Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Nitridovanie ocele nie je taká stará prax difúznej saturácie jej povrchovej vrstvy dusíkom. V priemyselnom meradle sa táto metóda používa len od 20. rokov minulého storočia. Tento postup navrhol Academician N.P. Chizhevsky výrazne zlepšuje kvalitu výrobkov z ocele v mnohých ohľadoch.

Podstata procesu nitridovania

V porovnaní s cementáciou má nitridácia niekoľko závažných výhod, ktoré z neho robili hlavný spôsob zlepšenia výkonu ocele. Nitridovaná vrstva má vysokú tvrdosť bez ďalšieho tepelného spracovania. Okrem toho po nitridovaní zostáva veľkosť obrobku prakticky nezmenená. Na rozdiel od cementačného procesu môže byť aplikovaný na hotové výrobky, ktoré boli tepelne kalené s vysokým popúšťaním a leštené do konečných foriem. Po nitridovaní sú diely plne pripravené na jemné leštenie a iné spracovanie.

Nitridovanie je úprava ocele počas jej ohrevu v prostredí s vysokým obsahom amoniaku. Výsledkom je, že oceľový povrch je nasýtený dusíkom a získava nasledujúce vlastnosti: \ t

  • Odolnosť kovových častí proti opotrebeniu sa zlepšuje zvýšením indexu tvrdosti ich povrchovej vrstvy;
  • Rastúca odolnosť alebo únavová pevnosť výrobkov z ocele;
  • Spracovaný materiál získava trvanlivú antikoróznu ochranu, ktorá sa udržiava pri kontakte s vodou, vzduchom a parou.

Výsledky nitridovania sú oveľa hodnotnejšie z hľadiska ďalšieho využitia ako ukazovatele produktu po cementácii. Vrstva po cementácii tak môže udržiavať stabilné hodnoty tvrdosti pri teplote nepresahujúcej 225 ° C a vrstvu s dusíkom - do 550-600 ° C. Dôvodom je mechanizmus nitridovania samotný, v dôsledku čoho vzniká povrchová vrstva, ktorá je 1, 5 - 2 krát silnejšia ako po vytvrdnutí a rovnakej cementácii.

Nitridačný mechanizmus

Zvyčajne sa tento postup uskutočňuje pri 500 až 600 ° C v tesne uzavretej retorte (mufle) železa, ktoré je zapustené v peci. Ohreje sa na teplotu zodpovedajúcu zvolenému režimu a udržiava sa požadovaný čas. V mufle, ktorou je nádoba, ležia oceľové prvky, ktoré budú vystavené nitridácii.

V retorte sa kontinuálne vypúšťa amoniak z valca pod určitým tlakom. Vo vnútri amoniaku, ktorý má vo svojej molekule dusík, pôsobením teploty, začína disociácia (rozklad) podľa nasledujúceho vzorca:

2 NH 3 → 6 H +2 N,

odkiaľ výsledný atómový dusík preniká do kovu difúziou. To vedie k tvorbe nitridov na povrchu železných produktov. A nitridy a ich tuhé roztoky sa vyznačujú zvýšenou tvrdosťou. Na konci postupu by sa pec mala hladko ochladiť prúdom amoniaku. Tento prístup fixuje účinok na tvrdosť vrstvy, čím zabraňuje oxidácii povrchu.

Hrúbka tejto nitridovej vrstvy sa môže pohybovať od 0, 3 do 0, 6 mm. Preto nie je potrebné následné tepelné spracovanie, aby sa zvýšili pevnostné charakteristiky .

Tvorba vrstvy bohatej na dusík je komplexná, ale dobre študovaná metalurgmi. V zliatine, ktorá vzniká v dôsledku difúzie dusíka do kovu, sú pozorované nasledujúce 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.

Keď sa spôsob privedie na teplotu, ktorá prevyšuje 591 ° C, je možné pozorovať ďalšiu a-fázu. Keď dosiahne limit saturácie, vygeneruje ďalšiu fázu. Rozklad eutektoidov produkuje 2, 35% dusíka.

Faktory ovplyvňujúce nitridáciu

Hlavné body, ktoré majú kľúčový vplyv na proces, sú teplota, tlak plynu a predĺžená nitridácia. Účinnosť tiež závisí od stupňa disociácie amoniaku, ktorý môže byť v oblasti 15-45% . Okrem toho existuje určitý vzťah: čím vyššia je teplota, tým nižšia je tvrdosť nitridačnej vrstvy, ale vyššia je rýchlosť difúzie. Index tvrdosti je spôsobený koaguláciou nitridov.

