Nitridácia označuje proces chemického tepelného spracovania, pri ktorom atómy dusíka prenikajú do povrchu obrobku v určitom médiu pri určitej teplote. Nitridované produkty majú vynikajúcu odolnosť proti opotrebovaniu, únave, korózii a vysokej teplote.
Úvod do nitridačného spracovania
Prvky hliníka, chrómu, vanádu a molybdénu v tradičnej legovanej oceli sú veľmi užitočné pri nitridácii. Tieto prvky tvoria stabilné nitridy, keď prídu do kontaktu s primitívnymi atómami dusíka pri nitridačných teplotách. Najmä molybdén pôsobí nielen ako prvok tvoriaci nitrid, ale aj ako zníženie krehkosti, ku ktorej dochádza pri nitridačných teplotách. Prvky v iných legovaných oceliach, ako je nikel, meď, kremík, mangán atď., príliš neprispievajú k nitridačným charakteristikám. Vo všeobecnosti, ak oceľ obsahuje jeden alebo viac prvkov generujúcich nitrid, účinok po nitridácii je lepší. Spomedzi nich je hliník najsilnejším nitridovým prvkom a výsledky nitridácie s obsahom 0,85 ~ 1,5 % hliníka sú najlepšie. V prípade chrómovej ocele obsahujúcej chróm, ak je obsah dostatočný, možno tiež dosiahnuť dobré výsledky. Uhlíková oceľ bez legovania však nie je vhodná na nitridáciu ocele, pretože ňou vytvorená nitridačná vrstva je veľmi krehká a ľahko sa odlupuje.
Bežne sa používa šesť typov nitridačnej ocele:
(1) Nízkolegovaná oceľ obsahujúca hliník (štandardná nitridačná oceľ)
(2) Stredne uhlíková nízkolegovaná oceľ obsahujúca chrómový prvok série SAE 4100,4300,5100,6100,8600,8700,9800.
(3) Oceľ na lisovanie za tepla (obsahujúca približne 5 % chrómu) SAE H11 (SKD-61)H12, H13
(4) Feritická a martenzitická nehrdzavejúca oceľ série SAE 400
(5) Austenitická nehrdzavejúca oceľ série SAE 300
(6) Precipitačná kalená nehrdzavejúca oceľ 17-4PH, 17-7pH, A-286 atď.
Štandardná nitridačná oceľ s obsahom hliníka môže po nitridácii získať vysokú tvrdosť a povrch s vysokou odolnosťou proti opotrebeniu, ale jej vytvrdená vrstva je tiež veľmi krehká. Naopak, nízkolegovaná oceľ s obsahom chrómu má menšiu tvrdosť, ale vytvrdená vrstva je pomerne ťažná a jej povrch má tiež značnú odolnosť proti opotrebeniu a odolnosť voči lúčom. Preto je vhodné pri výbere materiálov dbať na vlastnosti materiálov a plne využiť ich prednosti pre splnenie funkcie dielov. Nástrojové ocele ako H11(SKD61) a D2(SKD-11) majú vysokú povrchovú tvrdosť a vysokú pevnosť v jadre.
Zvýšte odolnosť proti opotrebeniu, tvrdosť povrchu, medzu únavy a odolnosť proti korózii oceľových častí.
Technický proces
• Čistenie povrchu dielu pred nitridáciou
Väčšinu dielov je možné nitridovať ihneď po odmastení plynom. Niektoré časti je tiež potrebné vyčistiť benzínom, ale ak sa konečný spôsob spracovania pred nitridáciou použije pri leštení, brúsení, leštení atď., môže dôjsť k tvorbe povrchových vrstiev, ktoré bránia nitridácii, čo má za následok nerovnomerné nitridačné vrstvy alebo chyby v ohybe po nitridácii. V tomto čase by sa na odstránenie povrchovej vrstvy mala použiť jedna z nasledujúcich dvoch metód. Prvým spôsobom je odstránenie oleja pomocou plynu pred nitridáciou. Potom sa povrch očistí abrazívnym oxidovým práškom. Druhým spôsobom je ošetrenie povrchu fosfátovým náterom.
• Odvod vzduchu z nitridačnej pece
Ošetrené diely sa umiestnia do nitridačnej pece a kryt pece sa môže po utesnení nahriať, ale pred zahriatím na 150 °C je potrebné z pece odstrániť vzduch.
