Ajutați dezvoltarea site -ului, împărtășind articolul cu prietenii!

Nitridarea oțelului este o practică nu mai veche de saturație difuză a stratului său de suprafață cu azot. La scară industrială, această metodă a fost utilizată abia în anii 20 ai secolului trecut. Această procedură propusă de Academician N.P. Chizhevsky îmbunătățește în mod semnificativ calitatea produselor din oțel în multe moduri.

Esența procesului de nitrurare

Comparativ cu cimentarea, nitridarea are mai multe avantaje grele, ceea ce a făcut ca acesta să fie principalul mod de a îmbunătăți performanța oțelului. Stratul nitridat are o duritate ridicată fără tratament termic suplimentar. În plus, după nitridare, dimensiunea piesei de prelucrat rămâne practic neschimbată. Spre deosebire de procesul de cimentare, acesta poate fi aplicat produselor finite care au fost stingate termic cu temperaturi ridicate și forme lustruite până la finisare. După nitridare, piesele sunt complet pregătite pentru lustruirea fină și pentru alte prelucrări.

Nitridarea este tratarea oțelului în timpul încălzirii acestuia într-un mediu cu conținut ridicat de amoniac. Ca rezultat, suprafața oțelului este saturată cu azot și dobândește următoarele calități:

  • Rezistența la uzură a pieselor metalice este îmbunătățită prin creșterea indicelui de duritate a stratului de suprafață;
  • Creșterea durabilității sau a rezistenței la oboseală a produselor din oțel;
  • Materialul tratat obține o protecție durabilă împotriva coroziunii, care este menținută la contactul cu mediul de apă, aer și aer-vapori.

Rezultatele nitridării sunt mult mai valoroase în ceea ce privește exploatarea ulterioară decât indicatorii produsului după cementare. Astfel, stratul după cimentare poate menține valori de duritate stabile la o temperatură ce nu depășește 225 ° C și un strat cu azot - până la 550-600 ° C. Motivul pentru aceasta este mecanismul de nitridare în sine, ca urmare a formării unui strat de suprafață, care este de 1, 5-2 ori mai puternic decât după întărire și aceeași cimentare.

Mecanismul de nitridare

De obicei, această procedură are loc la o temperatură cuprinsă între 500-600 ° C într-un retort strâns închis (muffle) de fier, care este încorporat în cuptor. Se încălzește la o temperatură corespunzătoare modului selectat și se menține timpul necesar. În mufla, care este un container, se pun elemente de oțel care vor fi expuse la nitridare.

Într-un retort, amoniacul este lansat continuu dintr-un cilindru sub o anumită presiune. În interiorul său, amoniacul, care are azot în moleculă, sub acțiunea temperaturii, începe disocierea (descompunerea) conform următoarei formule:

2 NH3-6H + 2N,

de unde azotul atomic care rezultă pătrunde în metal prin difuzie. Aceasta duce la formarea de nitruri pe suprafața produselor din fier. Și nitrurile și soluțiile lor solide sunt caracterizate de o duritate crescută. La sfârșitul procedurii, cuptorul trebuie răcit fără probleme cu fluxul de amoniac. Această abordare stabilește efectul asupra durității stratului, împiedicând oxidarea suprafeței.

Grosimea acestui strat de nitruri poate varia de la 0, 3 la 0, 6 mm. Astfel, nu este nevoie de tratament termic ulterior pentru a crește caracteristicile de rezistență .

Formarea unui strat bogat în azot este complexă, dar bine studiată de metalurgiști. În aliajul care se formează datorită difuziei azotului în metal, se observă următoarele faze:

  • 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.

Când procesul este adus la o temperatură care depășește 591 ° C, se poate observa o fază a-adițională suplimentară. Când atinge limita de saturație, generează următoarea fază. Descompunerea eutectoidă produce 2, 35% azot.

Factorii care afectează nitridarea

Principalele puncte care au un impact major asupra procesului sunt temperatura, presiunea gazului și nitridarea prelungită. Eficiența depinde, de asemenea, de gradul de disociere a amoniacului, care poate fi în regiunea de 15-45% . Mai mult decât atât, există o anumită relație: cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai mică duritatea stratului de nitrurare, dar cu cât este mai mare rata de difuzie. Indicele de duritate este cauzat de coagularea nitridiilor.

