Microstructural Changes during Vacuum Carburizing of Steels
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Mihael Bruncko
Abstract
Vacuum carburizing is a modern, very efficient and environmentally friendly process for case hardening of steels. Nowadays the technology has replaced atmosphere carburizing in many cases due to better repeatability and uniformity of heat treated samples. The process of vacuum carburizing is performed under oxygen free hydrocarbon gas atmosphere (usually pure acetylene) at partial pressure lower than 20mbar and in conditions which are far from thermodynamic equilibrium. The process consists of the cycles of active (saturation) and passive (diffusion) stages. Desired case depth and corresponding target concentration profile of carbon can be supervised by controlling the duration of these two stages.
Kurzfassung
Die Vakuumaufkohlung ist ein moderner, sehr effizienter und umweltfreundlicher Prozess zur Einsatzhärtung von Stählen. Die Vakuumtechnologie ersetzt heute aufgrund besserer Reproduzierbarkeit und Gleichförmigkeit der wärmebehandelten Proben in vielen Fällen das Aufkohlen mithilfe der Atmosphärentechnologie. Der Vorgang der Vakuumaufkohlung findet in einer sauerstofffreien Kohlenwasserstoffgasatmosphäre (üblicherweise reines Acetylen) bei einem Partialdruck unter 20mbar und unter fern vom thermodynamischen Gleichgewicht liegenden Bedingungen statt. Der Vorgang setzt sich aus Zyklen aktiver (Sättigung) und passiver (Diffusion) Phasen zusammen. Die gewünschte Einsatzhärtungstiefe und das entsprechende Sollkonzentrationsprofil des Kohlenstoffs kann über die Kontrolle der Dauer dieser beiden Phasen überwacht werden.
Der vorliegende Beitrag behandelt die zerstörungsfreie in-situ-Charakterisierung des Vakuumaufkohlungsvorgangs. Hierfür wurde das spezielle Laborgerät eingerichtet. Es ermöglicht eine Messung der Kohlenstoffdiffusion während des Vakuumaufkohlungsvorgangs durch das Erfassen des elektrischen Widerstandes. Wir haben die Kinetiken des Vorgangs und die mikrostrukturellen Veränderungen während des Aufkohlens reinen Eisens und korrosionsbeständigen Edelstahls in einer Niederdruck-Acetylenatmosphäre bestimmt. Weitere metallographische Untersuchungen mithilfe des Licht- und des Rasterelektronenmikroskops konnten belegen, dass dieses in-situ-Verfahren gut dafür geeignet ist, die Dicke der aufgekohlten Zone zu bestimmen.
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© 2011, Carl Hanser Verlag, München
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