Nitriding of steel: описание и характеристики на процедурата

Принцип на процеса

Ако се сравнява нитрирането с традиционното карбуризиране, първият вариант предлага набор от значителни предимства, непривични за други технологии. По тази причина все още се счита за най-добрият и най-ефективен начин за обработка на стоманени конструкции, за да се получат максимални стойности на якост, без да се използва допълнителна топлинна обработка. Счита се, че е плюс на техниката за запазване на предишните размери на заготовката, което дава възможност да се приложи вече към готови продукти, които са претърпели топлинно втвърдяване с високо темпериране и смилане до крайната форма. Успешното завършване на нитрирането позволява окончателно полиране и друга обработка.

Процесът се извършва под въздействието на амоняк, който се нагрява до определени температури. В резултат на това материалът подлежи на насищане с азот и Получава много уникални свойства, включително:

• Подобрена износоустойчивост на металните части, която се осигурява чрез увеличаване на индекса на твърдостта на техния повърхностен слой;
• по-голяма издържливост или умора на обработвания детайл;
• закупуване на стабилна антикорозионна защита, която остава същата дори когато е изложена на въздействието на вода, въздух и газ-въздух.

Частите, обработени с азот, са много по-добри от подобни продукти, които са циментирани. Известно е, че след втората процедура слоят поддържа стабилна твърдост само при условия, при които температурните индекси не надвишават 225 градуса. В случая на азот максималният праг е 550-600 градуса. Това се дължи на развитието на повърхностния слой, който е няколко пъти по-силен от традиционното втвърдяване и карбуризиране.

Механизмът на азотна обработка на стоманата

Процедурата е в затоплена до 500-600 градуса по Целзий запечатана среда от желязо, която е инсталирана във фурната. Точната температура на муфата (затворена реторика) се определя от режима и очаквания резултат. Същото важи и за времето на процедурата. В контейнера са поставени елементи от стомана, които ще бъдат наситени с азот.

В процеса на извършване на действието в реторта, амонякът се доставя от цилиндъра, който се характеризира с неговата способност за дисоциация (разлагане) под въздействието на определена температура. Механизмът на нитриране може да бъде описан със следната формула: 2 NH3 → 6H + 2N.

В резултат на това се образува слой от нитриди върху повърхността на железни продукти, за които е характерна специална твърдост. След като процедурата завърши, пещта се охлажда заедно с потока амоняк. Чрез такива действия е възможно да се определи ефекта върху твърдостта на слоя и да се предотврати окисляването на повърхността.

Дебелината на нитридния слой достига 0.3-0.6 милиметра. В резултат на това необходимостта от топлинна обработка за подобряване на здравината е трайна. Образуването на азотния слой се извършва по сложна схема, но чрез задълбочени изследвания металурзите го изучават по най-детайлния начин. В сплавта се появяват следните фази:

• Твърд разтвор на Fe3N с азотно съдържание от 8.0-11.2%;
• Твърд разтвор на Fe4N с азотно съдържание от 5.7-6.1%;
• Разтвор N в α-желязо.

Ако е възможно процесът да бъде достигнат температура от 591 градуса по Целзий, това ни позволява да забележим друга а-фаза. Когато се достигне ограничението за насищане, се появява друга фаза. Еутектоидно разграждане произвежда 2,35% азот.

Кои фактори влияят върху нитрирането

Основното въздействие върху процедурата се дължи на следните фактори:

• температурен режим;
• налягане на газа;
• удължаване на нитрирането.

Крайният резултат може да се определи и от степента на разлагане на активното вещество, което варира между 15-45%. Освен това е важно да се вземе предвид една особеност: колкото по-високи са температурните индекси, толкова по-лоши са параметрите на якост на азотния слой, но колкото е по-висока степента на дифузия. Твърдостта се дължи на коагулацията на нитридите.

За да "изтръгне" от процедурата максималните положителни свойства и да съкрати времето за обработка, някои металурзи практикуват двуетапна операция. В началния етап стоманената заготовка е обогатена с азот при температура от 525 градуса. Това е достатъчно, за да се обогатят горните слоеве и да се увеличи твърдостта.

Следващият етап включва прилагането на по-висок температурен режим от 600 до 620 градуса по Целзий. В този случай дълбочината на получения слой достига зададените стойности и целият процес се ускорява почти двойно. Независимо от това индексите на твърдостта остават подобни, както в случая на едноетапна обработка.

Сортове от обработена стомана

Съвременната металургия използва технологията на нитриране за обработка на въглеродни и легирани стомани, където въглеродната фракция е 0.3-0.5%. Високият успех на процедурата може да бъде забелязан при избора на легиращи метали, способни да произвеждат нитриди с висока топлоустойчивост и твърдост. Например, специалната ефективност на процеса е характерна при използване на тези структури, в които се концентрират алуминий, молибден, хром и други подобни суровини. Такива стоманени заготовки обикновено се наричат ​​нитрали.

