Nitridační úprava
Nitridovaná ozubená kola
Nitridací se rozumí proces chemického tepelného zpracování, při kterém atomy dusíku infiltrují povrch obrobku v určitém médiu při určité teplotě. Nitridované produkty mají vynikající odolnost proti opotřebení, odolnost proti únavě, odolnost proti korozi a odolnost proti vysokým teplotám.
Zde se podíváme na video Netrex, Netrex velmi dobře vysvětluje, co je to nitridace.
Úvod do nitridačního zpracování
Hliníkové, chromové, vanadové a molybdenové prvky v tradičních legovaných ocelových materiálech jsou velmi užitečné pro nitridaci. Když tyto prvky přijdou do kontaktu s rodícími se atomy dusíku při nitridační teplotě, vytvoří se stabilní nitridy.
Konkrétně molybdenový prvek působí nejen jako prvek pro generování nitridů, ale také působí jako snížení křehkosti, ke které dochází při nitridační teplotě. Prvky v jiných legovaných ocelích, jako je nikl, měď, křemík, mangan atd., příliš nepřispívají k nitridačním charakteristikám.
Obecně řečeno, pokud ocel obsahuje jeden nebo více nitridotvorných prvků, je účinek po nitridaci relativně dobrý. Mezi nimi je hliník nejsilnějším nitridovým prvkem a nitridace s 0,85 až 1,5 procenta hliníku má nejlepší výsledky.
Co se týče chromové oceli s obsahem chromu, lze při dostatečném obsahu dosáhnout i dobrých výsledků. Neexistuje však žádná slitina obsahující uhlíkovou ocel, protože nitridovaná vrstva je velmi křehká a snadno se odlupuje, takže není vhodná pro nitridaci oceli.
Existuje šest běžně používaných nitridačních ocelí takto:
(1) Nízkolegovaná ocel obsahující hliník (standardní nitridovaná ocel)
(2) Řada SAE 4100, 4300, 5100, 6100, 8600, 8700, 9800 ze středně uhlíkové nízkolegované oceli obsahující chrom.
(3) Ocel tvářená za tepla (obsahující asi 5 procent chrómu) SAE H11 (SKD-61) H12, H13
(4) Feritická a martenzitická nerezová ocel řady SAE 400
(5) Austenitická nerezová ocel řady SAE 300
(6) Precipitační kalená nerezová ocel 17-4PH, 17-7PH, A-286 atd.
Standardní nitridovaná ocel obsahující hliník může po nitridaci získat povrchovou vrstvu s vysokou tvrdostí a vysokou odolností proti opotřebení, ale vytvrzená vrstva je také velmi křehká. Nízkolegovaná ocel s obsahem chrómu má naopak nižší tvrdost, ale kalená vrstva je houževnatější a její povrch má také značnou odolnost proti opotřebení a odolnost vůči paprskům. Při výběru materiálů byste proto měli věnovat pozornost vlastnostem materiálů a plně využít jejich předností pro splnění funkcí dílů. Pokud jde o nástrojové oceli, jako je H11 (SKD61) D2 (SKD-11), mají vysokou povrchovou tvrdost a vysokou pevnost jádra.
Účinek
Zvyšte odolnost proti opotřebení, tvrdost povrchu, mez únavy a odolnost proti korozi ocelových dílů.
Technický proces
Povrchové čištění dílů před nitridací
Většinu dílů lze nitridovat ihned po odmaštění odmaštěním plynem. Některé díly je také třeba vyčistit benzínem, ale pokud konečný způsob zpracování před nitridací používá leštění, broušení, leštění atd., může se vytvořit povrchová vrstva, která brání nitridaci, což má za následek nerovnoměrnou nebo nerovnoměrnou nitridaci po nitridaci.
Došlo k závadám, jako je ohýbání. V tomto okamžiku by měla být k odstranění povrchové vrstvy použita jedna z následujících dvou metod. První metoda nejprve používá plyn k odstranění oleje před nitridací. Poté použijte práškový oxid hlinitý k pískování povrchu (abrazivní čištění). Druhým způsobem je nanesení fosfátového nátěru na povrch.
Odpadní vzduch z nitridační pece
Umístěte zpracované díly do nitridační pece a utěsněte kryt pece, aby se zahřál, ale před zahřátím na 150 stupňů je třeba pec vyčerpat. Hlavní funkcí pece je zabránit kontaktu výbušného plynu se vzduchem při rozkladu čpavku a zabránit oxidaci povrchu zpracovávaného předmětu a nosiče.
Používaným plynem je amoniak a dusík. Základy pro odstranění vzduchu v peci jsou následující:
①Po instalaci dílů, které mají být zpracovány, se víko pece utěsní a spustí se bezvodý plynný amoniak a průtok je co nejvyšší.
②Nastavte automatickou regulaci teploty ohřívací pece na 150 stupňů a spusťte ohřev (všimněte si, že teplota pece nemůže být vyšší než 150 stupňů).
