Ajutați dezvoltarea site -ului, împărtășind articolul cu prietenii!

Nitridarea oțelului este o tehnologie relativ nouă de saturație difuză a stratului de suprafață cu azot. Autorul său a fost Academician N. P. Chizhevsky, care a propus utilizarea unei tehnici unice pentru îmbunătățirea semnificativă a proprietăților și parametrilor de lucru ai produselor din oțel. Până în anii 20 ai secolului trecut, metoda nu a fost utilizată la scară industrială.

Principiul procesului

Dacă comparăm nitridarea cu cimentarea tradițională, prima opțiune oferă multe avantaje semnificative care nu sunt tipice altor tehnologii. Din acest motiv, acesta este încă considerat cel mai bun și mai eficient mod de a procesa structurile metalice pentru a obține indicatori de rezistență maximă fără utilizarea unui tratament termic suplimentar. Un plus al tehnicii este considerat a fi conservarea dimensiunilor anterioare ale piesei de prelucrat, ceea ce permite aplicarea acesteia deja la produsele finite care au suferit o întărire termică cu temperatură ridicată și măcinare până la forma finală. Finalizarea cu succes a nitridării permite finisarea finală și alte tratamente.

Procesul se efectuează sub influența amoniacului, care este încălzit la anumite temperaturi. Ca urmare, materialul este saturat cu azot si dobandeste o masa de proprietati unice, incluzand:

  • o rezistență îmbunătățită la uzură a pieselor metalice, care este asigurată prin creșterea indicelui de duritate al stratului lor de suprafață;
  • rezistență mai mare la rezistență sau oboseală a piesei de prelucrat;
  • achiziționarea unei protecții rezistente la coroziune, care rămâne aceeași chiar și atunci când este expusă mediului înconjurător de apă, aer și gaz-aer.

Piesele tratate cu azot sunt mult mai bune decât produsele similare care cedează cimentării. Se știe că după a doua procedură, stratul menține o duritate stabilă numai în condițiile în care indicii de temperatură nu depășesc 225 de grade. În cazul azotului, pragul maxim ajunge la 550-600 de grade. Acest lucru se datorează dezvoltării stratului de suprafață, care este de câteva ori mai puternic decât întărirea și cimentarea tradițională.

Tratarea cu azot a oțelului

Procedura se efectuează într-un mediu închis ermetic de fier încălzit la 500-600 grade Celsius, care este instalat în cuptor. Temperatura exactă a muffle-ului (retort închis) este determinată de modul și de rezultatul așteptat. Același lucru este valabil și pentru timpul procedurii. Containerul conține elemente de oțel, care vor fi saturate cu azot.

În procesul de realizare a acțiunii, amoniacul este furnizat retortului din cilindru, care se caracterizează prin capacitatea de disociere (descompunere) sub influența unei anumite temperaturi. Mecanismul de nitrare poate fi descris prin următoarea formulă: 2 NH3 → 6H + 2N.

Ca rezultat, se formează un strat de nitruri pe suprafața produselor din fier, care se caracterizează printr-o duritate specială. Imediat ce procedura este terminată, cuptorul este răcit împreună cu un curent de amoniac. Astfel de acțiuni pot determina efectul asupra durității stratului și pot preveni oxidarea suprafeței.

Grosimea stratului de nitrură atinge 0, 3-0, 6 milimetri. Ca rezultat, nevoia de tratament termic pentru a îmbunătăți performanța de rezistență este pur și simplu pierdută. Formarea stratului de azot se realizează în conformitate cu o schemă complexă, totuși, prin studii pe termen lung, metalurgii l-au studiat cât mai mult posibil. Următoarele faze apar în aliaj:

  • Fe3N soluție solidă cu un conținut de azot de 8, 0-11, 2%;
  • Soluție solidă de Fe4N cu un conținut de azot de 5, 7-6, 1%;
  • Soluția N în glanda α.

Dacă este posibilă aducerea procesului la o temperatură de 591 grade Celsius, acest lucru ne permite să observăm o altă fază α. La atingerea limitei de saturație, apare o altă fază. Descompunerea eutectoidă produce 2, 35% azot.

Ce factori afectează nitridarea

Următorii factori au un impact cheie asupra procedurii:

  • condiții de temperatură;
  • presiunea gazului;
  • nitridarea prelungită.