Молибденът е в състояние да предотврати крехкостта на освобождаването, което се дължи на бавното охлаждане на стоманата след успешна обработка. В крайна сметка, материалът придобива следните характеристики:

• Твърдост на въглеродна стомана - HV 200-250;
• Сплав - HV 600-800;
• Нитралоиди до HV 1200 и дори по-високи;

Препоръчителни марки

Изборът на специфични степени на стоманата се определя от обхвата на действие на металния елемент. в основата си металурзите разграничават следните критерии:

• Ако трябва да получите части с висока повърхностна твърдост, изберете марката 38X2MUA. Той има високо съдържание на алуминий, което води до ниска деформационна устойчивост на продукта. Ако в стоманата няма алуминий, това влияе неблагоприятно върху твърдостта и износоустойчивостта, въпреки че разширява обхвата на приложение и позволява възпроизвеждането на най-сложните структури и заготовки;
• В индустрията за металообработващи машини подобрените класове от легирани стомани 40Х, 40ХРА;
• Ако става въпрос за производство на части с висок риск от циклично натоварване, използвайте продукти под марките 30X3M, 38HGM, 38HNMFA, 38HN3MA;
• По отношение на горивните монтажни възли, където се изисква да се използват най-сложните метални изделия с висока точност в производството, има смисъл да се избира 30X3MF1;

Етапи на процедурата

Подготвителен етап, обработката с азот и окончателното довършване на повърхностния слой от стомана и сплави се извършват чрез няколко етапа:

• Подготовка на метала чрез термична обработка, при която се извършва втвърдяване и високо темпериране. Вътрешността на продукта придобива характерен вискозитет и якост. Втвърдяването се извършва под влияние на високи температури до 940 градуса. След това материалът се оставя да се охлади в масло или вода. Отпускът се извършва при температурен режим от 600-700 градуса по Целзий, което е достатъчно, за да се постигне повишена твърдост;
• Що се отнася до обработката на заготовки, тя се допълва от метода на окончателно смилане на материала. В крайния резултат частта придобива необходимите размери;
• Важно е да се предвидят редица предпазни мерки за тези елементи, които трябва да бъдат наситени с азот. В процеса на обработка се прилагат прости състави като течно стъкло или калай, които се нанасят чрез електролиза с слой не повече от 0,015 милиметра. Това прави възможно да се образува тънък филм, непропусклив за азота;
• Следващата стъпка включва нитриране на технологията, посочена по-горе;
• На финалната фаза детайлите се довеждат до очакваното състояние, а заготовките със сложна форма с тънки стени се подсилват при температура от 520 градуса по Целзий.

Що се отнася до промяната на геометричните свойства на заготовката след нитриране, тя се определя от дебелината на получения азотониран слой и приложените температури. При всички случаи отклоненията от очакваната форма са незначителни.

Важно е да се разбере, че съвременната технология за преработка чрез нитриране предполага използване на минни пещи тип. Максималните температурни стойности достигат 700 градуса, така че циркулацията на въздуха се принуждава. Муфелът може да бъде вграден във фурната или да може да се свали.

Когато използвате допълнителна муфета, процесът на обработка е много по-бърз. В резултат на това, резервната муфа се зарежда веднага след като първата е готова. Вярно е, че този метод не е широко използван поради високите разходи.

Варианти на медиите за обработка

Понастоящем азотната обработка на заготовки от стомана през 2007 г амониево-пропанова среда. В този случай металурзите са в състояние да издържат суровините под въздействието на 570 градуса за три часа. Карбонитридният слой, образуван при такива условия, има минимална дебелина, но якостта и устойчивостта на износване са много по-високи от тези, които са били изобретени по обичайния начин. Твърдостта на този слой е в обхвата 600-1100 HV.

Технологията е особено необходима при избора на продукти от легирани сплави или стомана, които са обект на високи изисквания към оперативната издръжливост.

Друго еднакво популярно решение е използването на технология за изхвърляне на гниене, когато материалът се подсилва в съдържаща азот среда, която свързва металните продукти към катода. В резултат на това детайлът придобива отрицателно зареден електрод и муфелът има положително зареден електрод.

Технологията ви позволява да съкратите продължителността на действието няколко пъти. Между плюс и минус има изпускане, а газовите йони действат върху повърхността на катода, като го нагряват. Това въздействие се осъществява на няколко етапа:

• катод пръскане се случва първоначално;
• след това почистване на повърхността;
• след това насищане.

В първия стадий на пръскане се поддържа налягане от 0,2 милиметра живак и напрежение от 1400 волта за 5 до 60 минути. В този случай повърхността се загрява до 250 градуса по Целзий. Вторият етап включва използването на налягане от 1-10 милиметра живак при напрежение 400-1100 V. Процедурата отнема 1-24 часа.

Друг много ефективен метод на лечение е процесът на сянка, който предполага нитриране в течност на базата на стопен цианид под въздействието на температура от 570 градуса по Целзий.

Технологични предимства

Понастоящем се разглежда технологията на нитриране най-популярното решение за постигане на най-добра производителност на метални части. С правилния подход е осигурена най-добрата устойчивост на износване, освен това слоевете, получени в резултат на това обработване, придобиват висока устойчивост на корозия. Обработените структури не се нуждаят от допълнително термично втвърдяване. Благодарение на тези особености, азотирането се счита за ключов процес за обработка на елементи в машиностроенето, машинно-инструменталната конструкция и други области, където се поставят високи изисквания върху съставните части.

Въпреки това, в допълнение към множеството предимства, технологията има своите недостатъци, които са високата цена и продължителността на процедурата. При температурен режим от 500 градуса по Целзий азотът може да проникне 0,01 милиметра. В този случай общата продължителност на процеса достига един час.