Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Nitridování oceli je relativně nová technologie difúzního nasycení povrchové vrstvy dusíkem. Jeho autorem byl akademik N. P. Chizhevsky, který navrhl pomocí unikátní techniky výrazně zlepšit pracovní vlastnosti a parametry ocelových výrobků. Až do dvacátých let minulého století nebyla tato metoda používána v průmyslovém měřítku.

Princip procesu

Pokud porovnáme nitridování s tradiční cementací, nabízí první varianta mnoho významných výhod, které nejsou typické pro jiné technologie. Z tohoto důvodu je stále považován za nejlepší a nejúčinnější způsob zpracování ocelových konstrukcí za účelem získání ukazatelů maximální pevnosti bez použití dodatečného tepelného zpracování. Za plus techniky se považuje zachování předchozích rozměrů obrobku, což umožňuje jeho aplikaci již na hotové výrobky, které prošly tepelným kalením s vysokým popouštěním a broušením do konečného tvaru. Úspěšné dokončení nitridování umožňuje finální leštění a další úpravy.

Proces se provádí pod vlivem amoniaku, který se zahřívá na určité teploty. Výsledkem je, že materiál je nasycen dusíkem a získává množství jedinečných vlastností, včetně:

  • zlepšená odolnost kovových dílů proti opotřebení, což je zajištěno zvýšením indexu tvrdosti jejich povrchové vrstvy;
  • vyšší odolnost nebo únavová pevnost obrobku;
  • pořízení odolné antikorozní ochrany, která zůstává stejná, i když je vystavena působení vody, vzduchu a plynu.

Dusíkem ošetřené části jsou mnohem lepší než podobné výrobky, které podléhají cementaci. Je známo, že po druhém postupu si vrstva udržuje stabilní tvrdost pouze za podmínek, kdy teplotní indexy nepřesahují 225 stupňů. V případě dusíku dosahuje maximální práh 550 - 600 stupňů. To je způsobeno vývojem povrchové vrstvy, která je několikrát silnější než tradiční vytvrzování a cementování.

Zpracování dusíku z oceli

Postup se provádí v hermeticky uzavřeném prostředí železa zahřátého na 500–600 stupňů Celsia, které je instalováno v peci. Přesná teplota mufle (uzavřená retorta) je určena režimem a očekávaným výsledkem. Totéž platí pro dobu řízení. Nádoba obsahuje prvky z oceli, které budou nasyceny dusíkem.

V procesu provádění akce se amoniak přivádí do retorty z válce, který je charakterizován schopností disociace (rozkladu) pod vlivem určité teploty. Nitridační mechanismus může být popsán následujícím vzorcem: 2 NH3 -> 6H + 2N.

Výsledkem je, že se na povrchu železných výrobků vytváří vrstva nitridů, která se vyznačuje speciální tvrdostí. Jakmile je postup ukončen, je pec ochlazena společně s proudem amoniaku. Takové působení může ovlivnit účinek na tvrdost vrstvy a zabránit oxidaci povrchu.

Tloušťka nitridové vrstvy dosahuje 0, 3 - 0, 6 milimetrů. V důsledku toho se prostě ztrácí potřeba tepelného zpracování pro zlepšení pevnostního výkonu. Tvorba vrstvy dusíku se provádí podle komplexního schématu, nicméně, prostřednictvím dlouhodobých studií, metallurgists studoval to v co nejvíce podrobností. Ve slitině se vyskytují následující fáze:

  • Pevný roztok Fe3N s obsahem dusíku 8, 0–11, 2%;
  • Pevný roztok Fe4N s obsahem dusíku 5, 7–6, 1%;
  • Roztok N v α-žláze.

Pokud je možné tento proces přivést na teplotu 591 stupňů Celsia, můžeme si všimnout další fáze α. Po dosažení limitu saturace dojde k další fázi. Rozklad eutektoidů produkuje 2, 35% dusíku.

Jaké faktory ovlivňují nitridaci

Rozhodující vliv na postup mají následující faktory:

  • teplotní podmínky;
  • tlak plynu;
  • prodloužené nitridování.

