Obrada nitriranjem se odnosi na proces kemijske toplinske obrade u kojem atomi dušika prodiru u površinu obratka u određenom mediju na određenoj temperaturi. Nitrirani proizvodi imaju odličnu otpornost na habanje, otpornost na zamor, otpornost na koroziju i otpornost na visoke temperature.
Uvod u tretman nitriranja
Elementi aluminijuma, hroma, vanadijuma i molibdena u tradicionalnom legiranom čeliku su veoma korisni za nitriranje. Ovi elementi formiraju stabilne nitride kada dođu u kontakt s primitivnim atomima dušika na temperaturama nitriranja. Molibden, posebno, djeluje ne samo kao element koji formira nitride, već i kao smanjenje krhkosti koja se javlja na temperaturama nitriranja. Elementi u drugim legiranim čelicima, kao što su nikl, bakar, silicijum, mangan, itd., ne doprinose mnogo karakteristikama nitriranja. Općenito, ako čelik sadrži jedan ili više elemenata koji stvaraju nitride, učinak nakon nitriranja je bolji. Među njima, aluminijum je najjači nitridni element, a rezultati nitriranja koji sadrže 0.85 ~ 1,5% aluminijuma su najbolji. U slučaju čelika koji sadrži krom, ako ima dovoljno sadržaja, također se mogu postići dobri rezultati. Međutim, ugljični čelik bez legure nije prikladan za nitriranje čelika jer je sloj za nitriranje koji nastaje vrlo krhak i lako se odstranjuje.
Postoji šest tipova čelika za nitriranje koji se obično koriste kako slijedi:
(1) Niskolegirani čelik koji sadrži aluminij (standardni čelik za nitriranje)
(2) Srednje ugljični niskolegirani čelik koji sadrži hrom element serije SAE 4100,4300,5100,6100,8600,8700,9800.
(3) Čelik za vruću obradu (sadrži oko 5% hroma) SAE H11 (SKD-61)H12, H13
(4) Feritni i martenzitni nerđajući čelik serije SAE 400
(5) Austenitni nerđajući čelik SAE 300 serije
(6) Nerđajući čelik 17-4PH, 17-7pH, A-286, itd.
Standardni čelik za nitriranje koji sadrži aluminij može dobiti visoku tvrdoću i površinu otpornu na habanje nakon nitriranja, ali njegov očvrsli sloj je također vrlo krt. Naprotiv, niskolegirani čelik koji sadrži krom ima manju tvrdoću, ali je kaljeni sloj relativno duktilan, a njegova površina također ima značajnu otpornost na habanje i otpornost na grede. Stoga je pri odabiru materijala prikladno obratiti pažnju na karakteristike materijala i u potpunosti iskoristiti njihove prednosti kako bi ispunili funkciju dijelova. Alatni čelici kao što su H11(SKD61) i D2(SKD-11) imaju visoku površinsku tvrdoću i visok učinak čvrstoće jezgra.
Povećajte otpornost na habanje, površinsku tvrdoću, granicu zamora i otpornost na koroziju čeličnih dijelova.
Tehnički proces
• Površinsko čišćenje dijelova prije nitriranja
Većina dijelova može se nitrirati odmah nakon odmašćivanja plinom. Neke dijelove je također potrebno očistiti benzinom, ali ako se konačna metoda obrade prije nitriranja koristi za poliranje, brušenje, poliranje itd., može doći do površinskih slojeva koji ometaju nitriranje, što rezultira neravnomjernim nitriranjem ili defektima savijanja nakon nitriranja. U ovom trenutku treba koristiti jednu od sljedeće dvije metode za uklanjanje površinskog sloja. Prva metoda je uklanjanje ulja s plinom prije nitriranja. Površina se zatim abrazivno čisti abrazivnim oksidnim prahom. Druga metoda je tretiranje površine fosfatnim premazom.
• Uklanjanje vazduha iz peći za nitriranje
Obrađeni dijelovi se stavljaju u peć za nitriranje i poklopac peći se može zagrijati nakon zatvaranja, ali se zrak mora ukloniti iz peći prije zagrijavanja na 150 stepeni C.
