Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Nitridování oceli není tak stará praxe difuzního nasycení její povrchové vrstvy dusíkem. V průmyslovém měřítku se tato metoda používá pouze od 20. let minulého století. Tento postup navrhl Academician N.P. Chizhevsky výrazně zlepšuje kvalitu výrobků z oceli v mnoha ohledech.

Podstata procesu nitridace

Ve srovnání s cementací má nitridace několik závažných výhod, což z něj učinilo hlavní způsob, jak zlepšit výkon oceli. Nitridovaná vrstva má vysokou tvrdost bez dodatečného tepelného zpracování. Navíc po nitridování zůstává velikost obrobku prakticky nezměněna. Na rozdíl od cementačního procesu může být aplikován na hotové výrobky, které byly tepelně kaleny s vysokým popouštěním a vyleštěny do finálních forem. Po nitridaci jsou díly plně připraveny pro jemné leštění a další zpracování.

Nitridování je úprava oceli při jejím ohřevu v prostředí s vysokým obsahem amoniaku. V důsledku toho je ocelový povrch nasycen dusíkem a získává následující vlastnosti:

  • Odolnost kovových dílů proti opotřebení je zlepšena zvýšením indexu tvrdosti jejich povrchové vrstvy;
  • Rostoucí odolnost nebo únavová pevnost výrobků z oceli;
  • Upravený materiál získává trvanlivou antikorozní ochranu, která je udržována při kontaktu s vodou, vzduchem a vzduchem.

Výsledky nitridace jsou mnohem cennější z hlediska dalšího využití než indikátory produktu po cementaci. Vrstva po cementaci tak může udržet stabilní hodnoty tvrdosti při teplotě nepřesahující 225 ° C a vrstvu s dusíkem - do 550-600 ° C. Důvodem je mechanismus nitridace sám o sobě, v důsledku čehož se vytvoří povrchová vrstva, která je 1, 5–2krát silnější než po vytvrzení a stejné cementaci.

Nitridační mechanismus

Obvykle se tento postup provádí při 500 až 600 ° C v těsně uzavřené retortě (mufle) železa, která je uložena v peci. Ohřívá se na teplotu odpovídající zvolenému režimu a udržuje se požadovaný čas. V mufle, která je nádobou, položte ocelové prvky, které budou vystaveny nitridaci.

V retortě se amoniak kontinuálně vypouští z válce pod určitým tlakem. Uvnitř, amoniak, který má dusík v jeho molekule, pod působením teploty, začne disociaci (rozklad) podle následujícího vzorce: \ t

2 NH 3 → 6 H +2 N,

odkud výsledný atomový dusík proniká difuzí do kovu. To vede k tvorbě nitridů na povrchu výrobků ze železa. A nitridy a jejich pevné roztoky se vyznačují zvýšenou tvrdostí. Na konci postupu by měla být pec plynule ochlazena proudem amoniaku. Tento přístup fixuje vliv na tvrdost vrstvy, což zabraňuje oxidaci povrchu.

Tloušťka této nitridové vrstvy se může pohybovat od 0, 3 do 0, 6 mm. Pro zvýšení pevnostních charakteristik tedy není nutné následné tepelné zpracování.

Tvorba vrstvy bohaté na dusík je složitá, ale dobře studovaná metalurgy. Ve slitině, která vzniká v důsledku difúze dusíku do kovu, jsou pozorovány 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.

Když se proces uvede na teplotu, která přesáhne 591 ° C, může být pozorována další a-fáze. Když dosáhne limitu saturace, generuje další fázi. Rozklad eutektoidů produkuje 2, 35% dusíku.

Faktory ovlivňující nitridaci

Hlavní body, které mají zásadní vliv na proces, jsou teplota, tlak plynu a prodloužená nitridace. Účinnost závisí také na stupni disociace amoniaku, který může být v rozmezí 15-45% . Navíc existuje určitý vztah: čím vyšší je teplota, tím nižší je tvrdost nitridační vrstvy, ale čím vyšší je rychlost difúze. Index tvrdosti je způsoben koagulací nitridů.

Pro maximální využití mechanismu a jeho zrychlení je nutné použít dvoufázový režim. Počáteční stupeň obohacení dusíkem probíhá při teplotách do 525 ° C, což zajišťuje vysokou tvrdost horních vrstev oceli. Pak nitridování prochází druhým stupněm při teplotě od 600 ° C do 620 ° C. Ve velmi krátkém čase zároveň hloubka nitrované vrstvy dosáhne nastavených hodnot, což celý proces zrychlí téměř dvakrát. Tvrdost vrstvy vytvořené v důsledku stupně zrychlení se však neliší od vrstvy vytvořené standardní jednostupňovou technikou.

Co se stalo nitridovaným

Pro nitridování se používají jak uhlíkové oceli, tak legované oceli, ve kterých je uhlíková frakce 0, 3-0, 5% . Nejlepších výsledků lze dosáhnout při použití oceli s legujícími kovy, které tvoří nejvíce tepelně odolné a pevné nitridy. Proces nitridování je tedy nejúčinnější pro legované oceli, mezi které patří hliník, molybden, chrom a podobné kovy. Ocel s takovým složením se nazývá nitralloy. Zejména molybden zabraňuje křehkosti způsobené pomalým ochlazováním oceli po procesu nasycení dusíkem. Vlastnosti oceli po nitridaci:

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

Současně s tím, jak se zvyšuje tvrdost slitinové sloučeniny, je tloušťka nitrované vrstvy nižší. Nejtenčí vrstva je z oceli s prvky chromu, wolframu, niklu, molybdenu.

