Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Nitridovanie ocele je relatívne nová technológia difúzneho nasýtenia povrchovej vrstvy dusíkom. Jeho autorom bol akademik N. P. Chizhevsky, ktorý navrhol pomocou unikátnej techniky výrazne zlepšiť pracovné vlastnosti a parametre oceľových výrobkov. Až do 20. rokov minulého storočia sa táto metóda nepoužívala v priemyselnom meradle.

Princíp procesu

Ak porovnáme nitridovanie s tradičnou cementáciou, prvá možnosť ponúka mnoho významných výhod, ktoré nie sú typické pre iné technológie. Z tohto dôvodu sa stále považuje za najlepší a najefektívnejší spôsob spracovania oceľových konštrukcií s cieľom získať ukazovatele maximálnej pevnosti bez použitia dodatočného tepelného spracovania. Za plus techniky sa považuje zachovanie predchádzajúcich rozmerov obrobku, čo umožňuje jeho aplikáciu už na hotové výrobky, ktoré prešli tepelným vytvrdzovaním s vysokým popúšťaním a brúsením do konečného tvaru. Úspešné ukončenie nitridovania umožňuje záverečné leštenie a iné úpravy.

Proces sa vykonáva pod vplyvom amoniaku, ktorý sa zahrieva na určité teploty. Výsledkom je, že materiál je nasýtený dusíkom a získava množstvo jedinečných vlastností, vrátane:

  • zlepšená odolnosť kovových častí proti opotrebeniu, čo je zaistené zvýšením indexu tvrdosti ich povrchovej vrstvy;
  • vyššia odolnosť alebo únavová pevnosť obrobku;
  • získavanie odolnej antikoróznej ochrany, ktorá zostáva rovnaká aj pri vystavení účinkom vody, vzduchu a plynu.

Časti ošetrené dusíkom sú oveľa lepšie ako podobné výrobky, ktoré podliehajú cementácii. Je známe, že po druhom postupe si vrstva udržuje stabilnú tvrdosť len za podmienok, že teplotné indexy nepresahujú 225 stupňov. V prípade dusíka dosahuje maximálny prah 550 - 600 stupňov. Je to spôsobené vývojom povrchovej vrstvy, ktorá je niekoľkokrát silnejšia ako tradičné vytvrdzovanie a cementovanie.

Úprava dusíka z ocele

Postup sa vykonáva v hermeticky utesnenom prostredí železa zohriateho na 500 - 600 stupňov Celzia, ktoré je inštalované v peci. Presná teplota mufle (uzavretá retorta) je určená režimom a očakávaným výsledkom. To isté platí pre čas konania. Nádoba obsahuje prvky z ocele, ktoré budú nasýtené dusíkom.

V procese vykonávania akcie sa amoniak privádza do retorty z valca, ktorý sa vyznačuje schopnosťou disociácie (rozkladu) vplyvom určitej teploty. Nitridačný mechanizmus môže byť opísaný nasledujúcim vzorcom: 2 NH3 -> 6H + 2N.

Výsledkom je vytvorenie vrstvy nitridov na povrchu železných výrobkov, ktoré sa vyznačujú špeciálnou tvrdosťou. Akonáhle sa postup ukončí, pec sa ochladí spolu s prúdom amoniaku. Takéto pôsobenie môže ovplyvniť účinok na tvrdosť vrstvy a zabrániť oxidácii povrchu.

Hrúbka nitridovej vrstvy dosahuje 0, 3 - 0, 6 milimetrov. V dôsledku toho sa jednoducho stráca potreba tepelného spracovania na zlepšenie pevnostného výkonu. Tvorba vrstvy dusíka sa vykonáva podľa komplexnej schémy, avšak prostredníctvom dlhodobých štúdií ju metalurgovia študovali v čo najväčšej miere. V zliatine sa vyskytujú tieto fázy:

  • Tuhý roztok Fe3N s obsahom dusíka 8, 0 - 11, 2%;
  • Tuhý roztok Fe4N s obsahom dusíka 5, 7–6, 1%;
  • Roztok N v α-žľaze.

Ak je možné tento proces priviesť na teplotu 591 stupňov Celzia, môžeme si všimnúť inú fázu α. Po dosiahnutí limitu nasýtenia nastane iná fáza. Rozklad eutektoidov produkuje 2, 35% dusíka.

Aké faktory ovplyvňujú nitridáciu

Na postup majú kľúčový vplyv tieto faktory:

  • teplotné podmienky;
  • tlak plynu;
  • predĺžená nitridácia.