Pentru a utiliza mecanismul la maxim și a-l accelera, recurgeți la un mod în două etape. Etapa inițială de îmbogățire cu azot are loc la temperaturi de până la 525 ° C, ceea ce asigură o duritate ridicată a straturilor superioare de oțel. Apoi, nitridarea trece a doua etapă la o temperatură de la 600 ° C la 620 ° C. În același timp, într-un timp foarte scurt, adâncimea stratului nitrat atinge valorile stabilite, accelerând întregul proces de aproape două ori. Cu toate acestea, duritatea stratului format ca rezultat al etapei de accelerare nu va fi diferită de stratul format prin tehnica standard în monostrat.

Ce a devenit nitridat

Atât oțelurile de carbon, cât și oțelurile aliate sunt utilizate pentru nitrurare, în care fracțiunea de carbon este de 0, 3-0, 5% . Cel mai bun rezultat poate fi obținut atunci când se utilizează oțel cu metale de aliaj, care formează cele mai rezistente la căldură și nitrurile solide. Astfel, procesul de nitrurare este cel mai eficient pentru oțelurile aliate, care includ aluminiul, molibdenul, cromul și metalele similare. Oțelul cu o astfel de compoziție se numește nitralloy. Molibdenul previne, în special, fragilitatea temperaturii cauzată de răcirea lentă a oțelului după procesul de saturare cu azot. Caracteristicile oțelului după nitrare:

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

În același timp, pe măsură ce duritatea prin compusul de aliere devine mai mare, grosimea stratului nitrat este mai mică. Cel mai subțire strat este format din oțel cu elemente de crom, tungsten, nichel, molibden.

Grade recomandate pentru oțel

Utilizarea unui anumit grad de oțel depinde de funcționarea ulterioară a elementului metalic. Marci recomandate pentru nitridare în funcție de scopul produselor:

  • Dacă este necesar să se obțină părți cu o duritate mare a suprafeței - oțel de gradul 38Х2МЮА. Trebuie remarcat faptul că acesta conține aluminiu, ceea ce conduce la o rezistență scăzută la deformare a produsului. În timp ce utilizarea de grade non-aluminiu reduce semnificativ duritatea suprafeței și rezistența la uzură, deși face posibilă crearea de structuri mai complexe;
  • Pentru mașinile-unelte sunt utilizate pentru a îmbunătăți calitatea oțelului aliat 40X, 40HFA;
  • Pentru piesele supuse încărcărilor ciclice - oțel de calitate 30Х3М, 38ХММ, 38ХНМФА, 38ХН3МА;
  • Pentru unitățile de combustibil ale căror detalii trebuie să fie fabricate cu o mare precizie - oțel de calitate 30H3MF1. Pentru a obține o duritate mai mare a stratului de azot saturat, acest grad de oțel este aliat cu siliciu.

Tehnologia proceselor

Pregătirea, saturarea azotului și finisarea stratului superior de oțel și aliaje implică mai multe etape:

  1. Tratamentul termic preparativ al metalelor, care constă în răcire și temperatură ridicată. Interiorul produsului devine mai vâscos și durabil. Stingerea are loc la o temperatură foarte ridicată de aproximativ 940 ° C și se termină prin răcire într-un ulei lichid sau apă. Condițiile de temperatură ale temperaturii sunt de 600-700 ° C, ceea ce conferă metalului o duritate potrivită pentru tăiere;
  2. Prelucrarea pieselor, care se termină cu șlefuirea. După această procedură, partea atinge dimensiunea dorită;
  3. Măsuri de precauție pentru părțile de produse care trebuie să fie supuse saturației cu azot. Pentru a face acest lucru, utilizați o formulă simplă, cum ar fi sticla sau sticla lichidă, aplicată printr-un strat de nu mai mult de 0, 015 mm prin electroliză. Formarea unei pelicule subțiri, impermeabilă la azot;
  4. Nitridarea oțelului în conformitate cu tehnologia de mai sus;
  5. Finisarea aduce detaliile la starea dorită.