Glavna funkcija ispušne peći je da spriječi eksplozivni plin uzrokovan razgradnjom plina amonijaka i kontaktom sa zrakom, te spriječi površinsku oksidaciju tretiranog materijala i nosača. Plinovi koji se koriste su amonijak i dušik.
Pravila za uklanjanje zraka iz peći su sljedeća:
① Nakon ugradnje obrađenih dijelova, poklopac peći je zapečaćen, a bezvodni plin amonijaka se pokreće, a protok je što je moguće veći.
② Podesite automatsku kontrolu temperature peći za grejanje na 150 stepeni i započnite grejanje (imajte na umu da temperatura peći ne može biti viša od 150 stepeni).
③ Kada se zrak u peći ukloni na manje od 10% ili ispušteni plin sadrži više od 90% NH3, temperatura peći se podiže na temperaturu nitriranja.
Brzina razgradnje amonijaka
Nitriranje se provodi u kontaktu s drugim legirajućim elementima i primarnim dušikom, ali proizvodnja primarnog dušika, odnosno sam čelik postaje katalizator kada je amonijak u kontaktu s čelikom za zagrijavanje i potiče razgradnju amonijaka.
Iako se nitriranje može izvesti pod različitim brzinama razgradnje amonijaka, obično se koristi stopa razgradnje od 15 do 30%, potrebna debljina nitriranja održava se najmanje 4 do 10 sati, a temperatura tretmana se održava na oko 520 stepeni C. .
hlađenje
Većina industrijskih peći za nitriranje ima prekidače topline za brzo hlađenje peći i dijelova procesa nakon završetka nitriranja. Odnosno, nakon što je nitriranje završeno, napajanje grijanja se isključuje, temperatura peći se smanjuje za oko 50 stepeni C, a zatim se brzina protoka amonijaka udvostručuje i otvara se prekidač za grijanje. U ovom trenutku potrebno je pratiti da li postoji prelijevanje mjehurića u staklenoj boci spojenoj na izduvnu cijev kako bi se potvrdio pozitivan tlak u peći. Nakon što se plin amonijaka taloži u peći, protok amonijaka se može smanjiti sve dok se ne održi pozitivan tlak u peći. Kada temperatura peći padne ispod 150 stepeni C, koristi se gore opisana metoda uklanjanja plina iz peći, a poklopac peći se može otvoriti nakon što se unese zrak ili dušik.
NH3 → [N] Fe + 3/2 H2
Razloženi N se difundira u površinu čelika da bi se formirao. Gasno nitriranje u fazi Fe2-3N, generalni nedostatak tankog sloja očvršćavanja i dugog vremena tretmana nitriranjem.
Gasno nitriranje zbog razgradnje NH3 za efikasnost nitriranja je nisko, tako da općenito postoji fiksni izbor čelika pogodnog za nitriranje, kao što su Al, Cr, Mo i drugi elementi za nitriranje, u suprotnom se nitriranje ne može provesti, koristeći JIS, SACM1 novi JIS, SACM645 i SKD61 za jačanje i učvršćivanje tretmana, također poznatih kao kaljenje Al, Cr, SKD61. Mo i drugi elementi povećavaju temperaturu tačke transformacije, tako da je temperatura gašenja visoka, a temperatura kaljenja je viša od one kod običnog konstrukcionog legiranog čelika, koji je lomljiv između temperature nitriranja dugo vremena, pa kaljenje i Unaprijed se primjenjuje tretman za ojačavanje. Gasno nitriranje NH3, jer je površina dugo hrapava, tvrda i lomljiva nije lako brusiti, a dugo vremena nije ekonomična, koristi se za nitriranje napojne cijevi i vijka mašine za brizganje plastike.