Hlavnou funkciou odsávacej pece je zabrániť výbušnému plynu spôsobenému rozkladom plynného amoniaku a kontaktom so vzduchom a zabrániť povrchovej oxidácii upravovaného materiálu a nosiča. Používanými plynmi sú amoniak a dusík.
Pravidlá na odstraňovanie vzduchu z pece sú nasledovné:
① Po inštalácii spracovaných dielov sa kryt pece utesní a spustí sa bezvodý plynný amoniak a prietok je čo najväčší.
② Nastavte automatickú reguláciu teploty ohrievacej pece na 150 stupňov a začnite ohrievať (všimnite si, že teplota pece nemôže byť vyššia ako 150 stupňov).
③ Keď je vzduch v peci odstránený na menej ako 10% alebo vypúšťaný plyn obsahuje viac ako 90% NH3, teplota pece sa zvýši na nitridačnú teplotu.
Rýchlosť rozkladu amoniaku
Nitridácia sa uskutočňuje v kontakte s inými legovacími prvkami a primárnym dusíkom, ale produkcia primárneho dusíka, to znamená, že samotná oceľ sa stáva katalyzátorom, keď je amoniak v kontakte s vyhrievacou oceľou a podporuje rozklad amoniaku.
Hoci sa nitridácia môže vykonávať pri rôznych rýchlostiach rozkladu amoniaku, vo všeobecnosti sa používa rýchlosť rozkladu 15 až 30 %, požadovaná hrúbka nitridácie sa udržiava najmenej 4 až 10 hodín a teplota spracovania sa udržiava na približne 520 °C. .
chladenie
Väčšina priemyselných nitridačných pecí má tepelné spínače na rýchle ochladenie pece a častí spracovania po dokončení nitridácie. To znamená, že po dokončení nitridácie sa vypne napájanie ohrevu, teplota pece sa zníži asi o 50 stupňov C a potom sa prietok amoniaku zdvojnásobí a otvorí sa tepelný spínač. V tomto čase je potrebné sledovať, či v sklenenej fľaši pripojenej k výfukovej rúre nepreteká bublina, aby sa potvrdil pretlak v peci. Potom, čo sa plynný amoniak usadí v peci, môže sa prietok amoniaku znížiť, kým sa v peci neudrží pretlak. Keď teplota pece klesne pod 150 °C, použije sa vyššie opísaná metóda odstraňovania plynu z pece a kryt pece sa môže otvoriť po zavedení vzduchu alebo dusíka.
NH3 -> [N] Fe + 3/2 H2
Rozložený N je difundovaný do povrchu ocele, aby sa vytvoril. Fáza Fe{0}}N plynovej nitridácie, všeobecná nevýhoda tenkej vytvrdzovacej vrstvy a dlhého času nitridácie.
Plynová nitridácia v dôsledku rozkladu NH3 pre účinnosť nitridácie je nízka, preto je vo všeobecnosti pevný výber ocele vhodnej na nitridáciu, ako je Al, Cr, Mo a iné nitridačné prvky, inak sa nitridácia nedá vykonať pomocou JIS, SACM1 nové JIS, SACM645 a SKD61 na spevnenie a spevnenie úpravy, tiež známe ako temperovanie Al, Cr, SKD61. Mo a ďalšie prvky zvyšujú teplotu bodu premeny, takže teplota kalenia je vysoká a teplota popúšťania je vyššia ako teplota bežnej konštrukčnej legovanej ocele, čo je popúšťaná krehkosť medzi nitridačnou teplotou po dlhú dobu, takže popúšťanie a vopred sa aplikuje spevnenie. Plynová nitridácia NH3, pretože povrch je dlho drsný, tvrdý a krehký, nedá sa ľahko brúsiť a dlhý čas nie je ekonomický, sa používa na nitridáciu podávacej rúrky a závitovky vstrekovacieho stroja na plasty.
