a nie były nawęglone to po wrzuceniu do 60l beczki z wodą nie bardzo osiągnąłem krytyczną prędkość chłodzenia. Nawęglone i partiami po 30 szt jest ok ale to bardzo długo trwa np. 10 wsadów po 30 żeby było 300 a to raptem 4dm3 wałeczków. Gdzieś na jak to jest zrobione widziałem takie elementy w koszyku i były zanurzane razem z koszem w oleju.

Awatar użytkownika

RomanJ4
Lider FORUM (min. 2000)
Lider FORUM (min. 2000)
Posty w temacie: 1
Posty: 11546
Rejestracja: 17 mar 2009, 08:55
Lokalizacja: Skępe

#6

Post napisał: RomanJ4 » 08 sie 2013, 10:32

Nawęglałem kiedyś amatorsko (lata 80-te) w piecu silitowym własnoręcznie zrobione przeze mnie ze stali narzędziowej rozwiertaki Morse'a 3 (zdzierak i wykańczak, dostać je wtedy w CEZASie to było marzenie ściętej głowy) w szczelnej tubie z nakrętką, wykonanej ze stali żaroodpornej.
Wkładem nawęglającym był sproszkowany grafit pomieszany z węglem drzewnym. Bez sody, parametrów grzania niestety nie pamiętam, a opierałem się na Poradniku Narzędziowca (o internecie wtedy jeszcze nikt nawet nie słyszał).
Nawęglanie wyszło nawet dość dobrze jak na taką amatorszczyznę, co było widać przy szlifowaniu chwytów Morse'a i wyprowadzaniu ostrzy (NUA25) Tyle, że dość kruchy rdzeń był przyczyną późniejszego pęknięcia wykańczaka (przy upadku na beton).. Nawet mam go gdzieś jeszcze w szpargałach.. :cool:

Piec sylitowy mam nadal, wiec cenne porady kolegi acetylenka może się kiedyś jeszcze przydadzą.. Dzięki :grin:
pozdrawiam,
Roman


InzSpawalnik
ELITA FORUM (min. 1000)
ELITA FORUM (min. 1000)
Posty w temacie: 2
Posty: 1693
Rejestracja: 28 gru 2012, 01:04
Lokalizacja: Galaktyka

#7

Post napisał: InzSpawalnik » 08 sie 2013, 13:17

Acetylenku co z azotowaniem, zanim zajmiesz sie borowaniem bardzo chetnie poczytamy o Twoich doswiadczeniach z tym rodzajem obrobki powierzchni...


Autor tematu
acetylenek
Specjalista poziom 2 (min. 300)
Specjalista poziom 2 (min. 300)
Posty w temacie: 5
Posty: 577
Rejestracja: 12 mar 2006, 21:46
Lokalizacja: Kraków/Olkusz

#8

Post napisał: acetylenek » 08 sie 2013, 14:09

Azotowanie jest obiektywnie rzecz biorąc bardziej skomplikowane i niebezpieczne niż nawęglanie i borowanie dlatego taka kolejność. Może kiedyś nad tym pomyślę "amatorskie azotowanie" tylko to już ciężko by nazwać amatorskim.

Przygotowanie proszku do borowania o składzie
99,5%[70-80%Al2O3+30-20%(65-75% B2O3+35-25% Al)]+0,5%NaF
to nie jest takie trudne. Jedynie fluorek sodu jest niepokojący ze względów bezpieczeństwa.

Zupełnie inna sprawa piec z gazowym amoniakiem lub kąpiel w stopionym cyjanku.
Jeszcze potrzebna jest stal podatna na azotowanie a nawęglić i borować można wszystko.


GumiRobot
Specjalista poziom 3 (min. 600)
Specjalista poziom 3 (min. 600)
Posty w temacie: 1
Posty: 685
Rejestracja: 21 mar 2005, 18:51
Lokalizacja: Trójmiasto

#9

Post napisał: GumiRobot » 09 sie 2013, 09:02

Po co komu te paskudztwa do azotowania, wystarczy dzwon próżniowy, azot i wysokie napięcie a azotować wówczas można prawie wszystko.

Awatar użytkownika

grg12
ELITA FORUM (min. 1000)
ELITA FORUM (min. 1000)
Posty w temacie: 2
Posty: 1663
Rejestracja: 03 sty 2007, 14:27
Lokalizacja: Wiedeń

#10

Post napisał: grg12 » 09 sie 2013, 09:09

GumiRobot pisze:Po co komu te paskudztwa do azotowania, wystarczy dzwon próżniowy, azot i wysokie napięcie a azotować wówczas można prawie wszystko.
"wystarczy"? Ale jeśli już jesteśmy przy temacie - wystarczy mechaniczna pompa próżoniowa (klasy 1-5Pa) czy trzeba coś lepszego? Strasznie mnie kusi żeby się pobawić - problem w tym że większość interesujących rzeczy (np. napylanie) wymaga wysokiej próżni.

ODPOWIEDZ Poprzedni tematNastępny temat

Wróć do „Spawalnictwo i obróbka cieplna”