Rezultatul final poate fi determinat de gradul de descompunere al substanței active, care variază în intervalul de 15-45%. În plus, este important să se ia în considerare o caracteristică: cu cât sunt mai mari valorile de temperatură, cu atât sunt mai bune caracteristicile de rezistență ale stratului de azot, dar cu cât este mai mare rata de difuzie. Duritatea se datorează coagulării nitridiilor.

Pentru a "stoarce" proprietățile maxime pozitive din procedură și a reduce timpul de procesare, unii metalurgi practică un mod de operare în două etape . La etapa inițială, țagla de oțel este îmbogățită cu azot sub influența unei temperaturi de 525 de grade. Acest lucru este suficient pentru a îmbogăți straturile superioare și pentru a crește duritatea.

Următoarea etapă implică utilizarea unui regim de temperatură mai mare de la 600 la 620 de grade Celsius. În acest caz, adâncimea stratului obținut atinge valorile specificate și întregul proces este accelerat aproape de două ori. Cu toate acestea, indicatorii de duritate rămân aceiași ca la procesarea în una singură etapă.

Soiuri de oțel prelucrat

Metalurgia modernă utilizează tehnologia de nitrurare pentru tratarea oțelurilor carbon și aliate, unde proporția de carbon este de 0, 3-0, 5% . Succesul mare al procedurii poate fi văzut atunci când se aleg metale de aliaj capabile să creeze nitruri cu rezistență ridicată la căldură și duritate. De exemplu, eficacitatea deosebită a procesului este tipică atunci când se utilizează acele structuri care conțin aluminiu, molibden, crom și alte materii prime similare. Astfel de bilete de oțel se numesc nitrallos.

Molibdenul este capabil să prevină fragilitatea temperaturii, care este cauzată de răcirea lentă a oțelului după finalizarea cu succes a prelucrării. Ca rezultat, materialul dobândește următoarele caracteristici:

  • Duritatea oțelului carbon - HV 200-250;
  • Aliaj - HV 600-800;
  • Nitralloy până la HV 1200 și chiar mai mare;

Marci recomandate

Alegerea unor grade specifice de oțel este determinată de domeniul de aplicare al elementului metalic. Majoritatea metalurgiștilor disting următoarele criterii:

  • Dacă aveți nevoie să obțineți componente cu duritate ridicată a suprafeței, alegeți marca 38Х2МЮА. Are un conținut ridicat de aluminiu, care determină o rezistență scăzută la deformare a produsului. În cazul absenței aluminiului în oțel, acest lucru are un efect negativ asupra durității și rezistenței la uzură, deși extinde domeniul de aplicare și face posibilă reproducerea celor mai complexe structuri și piese de prelucrat;
  • În construcția mașinilor-unelte se folosesc grade îmbunătățite de oțel aliat 40X, 40HFA;
  • Dacă vorbim despre fabricarea de piese cu risc ridicat de încărcare ciclică, folosiți produsele sub mărcile 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА;
  • În ceea ce privește ansamblurile de combustibil, în cazul cărora este necesară utilizarea unor produse metalice sofisticate cu o fabricație de precizie ridicată, este logic să se opteze pentru modelul 30H3MF1;

Etapele procedurii

Etapa pregătitoare, tratarea cu azot și finisarea stratului de suprafață din oțel și aliaje se realizează utilizând mai multe etape:

  • Pregătirea metalelor prin tratament termic, în timpul căreia se realizează întărirea și temperarea înaltă. Interiorul produsului obține o vâscozitate și o rezistență caracteristică. Încălzirea se realizează sub influența temperaturilor ridicate, până la 940 de grade. În viitor, materialul este răcit în ulei sau apă. Vacanța se desfășoară la o temperatură de 600-700 grade Celsius, ceea ce este suficient pentru a obține o duritate crescută;
  • În ceea ce privește prelucrarea semifabricatelor, se completează prin metoda de măcinare finală a materialului. În rezultatul final, partea devine mărimea potrivită;
  • Este important să se prevadă o serie de măsuri de precauție pentru acele elemente care trebuie să fie saturate cu azot. În timpul procesării se utilizează compoziții simple cum ar fi sticla lichidă sau staniu, care sunt aplicate prin electroliză cu un strat de nu mai mult de 0, 015 milimetri. Acest lucru vă permite să formați o peliculă subțire care este impermeabilă la azot;
  • Următoarea etapă implică nitridarea utilizând tehnologia menționată mai sus;
  • La etapa de finisare, piesele sunt aduse la starea de așteptare, iar semifabricatele de formă complexă cu pereți subțiri sunt întărite la o temperatură de 520 grade Celsius.

