Sorbityzacja odlewów

Aby uzyskać pożądane właściwości odlewów stosuje się szereg zabiegów pozwalających na dostosowanie ich konkretnych parametrów do funkcji jakie mają pełnić. Do takich zabiegów zalicza się między innymi obróbkę termiczną. W przeszłości pisaliśmy szerzej m.in. o obróbce cieplnej staliwa i żeliwa – dziś będzie interesowała nas z kolei sorbityzacja, znana również jako podhartowywanie, czy hartowanie powierzchniowe.

Z tego artykułu dowiesz się:

• czym jest sorbityzacja, 
• jakie są cele sorbityzacji,
• na czym polega proces sorbityzacji krok po kroku.
• i więcej!

Sorbityzacja 

Sorbityzacja jest procesem termicznym stosowanym w odlewnictwie, mającym na celu poprawę właściwości mechanicznych i strukturalnych odlewów. Polega ona na kontrolowanym chłodzeniu odlewów w warunkach, które umożliwiają uzyskanie pożądanej mikrostruktury materiału. Konkretniej, proces ten pozwala na przemianę struktury austenitycznej (zwiększającej odporność na korozję dzięki dodatkowi krzemu, chromu lub aluminium, o czym pisaliśmy tutaj) w strukturę sorbitową. Sorbit to z kolei drobnodyspersyjny cementyt w osnowie ferrytycznej, który jest bardziej plastyczny i wytrzymała niż austenit, co przekłada się na poprawę właściwości odlewu.

Proces sorbityzacji ma na celu zwiększenie twardości odlewów oraz poprawę ich wytrzymałości i odporności na pękanie. Jest szczególnie pożądany w przypadku odlewów żeliwnych i staliwnych, gdzie istotne jest równomierne rozprowadzenie perlitu w strukturze materiału. Perlit jest strukturą złożoną z warstw ferrytu i cementytu, która nadaje odlewom właściwości mechaniczne.

W trakcie sorbityzacji odlew jest podgrzewany do wysokiej temperatury, a następnie chłodzony w odpowiednich warunkach. Sorbityzacja odlewów wymaga precyzyjnego kontrolowania procesu chłodzenia, temperatury oraz czasu trwania, gdyż odpowiednie parametry chłodzenia pozwalają osiągnąć pożądane cechy strukturalne i mechaniczne odlewu.

Wprowadzenie procesu sorbityzacji może znacząco poprawić jakość i wytrzymałość odlewów, zwiększając ich wartość użytkową. Jest to istotne, zwłaszcza w przypadku zastosowania odlewów w branżach takich jak motoryzacja, branża maszynowa czy energetyczna, gdzie wymagane są komponenty o wysokiej wytrzymałości i trwałości, a jednocześnie o odpowiedniej elastyczności zastosowań.

Sorbit

Sorbit to składnik strukturalny będący mieszaniną ferrytu i cementytu o dyspersji (stanie rozproszenia substancji w roztworze) zmniejszającej się wraz ze wzrostem temperatury. Powstaje w stalach stopowych konstrukcyjnych do ulepszania cieplnego po wysokim odpuszczaniu w temperaturze ok. 400–600 °C. Cechuje się wysokimi parametrami wytrzymałościowymi i plastycznymi. Twardość sorbitu, w zależności od składu chemicznego materiału na odlew i warunków odpuszczania, wynosi od 44 do około 56 HRC (skala twardości Rockwella).

Cele sorbityzacji

Sorbityzacja w odlewnictwie ma kilka głównych celów, które mają na celu poprawę właściwości mechanicznych i strukturalnych odlewów. Jakie są główne cele sorbityzacji?