Aby sa mechanizmus použil na maximum a urýchlil, využite dvojstupňový režim. Počiatočná fáza obohatenia dusíkom sa uskutočňuje pri teplotách do 525 ° C, čo zaručuje vysokú tvrdosť horných vrstiev ocele. Potom nitridácia prechádza cez druhý stupeň pri teplote od 600 ° C do 620 ° C. Zároveň, vo veľmi krátkom čase, hĺbka nitrovanej vrstvy dosiahne nastavené hodnoty, čím sa celý proces zrýchľuje takmer dvakrát. Tvrdosť vrstvy vytvorenej v dôsledku stupňa zrýchlenia sa však nelíši od vrstvy vytvorenej štandardnou jednostupňovou technikou.

Čo sa stalo nitridovaným

Na nitridovanie sa používajú uhlíkové a legované ocele, v ktorých uhlíková frakcia je 0, 3-0, 5% . Najlepší výsledok je možné dosiahnuť pri použití ocele so zliatinovými kovmi, ktoré tvoria najviac tepelne odolné a pevné nitridy. Spôsob nitridovania je teda najúčinnejší pre legované ocele, medzi ktoré patria hliník, molybdén, chróm a podobné kovy. Oceľ s takýmto zložením sa nazýva nitralloy. Najmä molybdén zabraňuje krehkosti spôsobenej pomalým ochladzovaním ocele po procese nasýtenia dusíkom. Vlastnosti ocele po nitridácii: \ t

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

Súčasne, keď sa tvrdosť cez zliatinovú zlúčeninu zvyšuje, je hrúbka nitrovanej vrstvy nižšia. Najtenšia vrstva je tvorená oceľou s prvkami chrómu, volfrámu, niklu, molybdénu.

Odporúčané druhy ocele

Použitie určitej kvality ocele závisí od následnej činnosti kovového prvku. Odporúčané značky pre nitridáciu v závislosti od účelu výrobkov:

  • Ak je potrebné získať diely s vysokou tvrdosťou povrchu - trieda ocele 38 grade2МЮА. Je potrebné poznamenať, že obsahuje hliník, čo vedie k nízkej deformačnej odolnosti výrobku. Zatiaľ čo použitie nehrdzavejúcich ocelí výrazne znižuje tvrdosť povrchu a odolnosť proti opotrebeniu, hoci umožňuje vytvárať zložitejšie štruktúry;
  • Pre obrábacie stroje sa používajú na zlepšenie legovanej ocele triedy 40X, 40HFA;
  • Pre časti vystavené cyklickému zaťaženiu v ohybe - trieda ocele 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА;
  • Pre palivové jednotky, ktorých podrobnosti musia byť vyrobené s vysokou presnosťou - oceľ 30H3MF1. Aby sa dosiahla vyššia tvrdosť vrstvy nasýtenej dusíkom, táto oceľ je legovaná kremikom.

Procesná technológia

Príprava, nasýtenie dusíkom a konečná úprava vrchnej vrstvy ocele a zliatin zahŕňajú niekoľko krokov:

  1. Prípravné tepelné spracovanie kovu, ktoré pozostáva z kalenia a vysokého popúšťania. Vnútri výrobku sa stáva viskóznejší a trvácnejší. Kalenie sa uskutočňuje pri veľmi vysokej teplote približne 940 ° C a končí ochladením v kvapalnom oleji alebo vo vode. Teplotné podmienky popúšťania sú 600 až 700 ° C, čo dáva kovu vhodnú tvrdosť na rezanie;
  2. Obrábanie obrobkov, ktoré končí brúsením. Po tomto postupe diel dosiahne požadovanú veľkosť;
  3. Preventívne opatrenia pre tie časti výrobkov, ktoré musia podliehať saturácii dusíkom. Na tento účel sa používajú jednoduché formulácie, ako je cín alebo tekuté sklo, aplikované pomocou vrstvy, ktorá nie je väčšia ako 0, 015 mm, elektrolýzou. Tvorba tenkého filmu nepriepustného pre dusík;
  4. Nitridovanie ocele podľa vyššie uvedenej technológie;
  5. Dokončovanie prináša detaily do požadovaného stavu.