③Když je vzduch v peci odstraněn na méně než 10 procent nebo výfukové plyny obsahují více než 90 procent NH3, pak se teplota pece zvýší na nitridační teplotu.
Rychlost rozkladu amoniaku
Nitridace se provádí kontaktováním jiných legujících prvků se vznikajícím dusíkem, ale výroba vznikajícího dusíku spočívá v tom, že ocel samotná se stává katalyzátorem, když se plynný čpavek dostane do kontaktu se zahřátou ocelí, aby se podpořil rozklad čpavku.
Ačkoli nitridaci lze provádět pod amoniakem s různými rychlostmi rozkladu, rychlost rozkladu je obecně 15-30 procent a tloušťka potřebná pro nitridaci se udržuje po dobu alespoň 4-10 hodin a teplota zpracování se udržuje na přibližně 520 stupňů.
Ochladit
Většina průmyslových nitridačních pecí má tepelné výměníky pro rychlé ochlazení ohřívací pece a zpracovávaných dílů po dokončení nitridační práce. To znamená, že po dokončení nitridace se topný výkon vypne, aby se snížila teplota pece asi o 50 stupňů, a poté se zdvojnásobí průtok amoniaku a spustí se výměník tepla.
V tomto okamžiku věnujte pozornost tomu, zda ve skleněné láhvi připojené k výfukovému potrubí nepřetékají bubliny, aby se potvrdil přetlak v peci. Poté, co se plynný čpavek zaváděný do pece ustálí, lze průtok čpavku snižovat, dokud se neudrží kladný tlak v peci.
Když teplota pece klesne pod 150 stupňů, kryt pece může být otevřen po zavedení vzduchu nebo dusíku pomocí metody odstranění plynu z pece, jak je popsáno výše.
Plynová nitridace
Plynová nitridace byla publikována německým AF ry v roce 1923. Obrobek byl umístěn do pece a plyn NH3 byl přiváděn přímo do nitridační pece při 500-550 stupních a udržován po dobu 20-100 hodin, aby se plyn NH3 rozložil do atomového stavu.
Nitridační úprava plynem (N) a (H) plynem je hlavním účelem vytvoření vrstvy směsi odolné proti opotřebení a korozi na povrchu oceli. Jeho tloušťka je asi 0.02-0,02 m/m a jeho povaha je extrémně tvrdá Hv 1000 ~ 1200 a extrémně křehká. Rychlost rozkladu NH3 se mění v závislosti na průtoku a teplotě.
Čím větší je průtok, tím nižší je rychlost rozkladu, čím menší je průtok, tím vyšší je rychlost rozkladu a čím vyšší je teplota, tím vyšší je rychlost rozkladu. Čím nižší je teplota, tím nižší je rychlost rozkladu. Plynný NH3 podléhá tepelnému rozkladu při 570 stupních takto:
NH3 →〔N〕Fe plus 3/2 H2
Rozložený N pak difunduje do povrchu oceli a tvoří se. Fáze Fe2-3N plynové nitridace, obecnou nevýhodou je, že vytvrzená vrstva je tenká a doba nitridace je dlouhá.
Plynová nitridace má nízkou účinnost v důsledku rozkladu NH3 pro nitridaci, proto je obecně stanovena volba ocelí vhodných pro nitridaci, jako jsou oceli obsahující Al, Cr, Mo a další nitridační prvky, jinak nebude nitridace možná.
Obecně se používají JIS a SACM1. Nové JIS, SACM645 a SKD61 se také nazývají kalení a popouštění s úpravou zpevnění a tvrzení. Protože Al, Cr, Mo atd. jsou všechny prvky, které zvyšují teplotu bodu přeměny, je teplota kalení vyšší a teplota popouštění je také vyšší než u běžných konstrukčních legovaných ocelí. Ke křehkosti popouštění dochází při dlouhodobém ohřevu na nitridační teplotu, proto se úprava kalením a popouštěním aplikuje předem.
Nitridace plynem NH3, protože povrch je drsný, tvrdý a křehký kvůli dlouhé době, není snadné jej brousit a dlouhá doba není ekonomická. Používá se k nitridaci plnicí trubky a šroubové tyče vstřikovacího stroje na plasty.
Kapalná nitridace
Hlavním rozdílem kapalného nitrokarbonizace je to, že v nitridované vrstvě je fáze Fe3Nε, existuje fáze Fe4Nr, ale ne fázový nitrid Fe2Nξ. Sloučenina fáze ξ je tvrdá a křehká v nitridačním procesu, který má nízkou houževnatost, a kapalné nitrokarburování Metodou je odstranění rzi, odmaštění, předehřátí obrobku a jeho umístění do nitridačního kelímku.
