Nawęglanie niskociśnieniowe (LPC)

LPC (ang. Low Pressure Carburizing) to proces utwardzania powierzchniowego wykonywany w piecu próżniowym z użyciem węglowodorów alifatycznych pod bardzo niskim ciśnieniem i w podwyższonych temperaturach w celu uzyskania twardej warstwy powierzchniowej odpuszczonego martenzytu i ciągliwego rdzenia. Ten rodzaj obróbki służy do zwiększenia odporności na zużycie i trwałości zmęczeniowej komponentów.

Korzyści

• Stosunek grubości warstwy głowa zęba : wrąb zęba koła zębatego wynosi prawie 1:1 (jednolity).
• Wysoka twardość pod powierzchnią w porównaniu z częściami nawęglanymi konwencjonalnie.
• Krótsze czasy cyklu
• Części można nawęglać w temperaturze od 930°C do 1000°C (od 1700° do 1830°F).
• Penetracja węgla w głębokich nieprzelotowych otworach daje równomierną twardość całego profilu.
• Nawęglanie małych otworów i otworów nieprzelotowych.
• Unikanie czyszczenia (mycia) części po obróbce cieplnej ze względu na hartowanie gazem pod wysokim ciśnieniem (hartowanie w strumieniu gazu).
• Redukcja zmian wymiarów dzięki niezależnemu od temperatury mechanizmowi wymiany ciepła podczas hartowania strumieniem gazu pod wysokim ciśnieniem ( konwekcja).
• Zwiększone właściwości mechaniczne — eliminacja strefy utlenienia wewnętrznego  (międzykrystalicznego), poprawione właściwości zmęczeniowych.
  • Kontrola wymiarów — mniejsze odkształcenia, przewidywalne i powtarzalne (ukierunkowane)
  • Przyjazność dla środowiska
  • Zmniejszona liczba etapów produkcji, takich jak szlifowanie końcowe, czyszczenie i kontrola
  • Zwiększona czystość produktów
  • Precyzyjna kontrola głębokości warstwy dyfuzyjnej, mikrostruktury i twardości
  • Większa równomierność głębokości warstwy dyfuzyjnej dla złożonych kształtów.  Grubości warstwy dyfuzyjnej w większości przypadków mogą być utrzymywana w granicach ± 0,05 mm.

Aplikacje i materiały

Do typowych zastosowań LPC należą koła zębate, wałki, osie, dysze, wtryskiwacze, trzpienie itd.

20CrNiMo2-2 / 1.6523 / AISI 8620
20MnCr5 / 1.7147 / AISI 5120
14NiCrMo13-4 / 1.6657 / AISI 9310
14NiCr14 / 1.5752 / AISI 3310

Dane procesowe

Nawęglanie niskociśnieniowe (LPC) z hartowaniem gazem pod wysokim ciśnieniem (HPGQ) jest stosowane głównie w kołach zębatych skrzyń biegów i wtryskiwaczach układu wtryskowego diesel wymagających równomiernej warstwy nawęglonej na każdej powierzchni części przy minimalnych zmianach wymiarowych. Proces tworzy bardzo czystą powierzchnię, co eliminuje dalsze czyszczenie części po obróbce cieplnej.

Proces realizowany jest w warunkach obniżonego ciśnienia (np. 5-20 mbar) w zakresie temperatur zapewniających występowanie jednorodnego austenitu (powyżej Ac3). Źródłem węgla są węglowodory alifatyczne ( propan C₃H₈, etylen C₂H₄, acetylen C₂H₂), które w wyniku termicznego rozkładu wytwarzają atomy węgla „in statu nascendi” dyfundujące w strefę przypowierzchniową materiału. Integralną częścią procesu nawęglania jest obróbka cieplna hartowania i odpuszczania. Detale po procesie nawęglania próżniowego charakteryzuje brak utlenienia wewnętrznego, wysoka czystość powierzchni. Programy symulacyjne wspomagające proces nawęglania próżniowego pozwalają na skrócenie czasu optymalizacji parametrów procesu i niezbędnych w tym celu wykonywanych prób produkcyjnych. Pozwalają na precyzyjne zaprojektowanie procesu i określonych właściwości warstwy nawęglonej. Ponadto procesy nawęglania próżniowego charakteryzuje bardzo wysoka wydajność produkcyjna.