• Poprawa wytrzymałości: Proces sorbityzacji prowadzi do tworzenia struktury sorbitowej w odlewach, która charakteryzuje się wyższą wytrzymałością mechaniczną niż austenit. Sorbityzacja zwiększa twardość, wytrzymałość na rozciąganie, odporność na zużycie i odporność na pękanie odlewów.
• Zwiększenie odporności na zmęczenie: Sorbityzacja może poprawić odporność odlewów na zmęczenie i zwiększyć ich trwałość. Struktura sorbitowa ma zdolność do absorpcji energii i rozpraszania naprężeń, co zmniejsza ryzyko pęknięć i uszkodzeń spowodowanych cyklicznym obciążeniem.
• Odporność na odkształcenia: Proces sorbityzacji sprawia, że odlewy stają się bardziej odporne na odkształcenia. Jest to szczególnie istotne w przypadku elementów, które poddaje się naprężeniom i obciążeniom dynamicznym.
• Zwiększenie trwałości: Dzięki lepszym właściwościom mechanicznym odlewy poddane sorbityzacji są bardziej trwałe i odporne na uszkodzenia. Mają większą odporność na zużycie, korozję i działanie czynników zewnętrznych.
• Poprawa jakości: Sorbityzacja pozwala na uzyskanie odlewów o jednolitej, drobnoziarnistej strukturze, co przekłada się na wyższą jakość wyrobów. Poprawa struktury materiału zmniejsza ryzyko wystąpienia wad, takich jak pory, wtrącenia lub nierównomierne rozkładanie faz.

Te cele sorbityzacji mają na celu zapewnienie wysokiej jakości, trwałości i wydajności odlewów, które spełniają wymagania techniczne i funkcjonalne dla różnych branż. Poprawa właściwości mechanicznych odlewów pozwala na tworzenie komponentów o zwiększonej wytrzymałości, elastyczności i trwałości, co jest kluczowe w wielu zastosowaniach przemysłowych.

Sorbityzacja krok po kroku

Na czym dokładnie polega proces sorbityzacji?

1. Pierwszym etapem sorbityzacji jest podgrzewanie odlewów do odpowiedniej temperatury. Najczęściej jest to temperatura powyżej AC3, czyli takiej temperatury, w której ferryt całkowicie przemienia się w austenit
2. Następnie odlewy są utrzymywane przez określony czas we wskazanej temperaturze. Umożliwia to równomierne rozprowadzenie ciepła i osiągnięcie jednorodnej temperatury w całej objętości materiału. Czas ten może się różnić w zależności od rodzaju odlewów i ich wielkości.
3. Po upływie określonego czasu odlewy są chłodzone w kontrolowany sposób. Istnieje wiele metod chłodzenia, takich jak chłodzenie powolne, chłodzenie w kontrolowanej atmosferze lub chłodzenie w specjalnych płynach chłodzących. Wybór metody zależy od konkretnych wymagań procesu i pożądanej struktury odlewów.

Proces sorbityzacji odlewów wymaga precyzyjnej kontroli parametrów takich jak temperatura, czas trwania podgrzewania i chłodzenia oraz metoda chłodzenia. Dobrej jakości odlewy o pożądanej strukturze i właściwościach mechanicznych można osiągnąć dzięki odpowiedniemu doborowi tych parametrów.

Sorbityzacja jest zatem procesem stosowanym w odlewnictwie, pozwalającym na uzyskanie odlewów o wysokiej wytrzymałości i trwałości. Dzięki temu procesowi możliwe jest dostarczanie komponentów o doskonałych właściwościach mechanicznych do różnych branż.

Źródła:

Kilka słów o potrzebie i możności ulepszania szyn drogą sorbityzacji (zastępczego ulepszania).*) - inż. B. Kołomyjski

Obróbka cieplna i cieplno-chemiczna stali, dr inż. Bogdan Pawłowski 

Metaloznawstwo, pod red. Marii Głowackiej

Potrzebujesz pomocy w wycenie odlewów i doborze materiałów odlewniczych? Napisz do nas.

Chcesz zlecić wykonanie odlewów profesjonalistom? W tym przypadku sprawdź naszą ofertę.