Kelímek je vyroben z TF-1 jako hlavní soli a zahřívá se na 560-600 stupňů několik minut až několik hodin. , Hloubka nitridační vrstvy se určuje podle velikosti vnějšího zatížení obrobku. Během zpracování musí být na dno kelímku vložena vzduchová trubice, aby se rozložilo určité množství vzduchového nitridačního činidla na CN nebo CNO, které pronikne a difunduje na pracovní povrch, takže nejvzdálenější sloučenina povrchu obrobku je 8-9 % hm. N a malé množství C a difúzní vrstva.
Atomy dusíku difundují do -Fe báze, aby byla ocel odolnější proti únavě. V období nitridace je kvůli rozkladu a spotřebě CNO nutné průběžně testovat složení soli v 6-8 hodinách ošetření za účelem úpravy množství vzduchu nebo přidání nové soli.
Materiál používaný pro tekutou měkkou nitridaci je železný kov. Tvrdost povrchu po nitridaci je vyšší, pokud povrchová tvrdost obsahuje Al, Cr, Mo, Ti, a čím větší je obsah zlata, tím menší je hloubka nitridace, např. uhlíková ocel Hv 350 -650, nerezová ocel Hv {{1} }, nitridovaná ocel Hv 800-1100.
Kapalné nitrokarburování je vhodné pro automobilové díly odolné proti opotřebení a únavě, šicí stroje, fotoaparáty atd., jako je zpracování vložek válců, zpracování ventilů, zpracování válce pístu a nedeformovatelné formy. Mezi země, které používají kapalnou nitrokarburizaci, patří západoevropské země, Spojené státy americké, Sovětský svaz a Japonsko.
Iontová nitridace
Touto metodou je umístit obrobek do nitridační pece, vysát pec na 10-2-10-3 Torr (㎜Hg) předem, poté přivést plyn N2 nebo směsný plyn N2 plus H2 a upravit pec tak, aby dosáhla {{4} } Torr, připojte těleso pece k anodě, obrobek ke katodě a přiveďte stovky voltů stejnosměrného napětí mezi dva póly.
V tomto okamžiku bude plyn N2 v peci jasně vypuštěn na kladné ionty a přesune se na pracovní povrch. Napětí prudce klesá, což způsobuje, že kladné ionty spěchají na povrch katody vysokou rychlostí, přeměňují kinetickou energii na energii plynu, takže povrchová teplota obrobku může v důsledku dopadu iontů dusíku vzrůst na povrch katody. Obrobek je postříkán Fe.CO a dalšími prvky, aby se spojil s ionty dusíku. Výsledkem je, že FeN se nitrid železa postupně adsorbuje na obrobek, aby došlo k nitridaci.
Iontová nitridace v zásadě používá dusík, ale pokud se přidá uhlovodíkový plyn, může být použit pro iontovou měkkou nitridaci, ale obecně se nazývá iontový dusík Chemické zpracování, koncentraci dusíku na povrchu obrobku lze upravit změnou poměru parciálního tlaku směsného plynu (N2 plus H2) naplněného do pece.
Při čisté iontové nitridaci obsahuje jednofázová struktura r′ (Fe4N) na pracovním povrchu obsah N Při 5,7 až 6,1 procentech hm. je tloušťka vrstvy do 10 μm. Složená vrstva je pevná a není porézní a není snadné ji spadnout. Protože je nitrid železa neustále absorbován obrobkem a difunduje do interiéru, struktura z povrchu do interiéru je FeN → Fe2N → Fe3N → Fe4N se mění v pořadí, jednofázové ε (Fe3N) obsahuje 5.{{13 }},0 % hm. N a jednofázový ξ (Fe2N) obsahuje 11,35 % hm.
Iontová nitridace nejprve generuje r fázi a poté přidává V případě karbidu vodíku, složené vrstvy a difúzní vrstvy, které se mění na epsilon fázi, zvětšení difuzní vrstvy hodně přispívá ke zvýšení únavové pevnosti. Erodovatelnost je nejlepší ve fázi ε.
Stupeň ošetření iontovou nitridací může začít od 350 stupňů. Doba ošetření může být několik minut nebo i dlouhá s ohledem na materiál as ním související mechanické vlastnosti. Tato metoda je stejná jako předchozí nitridační úprava metodou tepelného rozkladu. Metoda je jiná. Vzhledem k tomu, že tato metoda využívá vysokou iontovou energii, lze také materiály jako nerezová ocel, titan, kobalt atd., které byly v minulosti považovány za obtížně zpracovatelné, snadno upravovat vynikajícím povrchovým kalením.
Máte nějaké konkrétní dotazy týkající seObráběcí služby? Kontaktujte Yogie!Naši obchodní technici s vámi budou spolupracovat od začátku do konce, aby zajistili, že váš projekt bude dokončen podle vašich požadavků.
Taky,Yogieje profesionální výrobce proTěžební zařízení, CNC obráběcí stroje, aČásti strojůvíce než 20 let.