În ceea ce privește modificarea proprietăților geometrice ale piesei de prelucrat după nitridare, aceasta este determinată de grosimea stratului rezultat cu azot rezultat și de temperaturile utilizate. În orice caz, abaterile de la formularul așteptat sunt minore.

Este important să se înțeleagă faptul că tehnologia modernă de procesare prin nitridare implică utilizarea cuptoarelor de tip arbore . Indicatorii de temperatură maximă ating 700 de grade, astfel încât circulația aerului devine forțată. Mufla este încorporată în cuptor sau poate fi înlocuită.

Când se utilizează un muffle suplimentar, procesul de procesare este mult mai rapid. Ca urmare, muffle-ul de rezervă este încărcat imediat când primul este gata. Este adevărat că această metodă nu este răspândită din cauza costurilor ridicate.

Opțiunile media pentru procesare

În prezent, tratamentul cu azot al biletelor de oțel într-un mediu amoniac-propan este în special în cerere. În acest caz, metalurgii au posibilitatea de a rezista materiilor prime sub influența a 570 de grade timp de trei ore. Stratul de carbonitrid format în astfel de condiții are o grosime minimă, însă indicatorii rezistenței la rezistență și uzură sunt mult mai mari decât cei ai variantelor inventate prin metoda obișnuită. Duritatea acestui strat este în intervalul de 600-1100 VV.

Tehnologia este deosebit de indispensabilă atunci când alegeți produse din aliaje aliate sau oțel, care sunt supuse unor cerințe înalte de rezistență operațională.

De asemenea, soluția nu mai puțin populară este folosirea tehnologiei de descărcare prin strălucire, atunci când materialul este întărit într-un mediu evacuat cu azot, conectând produsele metalice la catod. Drept rezultat, piesa de prelucrat dobândește un electrod încărcat negativ, iar în muffle - un element încărcat pozitiv.

Tehnologia reduce durata de acțiune de mai multe ori. Apare o descărcare între plus și minus, iar ionii de gaz acționează pe suprafața catodului, încălzindu-l. Un astfel de impact se realizează în mai multe etape:

  • aplicarea catodului are loc inițial;
  • apoi curățarea suprafeței;
  • apoi saturație.

La prima etapă de pulverizare, o presiune de 0, 2 milimetri de mercur și o tensiune de 1400 de volți sunt menținute timp de 5-60 de minute. În acest caz, suprafața este încălzită la 250 de grade Celsius. A doua etapă implică utilizarea unei presiuni de 1-10 milimetri de mercur la o tensiune de 400-1100 V. Procedura necesită 1-24 ore.

O altă metodă foarte eficientă de tratare este procesul tenifer, care implică nitridarea într-un lichid bazat pe un cianist topit sub influența unei temperaturi de 570 grade Celsius.

Beneficii tehnologice

În prezent, tehnologia de nitrurare este considerată cea mai populară soluție pentru a obține cei mai buni indicatori de performanță ai pieselor metalice. Prin abordarea corectă, se asigură cea mai bună rezistență la uzură, iar straturile obținute ca urmare a unui astfel de tratament dobândesc o rezistență ridicată la coroziune. Structurile care au fost supuse tratamentului nu necesită o întărire termică suplimentară. Datorită acestor caracteristici, nitrizarea este considerată a fi procesul-cheie al prelucrării elementelor în ingineria mecanică, în construcția mașinilor-unelte și în alte zone în care se cer mari cerințe pe părțile componente.

Cu toate acestea, în plus față de numeroase avantaje, tehnologia are dezavantajele sale, care constau în costul ridicat și durata procedurii. La o temperatură de 500 grade Celsius, azotul poate penetra 0, 01 milimetri. În acest caz, durata totală a procesului atinge o oră.

Ajutați dezvoltarea site -ului, împărtășind articolul cu prietenii!

Categorie:

Prelucrarea metalelor