Kvapalná nitridácia
Hlavný rozdiel tekutej mäkkej nitridácie je v tom, že v nitridačnej vrstve je fáza Fe3Nε, fáza Fe4Nr existuje a neobsahuje fázový nitrid Fe2Nξ a zlúčeniny fázy ξ sú tvrdé a krehké nitridy, ktoré majú nízku húževnatosť pri nitridačnom spracovaní. Metóda tekutej mäkkej nitridácie spočíva v ošetrení obrobku, najprv sa odstráni hrdza, odmasťuje, predhrieva a potom sa umiestni do nitridačného téglika, ktorý je hlavným soľným činidlom TF-1. Zahrieva sa na 560 ~ 600 stupňov niekoľko minút až niekoľko hodín, podľa vonkajšieho zaťaženia obrobku a určuje sa hĺbka nitridačnej vrstvy, pri úprave sa musí vzduchová trubica zaviesť do spodnej časti téglik rozložiť na CN alebo CNO s určitým množstvom vzduchového nitridačného soľného činidla, ktoré preniká a difunduje na pracovný povrch. Vonkajšia zlúčenina na povrchu obrobku je 8 ~ 9 % hm. N a malé množstvo C a difúzna vrstva, atómy dusíka difundujú do -Fe základne, aby bola oceľ odolnejšia voči únave počas obdobia nitridácie v dôsledku rozkladu spotreby CNO, preto sa neustále testuje za 6 až 8 hodín zloženie soli, na úpravu množstva vzduchu alebo doplnenie novej soli.
Materiál používaný na tekutú mäkkú nitridáciu je železný kov a povrchová tvrdosť po nitridácii je vyššia s prvkami Al, Cr, Mo a Ti a čím väčší je obsah zlata, tým menšia je hĺbka nitridácie, ako je uhlíková oceľ Hv 350 ~ 650, nehrdzavejúca oceľ Hv 1000 ~ 1200, nitridačná oceľ Hv 800 ~ 1100.
Kvapalná mäkká nitridácia je vhodná pre automobilové diely odolné voči opotrebovaniu a únave, šijacie stroje, fotoaparáty atď., ako je úprava vložky valca, úprava ventilu, úprava piestového valca a forma, ktorá sa nedá ľahko deformovať.
Iónová nitridácia
Táto metóda spočíva v umiestnení obrobku do nitridačnej pece, napumpovaní vákua v peci na {{0}} ~ 10-3 Torr(㎜Hg) vopred a potom privedení plynu N2 alebo N{ {3}} H2 zmes, nastavte pec na 1-10 Torr, pripojte telo pece k anóde, obrobok ku katóde a medzi dvoma pólmi preveďte jednosmerné napätie stoviek voltov. V tomto čase plyn N2 v peci vytvorí brilantný výboj na kladné ióny, pohybujúce sa na pracovný povrch a katódové napätie v okamihu prudko klesne, takže kladné ióny sa budú vrhať na povrch katódy pri vysokej rýchlosť, transformácia kinetickej energie na energiu plynu, čím sa zvýši povrchová teplota obrobku a povrch obrobku bude hrať Fe.CO po dopade iónov dusíka. Takéto prvky sa rozstrekujú a spájajú s iónmi dusíka do FeN, čím sa nitrid železa postupne adsorbuje na obrobok a vytvára nitridáciu, nitridácia iónov je v podstate použitie dusíka, ale ak sa pridanie plynného karbidu vodíka môže použiť na úpravu mäkkou nitridáciou iónov Koncentrácia dusíka na povrchu obrobku môže byť nastavená zmenou pomeru parciálneho tlaku zmiešaného plynu (N2 +H2) naplneného v peci. Počas procesu nitridácie čistých iónov má jednofázové tkanivo r'(Fe4N) s obsahom N 5,7 ~ 6,1 % hm. na pracovnej ploche a hrubá vrstva je menšia ako 10μm. Zložená vrstva je pevná, ale nie porézna a nedá sa ľahko spadnúť. Keďže nitrid železa je kontinuálne adsorbovaný obrobkom a difundovaný do vnútra, štruktúra z povrchu do vnútra je FeN → Fe2N → Fe3N → Fe4N zmena sekvencie, jednofázový obsah ε(Fe3N) N v 5,7 ~ 11,0 % hm. jednofázový obsah ξ(Fe2N) N v 11,0 ~ 11,35 % hm. Keď nitridácia iónov najskôr generuje fázu r a potom sa pridá séria karbidu vodíka, stáva sa z nej vrstva ε-fázy a difúzna vrstva, pretože zvýšenie difúznej vrstvy výrazne pomáha zvýšiť únavovú pevnosť. Fáza ε je najlepšia.
