Using Bulk Analysis to Characterize the Carbon Gradient in Carburized Steel (GDS900)

Význam tématu

Carburizace oceli je klíčová povrchová úprava zvyšující tvrdost a odolnost proti opotřebení. Přesné stanovení uhlíkového gradientu v karbidizační vrstvě je nezbytné pro řízení kvality výrobků a optimalizaci výrobního procesu. Tradiční mechanické odběry vzorků mohou vést k kontaminaci a zkreslení výsledků, proto poskytuje přímá in situ analýza uhlíku vysokou přesnost a spolehlivost.

Cíle a přehled studie / článku

Studie demonstruje využití spektrometru GDS900 pro detailní určení rozložení uhlíku v karbidizační vrstvě oceli. Cílem je:

• Validovat základní složení oceli před karbidizací.
• Změřit povrchovou koncentraci uhlíku.
• Mapovat změnu obsahu uhlíku vrstva po vrstvě pomocí metody „analyze–grind–analyze“.
• Potvrdit návrat k základní koncentraci uhlíku v jádře materiálu.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda spočívá v následujících krocích:

• Prvotní analýza nepřipraveného povrchu do hloubky přibližně 100 µm.
• Postupné odbrušování 100 µm pásovou bruskou a následná analýza čerstvě odhaleného povrchu.
• Opakování cyklu až do dosažení základního materiálu.

Instruktáž:
Uhlíkové kalibrace jsou založeny na lineárních křivkách s CRM a RM (NIST, Brammer, CKD, MBH, IARM) a drift je kontrolován homogenními standardy.

Použitá instrumentace

• Spektrometr LECO GDS900 (Glow Discharge OES/AES).
• Pásová bruska LECO BG Series se 120-grit korundovým pásem.
• Leštička LECO PX Series s diskem 12"/8" a 220-grit korundovým povrchem.
• Digitální posuvné měřítko pro stanovení hloubky odbrusu.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza nepřipraveného povrchu ukázala až 0,8 % uhlíku. Při postupném odbrušování docházelo k lineárnímu poklesu uhlíkové koncentrace až na 0,2 % po odstranění 1100 µm materiálu. Stabilizace obsahu uhlíku odpovídala koncentraci v základní oceli, což potvrdila trojnásobná opakování měření a srovnání výsledků. Detailní bulk analýza základního materiálu stanovila průměrné složení: C 0,20 %, Cr 0,72 %, Mn 0,94 %, Fe 97,42 % a další stopové prvky s nízkou odchylkou.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda glow discharge OES umožňuje:

• Přímé měření uhlíku bez nutnosti mechanického odběru vzorků.
• Vysokou přesnost a opakovatelnost v produkčním prostředí.
• Komplexní charakterizaci karbidizační vrstvy pro řízení tepelného zpracování.
• Rychlou kontrolu jak na povrchu, tak ve vrstvách do více než 1 mm hloubky.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další vývoj v oblasti:

• Zvýšení prostorového rozlišení pro tenčí vrstvy.
• Integrace automatizovaných odběrových systémů pro kontinuální kontrolu.
• Propojení s datovými platformami pro pokročilé analýzy pomocí strojového učení.
• Rozšíření aplikací na nové materiály a kompozity.

Závěr

Glow discharge spektrometrie na GDS900 představuje efektivní a přesný nástroj pro stanovení uhlíkového gradientu v karbidizovaných ocelích. Metoda minimalizuje riziko kontaminace, umožňuje rychlou a opakovatelnou analýzu a poskytuje klíčová data pro optimalizaci povrchových úprav.

Reference

• LECO Corporation. Using Bulk Analysis to Characterize the Carbon Gradient in Carburized Steel. Application Note GDS900, 10/20—REV1.