Doporučené druhy oceli

Použití určité třídy oceli závisí na následném provozu kovového prvku. Doporučené značky pro nitridování v závislosti na účelu výrobků:

  • Pokud je nutné získat díly s vysokou tvrdostí povrchu - třída oceli 38Х2МЮА. Je třeba poznamenat, že obsahuje hliník, což vede k nízké deformační odolnosti výrobku. Zatímco použití jiných než hliníkových druhů výrazně snižuje tvrdost povrchu a odolnost proti opotřebení, i když umožňuje vytvářet složitější struktury;
  • Pro obráběcí stroje se používá ke zlepšení legované oceli třídy 40X, 40HFA;
  • Pro díly vystavené cyklickému zatížení ohybem - třída oceli 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА;
  • U palivových jednotek, jejichž podrobnosti musí být vyrobeny s vysokou přesností - ocel 30H3MF1. Pro dosažení vyšší tvrdosti vrstvy nasycené dusíkem je tato ocel legována křemíkem.

Technologie procesu

Příprava, nasycení dusíkem a konečná úprava horní vrstvy oceli a slitin zahrnuje několik kroků:

  1. Přípravné tepelné zpracování kovu, které spočívá v kalení a vysokém popouštění. Vnitřek výrobku se stává viskóznějším a odolnějším. Kalení probíhá při velmi vysoké teplotě asi 940 ° C a končí chlazením v kapalině - oleji nebo vodě. Teplotní podmínky popouštění jsou 600 až 700 ° C, což dává kovu vhodnou tvrdost pro řezání;
  2. Obrábění obrobků, které končí broušením. Po tomto postupu dosáhne díl požadované velikosti;
  3. Preventivní opatření pro ty části výrobků, které musí být podrobeny saturaci dusíkem. K tomu se používají jednoduché formulace, jako je cín nebo tekuté sklo, nanesené elektrolýzou ve vrstvě ne větší než 0, 015 mm. Vytvoření tenkého filmu, nepropustného pro dusík;
  4. Nitridování oceli podle výše uvedené technologie;
  5. Dokončování přenese podrobnosti do požadovaného stavu.

V tomto případě se při 520 ° C zpevňují složité polotovary s tenkými stěnami .

Pokud jde o změnu geometrických parametrů výrobků po nitridačním procesu, je třeba poznamenat, že závisí na tloušťce výsledné vrstvy nasycené dusíkem a na použitých teplotách. Tato změna je však v každém případě zanedbatelná.

Je třeba poznamenat, že moderní způsoby zpracování kovů metodou nitridace se provádějí v pecích důlní struktury. Maximální teplota, která může dosáhnout 700 ° C, je nucena cirkulace amoniaku v takových pecích. Mufle může být zabudována v peci nebo vyměnitelná.

Tento proces bude mnohem rychlejší, pokud zavedete další mufle. Potom se náhradní mufle s díly ihned naloží, jakmile je první připravena se zpracovanými polotovary. Použití této metody však není vždy ekonomicky odůvodněné, zejména pokud jsou velké produkty nasyceny dusíkem.

Možnosti médií pro nitridační mechanismus

Médium amoniak - propan

V poslední době je velmi aktivně používán způsob zpracování kovu plynem obsahujícím 1/2 amoniaku a 1/2 propanu nebo stejného podílu amoniaku a endogasu. Toto prostředí umožňuje provádět postup po 3 hodinách při 570 ° C. Vrstva uhlík-nitrid, vytvořená v tomto případě, se vyznačuje malou tloušťkou. Odolnost proti opotřebení a jeho pevnost jsou však mnohem vyšší než odolnost vrstvy získané obvyklým způsobem. Tvrdost této vrstvy je v rozmezí 600-1100 HV. Tento přístup se používá u výrobků z legovaných slitin nebo oceli, pro které byly předloženy zvláštní požadavky na maximální provozní odolnost.

Výboj záře

Používá se také technologie kalení v prostředí s obsahem dusíku. V tomto případě je použita metoda vyzařování, která spojuje kovové části s katodou. V tomto případě je blanko záporně nabitá elektroda a mufle je kladně nabitá.

Tato technologie umožňuje několikrát zkrátit dobu trvání procesu. Výboj je excitován mezi plusovými a mínusovými ionty plynu (N2 nebo NH3), které jsou nasávány na povrch katody a zahřívány na požadovanou teplotu. To se děje ve fázích: první, katodové naprašování, povrch je vyčištěn a pak nasycen.

První stupeň postřiku by měl probíhat při tlaku 0, 2 mm Hg a napětí 1400 V po dobu 5-60 minut. Současně se povrch zahřeje až na 250 ° C. Druhý stupeň se provádí při tlaku 1 až 10 mm rtuti a napětí 400 až 1100 V, což trvá 1 až 24 hodin.

Kapalné médium

Velmi účinný je proces tenifer, který je nitridován v kapalině, která prochází v roztavené kyanidové vrstvě při teplotě 570 ° C po dobu 30–180 minut.

Nitridační - závěry

Nitridování je jedním z nejpopulárnějších způsobů, jak přivést kovové části k nejlepším indikátorům odolnosti proti opotřebení. Kromě toho mají povrchové vrstvy vzniklé nasycením dusíkem vysokou odolnost proti korozi. Produkty nasycené dusíkem nevyžadují dodatečné tepelné vytvrzování. V důsledku toho se nitridování stalo klíčovým procesem pro obrábění dílů ve strojírenství, konstrukci obráběcích strojů a dalších oblastech, které kladou vysoké nároky na komponenty.

Nitridování má své nevýhody, které spočívají ve vysokých nákladech a době jeho realizace. Při teplotách 500 ° C proniká dusík 0, 01 mm (nebo méně) za hodinu. Na základě této skutečnosti dosahuje celková doba celého procesu 60 hodin.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Obrábění kovů