To jest właśnie to! Nawęglenie stali zachodzi, kiedy proces nagrzewania przebiega w atmosferze ubogiej w tlen, a za to bogatej w węgiel (czyli w niedomiarze powietrza – często przez obecność produktów spalania jak CO). W takich warunkach żelazo powierzchniowo „wchłania” węgiel z otoczenia. Zjawisko to jest wykorzystywane celowo w technologii obróbki cieplno-chemicznej, zwłaszcza przy produkcji części odpornych na ścieranie, np. kół zębatych czy wałków rozrządu. Dzięki nawęglaniu stal zyskuje twardą, odporną na zużycie powierzchnię (warstwę nawęgloną), przy zachowaniu ciągliwego, wytrzymałego rdzenia. Moim zdaniem to bardzo praktyczne, bo pozwala łączyć zalety różnych struktur stali w jednej części. Warto pamiętać, że typowa atmosfera do nawęglania to mieszanka gazów, gdzie poziom tlenu jest kontrolowany, a temperatura sięga okolic 900–950°C. Gdyby proces zachodził w nadmiarze powietrza, zamiast nawęglenia mielibyśmy odwęglenie, czyli dekarbonizację. W praktyce, niedomiar powietrza i obecność gazów zawierających związki węgla to podstawa do uzyskania pożądanego efektu nawęglania. Wielu praktyków podkreśla, że kontrola atmosfery w piecu to klucz do sukcesu. Nawęglaniem poprawia się właściwości eksploatacyjne stali, co jest zgodne z zaleceniami norm branżowych takich jak PN-EN ISO 2639.
To pytanie potrafi zmylić, bo temat utleniania czy odwęglania stali wydaje się intuicyjny, ale teoria i praktyka są tu nieco przewrotne. Spalenie stali tak naprawdę nie zachodzi w typowych przemysłowych warunkach cieplnych – żelazo i jego stopy nie spalają się jak drewno czy papier, nawet przy wysokiej temperaturze i obecności tlenu, choć oczywiście mogą tworzyć tlenki żelaza, czyli rdzewieć. Utlenianie stali faktycznie ma miejsce, gdy mamy nadmiar powietrza i wysoką temperaturę – powierzchnia stali pokrywa się wtedy warstwą tlenków. Natomiast odwęglenie (czyli dekarbonizacja) to proces odwrotny do nawęglania – stal traci węgiel z powierzchni, co jest niepożądane zwłaszcza w produkcji części wymagających twardej powierzchni. Dzieje się tak, gdy podczas nagrzewania zapewniamy zbyt dużą ilość tlenu (nadmiar powietrza), przez co węgiel „ucieka” w postaci CO₂ lub CO. Typowym błędem jest myślenie, że każdy proces cieplny w niedomiarze powietrza prowadzi do odwęglenia lub utleniania, podczas gdy właśnie wtedy stal pobiera węgiel z atmosfery, jeśli tylko znajdują się w niej odpowiednie związki. Równie często myli się pojecie „spalenia” z silnym utlenianiem – w praktyce nie ma to zastosowania w obróbce cieplnej stali. Takie niuanse są ważne, bo to one decydują o jakości gotowego wyrobu, a w technikum czy na produkcji warto to dobrze rozumieć, żeby nie popełnić drogich błędów. Podsumowując: tylko nawęglenie zachodzi w niedomiarze powietrza, reszta tych zjawisk wymaga zupełnie innych warunków procesowych.