Konečný výsledek může být určen stupněm rozkladu účinné látky, který se pohybuje v rozmezí 15–45%. Kromě toho je důležité zvážit jednu vlastnost: čím vyšší jsou hodnoty teploty, tím horší jsou pevnostní charakteristiky vrstvy dusíku, ale čím vyšší je rychlost difúze. Tvrdost je způsobena koagulací nitridů.

Aby bylo možné „vytlačit“ maximální pozitivní vlastnosti z procedury a zkrátit dobu zpracování, někteří metalurgové praktikují dvoustupňový provozní režim . V počáteční fázi je ocelový blok obohacen dusíkem pod vlivem teploty 525 stupňů. To je dostačující pro obohacení horních vrstev a zvýšení tvrdosti.

Další fáze zahrnuje použití režimu s vyšší teplotou od 600 do 620 stupňů Celsia. V tomto případě hloubka získané vrstvy dosáhne specifikovaných hodnot a celý proces se zrychlí téměř dvakrát. Indikátory tvrdosti však zůstávají stejné jako u jednostupňového zpracování.

Odrůdy opracované oceli

Moderní metalurgie využívá nitridační technologii k úpravě uhlíkových a legovaných ocelí, kde podíl uhlíku je 0, 3–0, 5% . Vysoký úspěch postupu lze pozorovat při volbě legujících kovů schopných vytvářet nitridy s vysokou tepelnou odolností a tvrdostí. Například, zvláštní účinnost procesu je typická při použití těch struktur, které obsahují hliník, molybden, chrom a další podobné suroviny. Takové ocelové sochory se nazývají nitrallos.

Molybden je schopen zabránit křehkosti, což je způsobeno pomalým ochlazováním oceli po úspěšném dokončení zpracování. Výsledkem je, že materiál získává následující vlastnosti:

  • Tvrdost uhlíkové oceli - HV 200−250;
  • Slitina - HV 600−800;
  • Nitralloy do HV 1200 a ještě vyšší;

Doporučené značky

Volba specifických druhů oceli je dána rozsahem činnosti kovového prvku. Většina metalurgů rozlišuje následující kritéria:

  • Pokud potřebujete získat díly s vysokou tvrdostí povrchu, vyberte si značku 38Х2МЮА. Má vysoký obsah hliníku, což způsobuje nízkou deformační odolnost výrobku. Pokud v oceli chybí hliník, má to negativní vliv na tvrdost a odolnost proti opotřebení, i když rozšiřuje rozsah použití a umožňuje reprodukovat nejsložitější konstrukce a obrobky;
  • Ve strojírenské výrobě se používají vylepšené třídy legované oceli 40X, 40HFA;
  • Pokud hovoříme o výrobě dílů s vysokým rizikem cyklického ohybového zatížení, používejte výrobky pod značkami 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА;
  • Pokud jde o palivové sestavy, kde je vyžadováno použití sofistikovaných kovových výrobků s vysokou přesností výroby, má smysl zvolit si model 30H3MF1;

Fáze postupu

Přípravná fáze, zpracování dusíkem a konečná úprava povrchové vrstvy oceli a slitin se provádí několika kroky:

  • Příprava kovu tepelným zpracováním, při kterém se provádí kalení a vysoké popouštění. Vnitřek výrobku získává charakteristickou viskozitu a pevnost. Kalení se provádí pod vlivem vysokých teplot až do 940 stupňů. V budoucnu se materiál ochladí v oleji nebo ve vodě. Dovolená se provádí při teplotě 600-700 stupňů Celsia, která je dostatečná pro zvýšení tvrdosti;
  • Pokud jde o obrábění polotovarů, doplňuje se metodou konečného broušení materiálu. V konečném výsledku se část stává správnou velikostí;
  • Je důležité stanovit řadu preventivních opatření pro ty prvky, které musí být nasyceny dusíkem. V průběhu zpracování se používají jednoduché kompozice, jako je tekuté sklo nebo cín, které se nanášejí elektrolýzou s vrstvou nejvýše 0, 015 milimetrů. To vám umožní vytvořit tenký film, který je nepropustný pro dusík;
  • Další stupeň zahrnuje nitridování za použití výše uvedené technologie;
  • V závěrečné fázi jsou díly uvedeny do očekávaného stavu a sochory složitého tvaru s tenkými stěnami jsou zpevněny při teplotě 520 stupňů Celsia.