V tomto prípade sa pri 520 ° C spevňujú komplexné polotovary s tenkými stenami .

Pokiaľ ide o zmenu geometrických parametrov produktov po nitridačnom procese, je potrebné poznamenať, že závisí od hrúbky výslednej vrstvy nasýtenej dusíkom a od použitých teplôt. Táto zmena je však v každom prípade bezvýznamná.

Je potrebné poznamenať, že moderné spôsoby spracovania kovov spôsobom nitridovania sa uskutočňujú v peciach banskej štruktúry. Maximálna teplota, ktorá môže dosiahnuť 700 ° C, je nútená cirkulácia amoniaku v takýchto peciach. Mufla môže byť zabudovaná v peci alebo vymeniteľná.

Tento proces bude omnoho rýchlejší, ak zavediete ďalšiu muflu. Potom je náhradný mufle s časťami naplnený ihneď po tom, čo je prvý pripravený s spracovanými polotovarmi. Použitie tejto metódy však nie je vždy ekonomicky odôvodnené, najmä ak sú veľké produkty nasýtené dusíkom.

Možnosti médií pre nitridačný mechanizmus

Médium amoniak - propán

V poslednom čase sa veľmi aktívne používa spôsob spracovania kovu plynom obsahujúcim 1/2 amoniaku a 1/2 propánu, alebo rovnaký podiel amoniaku a endogáz. Toto prostredie umožňuje vykonávať postup po 3 hodinách pri 570 ° C. Vrstva uhlík-nitrid vytvorená v tomto prípade sa vyznačuje malou hrúbkou. Ale odolnosť voči opotrebeniu a jeho pevnosť sú omnoho vyššie ako odolnosť vrstvy získanej obvyklým spôsobom. Tvrdosť tejto vrstvy je v rozsahu 600-1100 HV. Takýto prístup sa používa pre výrobky z legovaných zliatin alebo ocele, na ktoré boli predložené špeciálne požiadavky na maximálnu prevádzkovú odolnosť.

Výboj žiary

Používa sa aj technológia kalenia v prostredí s obsahom dusíka. V tomto prípade sa používa spôsob vyžarovania, ktorý spája kovové časti s katódou. V tomto prípade je blanko záporne nabitá elektróda a mufle je kladne nabitá.

Táto technológia umožňuje niekoľkokrát skrátiť trvanie procesu. Výboj je excitovaný medzi plusovými a mínusovými plynnými iónmi (N2 alebo NH3), ktoré sú ťahané na povrch katódy a zohrievané na požadovanú teplotu. To sa deje v etapách: po prvé, katódové naprašovanie, povrch sa vyčistí a potom sa nasýti.

Prvý stupeň postreku by sa mal uskutočňovať pri tlaku 0, 2 mm Hg a napätí 1400 V počas 5 až 60 minút. Zároveň sa povrch zahreje na 250 ° C. Druhý stupeň sa uskutočňuje pri tlaku 1 až 10 mm ortuti a napätí 400 až 1100 V, čo trvá 1 až 24 hodín.

Kvapalné médium

Proces tenifer, ktorý je nitridáciou v kvapaline, ktorá prechádza v roztavenej kyanidovej vrstve pri teplote 570 ° C počas 30 - 180 minút, je veľmi účinný.

Nitridačné - závery

Nitridovanie je jedným z najobľúbenejších spôsobov, ako priviesť kovové časti k najlepším indikátorom odolnosti voči opotrebeniu. Okrem toho majú povrchové vrstvy vyplývajúce z nasýtenia dusíkom vysokú odolnosť voči korózii. Produkty nasýtené dusíkom nevyžadujú dodatočné tepelné spevnenie. V dôsledku toho sa nitridovanie stalo kľúčovým procesom obrábania súčiastok v strojárstve, konštrukcii obrábacích strojov a ďalších oblastiach, ktoré kladú vysoké nároky na komponenty.

Nitridovanie má svoje nevýhody, ktoré spočívajú vo vysokých nákladoch a trvaní jeho implementácie. Teda pri teplotách 500 ° C preniká dusík 0, 01 mm (alebo menej) za hodinu. Na základe tejto skutočnosti niekedy celkový čas celého procesu dosahuje 60 hodín.

Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Kategórie:

Kovoobrábanie