În acest caz, semifabricatele în formă de complex cu pereți subțiri sunt întărite la 520 ° C.

În ceea ce privește modificarea parametrilor geometrici ai produselor după procesul de nitrare, se observă că acestea depind de grosimea stratului azot rezultat și de temperaturile utilizate. Totuși, această schimbare este nesemnificativă în orice caz.

Trebuie menționat faptul că metodele moderne de prelucrare a metalelor prin metoda nitrizării se realizează în cuptoare cu structură minieră. Temperatura maximă poate atinge 700 ° C, circulația amoniacului în astfel de cuptoare este forțată. Mufla poate fi construită în cuptor sau poate fi înlocuită.

Procesul va fi mult mai rapid dacă introduceți o muffle suplimentară. Apoi, mufla de rezervă cu piesele este încărcată imediat după ce prima este pregătită cu spațiile prelucrate. Cu toate acestea, utilizarea acestei metode nu este întotdeauna justificată din punct de vedere economic, în special atunci când produsele mari sunt saturate cu azot.

Opțiunile media pentru mecanismul de nitrare

Mediu amoniac - propan

Recent, metodele de tratare a unui metal cu gaz constând din ½ de amoniac și ½ de propan sau de aceleași proporții de amoniac și endogaz au fost utilizate foarte activ. Acest mediu face posibilă efectuarea procedurii la 3 ore la 570 ˚С . Stratul de carbon-nitruri format în acest caz este caracterizat de o grosime mică. Însă rezistența la uzură și rezistența la uzură sunt mult mai mari decât cele ale stratului obținut prin metoda obișnuită. Duritatea acestui strat este în intervalul de 600-1100 VV. O astfel de abordare este utilizată pentru produsele fabricate din aliaje aliate sau din oțel, cărora le-au fost cerute cerințe speciale pentru rezistența maximă operațională.

Glow descărcare

De asemenea, a fost utilizată tehnologia de întărire într-un mediu evacuat cu azot. În acest caz, se utilizează o metodă de descărcare prin glow, care leagă piesele metalice de catod. În acest caz, martorul este un electrod încărcat negativ, iar muffle-ul este unul încărcat pozitiv.

Această tehnologie permite reducerea duratei procesului de mai multe ori. O descărcare este excitată între plus și minus, ionii de gaz (N2 sau NH3) sunt atrași pe suprafața catodului, încălzindu-l la temperatura dorită. Acest lucru se întâmplă în etape: în primul rând, pulverizarea catodului, suprafața este curățată și apoi saturată.

Prima etapă de pulverizare trebuie să aibă loc la o presiune de 0, 2 mm Hg și o tensiune de 1400 V timp de 5-60 de minute. În același timp, suprafața se încălzește până la 250 ˚С. A doua etapă se desfășoară la o presiune de 1-10 mm de mercur și o tensiune de 400-1100 V, care durează 1-24 ore.

Mediu lichid

Procesul tenifer, care este nitridarea într-un lichid care trece în stratul de cianură topită la 570 ° C timp de 30-180 minute, este foarte eficient.

Nitridarea - concluzii

Nitridarea este una dintre cele mai populare metode de a aduce piesele metalice la cei mai buni indicatori ai rezistenței la uzură. În plus, straturile de suprafață care rezultă din saturația azotului au o rezistență ridicată la coroziune. Produsele cu conținut de azot nu necesită o întărire termică suplimentară. Drept urmare, nitridarea a devenit un proces-cheie pentru prelucrarea pieselor din ingineria mecanică, construcția de mașini-unelte și alte domenii care cer cerințe mari asupra componentelor.

Nitridarea are dezavantajele sale, care constau în costul ridicat și durata implementării sale. Astfel, la temperaturi de 500 ° C, azotul penetrează 0, 01 mm (sau mai puțin) pe oră. Pe baza acestui fapt, timpul total al întregului proces ajunge uneori la 60 de ore.

Ajutați dezvoltarea site -ului, împărtășind articolul cu prietenii!

Categorie:

Prelucrarea metalelor