Konečný výsledok môže byť určený stupňom rozkladu účinnej látky, ktorý sa pohybuje v rozmedzí 15 až 45%. Okrem toho je dôležité zvážiť jednu vlastnosť: čím vyššie sú hodnoty teploty, tým horšie sú charakteristiky pevnosti vrstvy dusíka, ale čím vyššia je rýchlosť difúzie. Tvrdosť je spôsobená koaguláciou nitridov.

S cieľom „vytlačiť“ maximálne pozitívne vlastnosti z procedúry a skrátiť čas potrebný na spracovanie, niektorí metalurgovia vykonávajú dvojstupňový prevádzkový režim . V počiatočnom štádiu je oceľový blok obohatený dusíkom pod vplyvom teploty 525 stupňov. To je dosť na obohatenie horných vrstiev a zvýšenie tvrdosti.

Ďalšia fáza zahŕňa použitie vyššieho teplotného režimu od 600 do 620 stupňov Celzia. V tomto prípade hĺbka získanej vrstvy dosahuje stanovené hodnoty a celý proces sa urýchľuje takmer dvakrát. Indikátory tvrdosti však zostávajú rovnaké ako v jednostupňovom spracovaní.

Odrody opracovanej ocele

Moderná metalurgia využíva nitridačnú technológiu na úpravu uhlíkových a legovaných ocelí, kde podiel uhlíka je 0, 3–0, 5% . Vysoký úspech postupu je možné pozorovať pri výbere legujúcich kovov schopných vytvárať nitridy s vysokou tepelnou odolnosťou a tvrdosťou. Napríklad špeciálna účinnosť procesu je typická pri použití takých štruktúr, ktoré obsahujú hliník, molybdén, chróm a iné podobné suroviny. Takéto oceľové predvalky sa nazývajú nitrallos.

Molybdén je schopný zabrániť krehkosti krehkosti, ktorá je spôsobená pomalým ochladzovaním ocele po úspešnom dokončení spracovania. V dôsledku toho materiál získava tieto vlastnosti:

  • Tvrdosť uhlíkovej ocele - HV 200−250;
  • Zliatina - HV 600−800;
  • Nitralloy do HV 1200 a ešte vyššie;

Odporúčané značky

Voľba špecifických tried ocele je určená rozsahom činnosti kovového prvku. Väčšina metalurgov rozlišuje tieto kritériá:

  • Ak potrebujete získať diely s vysokou tvrdosťou povrchu, vyberte si značku 38Х2МЮА. Má vysoký obsah hliníka, čo spôsobuje nízku odolnosť výrobku voči deformácii. Ak v oceli chýba hliník, má to negatívny vplyv na tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu, hoci rozširuje rozsah použitia a umožňuje reprodukovať najkomplexnejšie konštrukcie a obrobky;
  • Pri konštrukcii obrábacích strojov sa používajú vylepšené triedy legovanej ocele 40X, 40HFA;
  • Ak hovoríme o výrobe dielov s vysokým rizikom cyklického zaťaženia v ohybe, používajte výrobky pod značkami 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА;
  • Čo sa týka palivových kaziet, kde sa vyžaduje použitie sofistikovaných kovových výrobkov s vysokou presnosťou výroby, má zmysel zvoliť si model 30H3MF1;

Fázy postupu

Prípravná fáza, spracovanie dusíka a konečná úprava povrchovej vrstvy ocele a zliatin sa uskutočňujú niekoľkými krokmi:

  • Príprava kovu tepelným spracovaním, počas ktorého sa vykonáva kalenie a vysoké popúšťanie. Interiér výrobku nadobúda charakteristickú viskozitu a pevnosť. Kalenie sa vykonáva pod vplyvom vysokých teplôt až do 940 stupňov. V budúcnosti sa materiál ochladí v oleji alebo vo vode. Dovolenka sa vykonáva pri teplote 600-700 stupňov Celzia, ktorá je dostatočná na získanie zvýšenej tvrdosti;
  • Čo sa týka obrábania polotovarov, je ukončený metódou konečného brúsenia materiálu. V konečnom výsledku sa časť stáva správnou veľkosťou;
  • Je dôležité poskytnúť rad preventívnych opatrení pre tie prvky, ktoré musia byť nasýtené dusíkom. V priebehu spracovania sa používajú jednoduché kompozície ako tekuté sklo alebo cín, ktoré sa aplikujú elektrolýzou s vrstvou nie väčšou ako 0, 015 milimetrov. To vám umožní vytvoriť tenký film, ktorý je nepriepustný pre dusík;
  • Ďalšia etapa zahŕňa nitridáciu použitím vyššie uvedenej technológie;
  • V záverečnom štádiu sú diely uvedené do očakávaného stavu a sú tu vystužené sochory zložitého tvaru s tenkými stenami pri teplote 520 stupňov Celzia.

