Quantitative Depth Profile (QDP) Analysis of Carburized Steel

Význam tématu

Karburace oceli patří mezi klíčové tepelné úpravy pro zvýšení odolnosti povrchu vůči opotřebení, nárazům a tření. Měření hloubky kalené vrstvy a rozložení uhlíku umožňuje optimalizaci procesu, zajištění konzistentní kvality dílů a úsporu nákladů v průmyslové výrobě.

Cíle a přehled studie

Cílem studie je demonstrovat využití Glow Discharge Atomic Emission Spectrometry (GD-AES) pro kvantitativní hloubkovou analýzu karburizované oceli typu PW53. Výsledky jsou porovnány s klasickou metalografií a měřením tvrdosti, aby se potvrdila spolehlivost metody.

Použitá metodika a instrumentace

• GD-AES na přístroji LECO GDS850A: vrstevnaté odstranění materiálu a měření emisí kovových prvků v hloubce.
• Vickersova tvrdost LV700AT a Rockwellova C tvrdost LCR500 pro korelaci s chemickým složením.
• CS600 pro potvrzení substrátové koncentrace uhlíku metodou spalovací analýzy.
• MSX250A sectioner, PR-25 vrtací lis, GPX300 polirka, GX51 metalografický mikroskop pro přípravu a zobrazení vzorku.
• LM247AT s AMH43 pro mikrotvrdostní Knoopův test na příčném řezu.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza ukázala vysokou koncentraci uhlíku (přibližně 2,9 % hmotn.) v hloubce kolem 0,5 µm, která klesá na ~0,6 % do 5 µm a stabilizuje se kolem 0,12 % ve větších hloubkách. Tvrdost povrchové vrstvy dosahovala HRC 60–63, s klesající hodnotou až na ~40 HRC ve vzdálenosti ~2,3 mm, odpovídající substrátu. Metalografický řez potvrdil přechod mezi kalenou vrstvou a jádrem oceli a mikrotvrdostní profil definoval tloušťku kalené vrstvy zhruba 1,5–2 mm.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá, vrstvená chemická analýza ve spádu hloubky bez nutnosti opakované přípravy řezů.
• Možnost souběžného měření tvrdosti a chemického složení pro komplexní charakterizaci kalené vrstvy.
• Efektivní nástroj pro kontrolu kvality a optimalizaci karburace ve výrobních provozech.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace GD-AES s automatizovanou analýzou dat a modelováním difuzních procesů.
• Rozšíření aplikace na další povrchové úpravy (nitridace, chromování) a materiály.
• Zvýšení prostorového rozlišení a citlivosti měření pro tenké vrstvy.
• Kombinace s dalšími technikami (SEM-EDX, SIMS) pro pokročilou multi-modalitu.

Závěr

Quantitative Depth Profile analýza pomocí GD-AES na LECO GDS850A prokázala spolehlivé určení hloubky karburizované vrstvy, rozložení uhlíku a změny složení slitiny současně s tvrdostí. Metoda nabízí rychlou a přesnou alternativu k tradiční metalografii a tvrdostním testům.

Reference

LECO Corporation Form No. 209-076-036, 10/07-REV0, © 2007 LECO Corporation