Tečno nitriranje
Glavna razlika tekućeg mekog nitriranja je u tome što u sloju za nitriranje postoji Fe3Nε faza, faza Fe4Nr postoji i ne sadrži nitrid Fe2Nξ faze, a jedinjenja ξ faze su tvrdi i krti nitridi koji su slabe žilavosti u tretmanu nitriranja. Metoda tečnog mekog nitriranja je tretiranje radnog predmeta, prvo uklanjanje rđe, odmašćivanje, predgrijavanje, a zatim postavljanje u lončić za nitriranje, koji je glavno solno sredstvo TF-1. Zagreva se na 560 ~ 600 stepeni od nekoliko minuta do nekoliko sati, u zavisnosti od spoljašnjeg opterećenja radnog komada, i odredi dubinu sloja za nitriranje, u tretmanu se cev za vazduh mora provući u dno posude. lončić da se razgradi u CN ili CNO sa određenom količinom agensa soli za nitriranje zraka, prožimajući i difundirajući na radnu površinu. Najudaljenije jedinjenje na površini obratka je 8 ~ 9% wt N i mala količina C i difuzijskog sloja, atomi dušika difundiraju u -Fe bazu kako bi čelik bio otporniji na zamor, tokom perioda nitriranja zbog raspadanja potrošnje CNO, pa se konstantno testira u 6 do 8 sati sastava soli, kako bi se prilagodila količina zraka ili dodala nova sol.
Materijal koji se koristi za tečno meko nitriranje je metal željezo, a površinska tvrdoća nakon nitriranja je veća kod Al, Cr, Mo i Ti elemenata, a što je više zlata, to je dubina nitriranja manja, kao što je ugljični čelik Hv 350 ~ 650, nehrđajući čelik Hv 1000 ~ 1200, nitrirajući čelik Hv 800 ~ 1100.
Tečno meko nitriranje je pogodno za automobilske dijelove otporne na habanje i zamor, šivaće mašine, kamere, itd., kao što je obrada košuljice cilindra, obrada ventila, obrada klipnog cilindra i kalup koji nije lako deformirati.
Jonsko nitriranje
Ova metoda je da se radni komad stavi u peć za nitridaciju, pumpa vakuum u peći do {{0}} ~ 10-3 Torr(㎜Hg) unaprijed, a zatim uvede gas N2 ili N{ {3}} H2 smjesu, podesite peć na 1-10 Torr, povežite tijelo peći na anodu, radni komad na katodu i prođite stotine volti DC napona između dva pola. U ovom trenutku, plin N2 u peći će proizvesti briljantno pražnjenje u pozitivne ione, krećući se prema radnoj površini, a napon katode će naglo pasti u trenutku, tako da će pozitivni ioni juriti na površinu katode pri visokoj brzina, pretvarajući kinetičku energiju u energiju plina, čime se temperatura površine obratka povećava, a površina obratka će igrati Fe.CO nakon udara dušikovih jona. Takvi elementi prskaju i spajaju se s ionima dušika u FeN, tako se željezni nitrid postupno adsorbira na radni komad i proizvodi nitriranje, ionsko nitriranje je u osnovi korištenje dušika, ali ako se dodavanje plina vodikovog karbida može koristiti za tretman mekog ionskog nitriranja , ali se općenito naziva tretman ionskim nitriranjem, Koncentracija dušika na površini radnog komada može se podesiti promjenom omjera parcijalnog pritiska miješanog plina (N2 + H2) koji se puni u peć. Tokom procesa čistog jonskog nitriranja, jednofazno r'(Fe4N) tkivo sa sadržajem N iznosi 5,7 ~ 6,1% težinskih na radnoj površini, a debljina sloja je manja od 10μm. Složeni sloj je jak, ali nije porozan i nije lako otpasti. Kako se željezni nitrid kontinuirano adsorbira u radnom komadu i difundira u unutrašnjost, struktura od površine prema unutrašnjosti je FeN → Fe2N → Fe3N→ Fe4N promjena sekvence, jednofazni sadržaj ε(Fe3N) N u 5,7 ~ 11,0% tež., jednofazni sadržaj ξ(Fe2N) N u 11,0 ~ 11,35% tež. Kada ionska nitridacija prvo generiše r fazu, a zatim se dodaje serija vodonik karbida, ona postaje sloj spoja ε-faze i difuzijski sloj, jer povećanje difuzijskog sloja ima veliku pomoć za povećanje čvrstoće na zamor. ε faza je najbolja.