Pokiaľ ide o zmenu geometrických vlastností obrobku po nitridácii, je určená hrúbkou výslednej vrstvy nasýtenej dusíkom a použitými teplotami. V každom prípade sú odchýlky od očakávanej formy menšie.

Je dôležité pochopiť, že moderná technológia spracovania nitridovaním zahŕňa použitie šachtových pecí . Indikátory maximálnej teploty dosahujú 700 stupňov, takže prúdenie vzduchu je nútené. Mufla je zabudovaná do rúry alebo vymeniteľná.

Pri použití dodatočnej mufle je proces spracovania oveľa rýchlejší. V dôsledku toho je náhradný mufle ihneď naložený, keď je prvý pripravený. Je pravda, že táto metóda nie je rozšírená kvôli vysokým nákladom.

Možnosti médií na spracovanie

V súčasnosti je obzvlášť žiaduce spracovanie dusíkových oceľových predvalkov v médiu amoniak-propán . V tomto prípade majú metalurgovia možnosť vydržať suroviny pod vplyvom 570 stupňov tri hodiny. Karbonitridová vrstva vytvorená za takýchto podmienok má minimálnu hrúbku, avšak indikátory pevnosti a odolnosti proti opotrebeniu sú oveľa vyššie ako u variantov, ktoré boli vynájdené obvyklým spôsobom. Tvrdosť tejto vrstvy je v rozsahu 600 - 1100 HV.

Táto technológia je obzvlášť nevyhnutná pri výbere výrobkov z legovaných zliatin alebo ocele, ktoré podliehajú vysokým požiadavkám na prevádzkovú odolnosť.

Nemenej populárnym riešením je tiež použitie technológie vyžarovania žiarením, keď je materiál spevnený v vypúšťanom médiu obsahujúcom dusík a spája kovové výrobky s katódou. Výsledkom je, že obrobok získa záporne nabitú elektródu a v mufle kladne nabitú elektródu.

Technológia viackrát skracuje trvanie akcie. Výboj sa objavuje medzi plusom a mínusom a ióny plynu pôsobia na povrch katódy a ohrievajú sa. Takýto vplyv sa vykonáva v niekoľkých fázach:

  • katódové naprašovanie nastáva spočiatku;
  • potom čistenie povrchu;
  • potom nasýtenie.

V prvej fáze postreku sa udržiava tlak 0, 2 milimetra ortuti a napätie 1400 voltov počas 5 až 60 minút. V tomto prípade sa povrch zahreje na 250 stupňov Celzia. Druhá fáza zahŕňa použitie tlaku 1 - 10 milimetrov ortuti pri napätí 400 - 1100 V. Postup vyžaduje 1 - 24 hodín.

Ďalšou veľmi účinnou metódou spracovania je tenifer, ktorý zahŕňa nitridáciu v kvapaline na báze roztaveného kyanistu pod vplyvom teploty 570 stupňov Celzia.

Výhody technológie

V súčasnosti je technológia nitridovania považovaná za najobľúbenejšie riešenie na dosiahnutie najlepších výkonových ukazovateľov kovových častí. Pri správnom prístupe je zaistená najlepšia odolnosť proti opotrebeniu a vrstvy získané v dôsledku takéhoto spracovania získajú vysokú odolnosť voči korózii. Štruktúry, ktoré boli podrobené ošetreniu, nevyžadujú dodatočné tepelné vytvrdenie. Vďaka týmto vlastnostiam je nitridovanie považované za kľúčový procesný procesný prvok v strojárstve, konštrukcii obrábacích strojov a ďalších oblastiach, kde sú kladené vysoké požiadavky na súčiastky.

Okrem mnohých výhod má však táto technológia svoje nevýhody, ktoré spočívajú vo vysokých nákladoch a trvaní postupu. Pri teplote 500 ° C je dusík schopný preniknúť 0, 01 milimetra. V tomto prípade celkové trvanie procesu dosiahne jednu hodinu.

Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Kategórie:

Kovoobrábanie