Pokud jde o změnu geometrických vlastností obrobku po nitridování, je určena tloušťkou výsledné vrstvy nasycené dusíkem a použitými teplotami. Odchylky od očekávané formy jsou v každém případě menší.

Je důležité si uvědomit, že moderní technologie zpracování nitridováním zahrnuje použití šachtových pecí . Indikátory maximální teploty dosahují 700 stupňů, takže cirkulace vzduchu je nutná. Mufle je zabudována do trouby nebo vyměnitelná.

Při použití další mufle je proces zpracování mnohem rychlejší. V důsledku toho je náhradní mufle naložena ihned, jakmile je první připravena. Je pravda, že tato metoda není rozšířena kvůli vysokým nákladům.

Možnosti médií pro zpracování

V současné době je zvláště žádoucí zpracování dusíku ocelových sochorů v médiu amoniak-propan . V tomto případě mají metalurgové možnost odolat surovinám pod vlivem 570 stupňů po dobu tří hodin. Karbonitridová vrstva vytvořená za takových podmínek má minimální tloušťku, avšak indikátory pevnosti a odolnosti proti opotřebení jsou mnohem vyšší než u variant, které byly vynalezeny obvyklým způsobem. Tvrdost této vrstvy je v rozsahu 600–1100 HV.

Tato technologie je obzvláště nepostradatelná při výběru výrobků z legovaných slitin nebo oceli, které podléhají vysokým požadavkům na provozní odolnost.

Neméně populárním řešením je také použití technologie vyzařování výbojů, kdy je materiál zpevněn v vypouštěném médiu obsahujícím dusík, spojujícím kovové výrobky s katodou. Výsledkem je, že obrobek získává záporně nabitou elektrodu a v mufle kladně nabitou.

Technologie několikrát zkracuje dobu trvání akce. Výboj se objevuje mezi plusem a mínusem a ionty plynu působí na povrchu katody a ohřívají se. Tento dopad se provádí v několika fázích:

  • katodové naprašování nastává zpočátku;
  • poté čištění povrchu;
  • pak nasycení.

V první fázi postřiku se udržuje tlak 0, 2 milimetru rtuti a napětí 1400 voltů po dobu 5-60 minut. V tomto případě se povrch zahřeje na 250 stupňů Celsia. Druhá fáze zahrnuje použití tlaku 1 - 10 milimetrů rtuti při napětí 400 - 1100 V. Postup vyžaduje 1 - 24 hodin.

Další velmi účinnou metodou zpracování je tenifer, který zahrnuje nitridaci v kapalině na bázi roztaveného kyanistu pod vlivem teploty 570 stupňů Celsia.

Technologické výhody

V současné době je nitridační technologie považována za nejoblíbenější řešení pro dosažení nejlepších výkonových ukazatelů kovových dílů. Při správném přístupu je zajištěna nejlepší odolnost proti opotřebení a vrstvy získané v důsledku tohoto zpracování získají vysokou odolnost proti korozi. Konstrukce, které prošly úpravou, nevyžadují dodatečné tepelné vytvrzování. Díky těmto vlastnostem je nitridování považováno za klíčový procesní procesní proces ve strojírenství, ve strojírenské výrobě a v dalších oblastech, kde jsou na dílce kladeny vysoké nároky.

Kromě četných výhod má však tato technologie své nevýhody, které spočívají ve vysokých nákladech a délce postupu. Při teplotě 500 ° C je dusík schopen proniknout 0, 01 mm. V tomto případě celková doba procesu dosáhne jedné hodiny.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Obrábění kovů