Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Nitriranje čelika je relativno nova tehnologija difuznog zasićenja površinskog sloja dušikom. Njezin autor je bio akademik N. P. Chizhevsky, koji je predložio korištenje jedinstvene tehnike za značajno poboljšanje radnih svojstava i parametara proizvoda od čelika. Do dvadesetih godina prošlog stoljeća ta se metoda nije koristila u industrijskim razmjerima.

Princip procesa

Ako usporedimo nitriranje s tradicionalnom cementacijom, prva opcija nudi mnoge značajne prednosti koje nisu tipične za druge tehnologije. Zbog toga se još uvijek smatra najboljim i najučinkovitijim načinom obrade čeličnih konstrukcija kako bi se dobili maksimalni pokazatelji čvrstoće bez upotrebe dodatne toplinske obrade. Plus od tehnike smatra se očuvanje prethodnih dimenzija izratka, što omogućuje da se već primijeni na gotove proizvode koji su podvrgnuti toplinskom učvršćivanju s visokim temperiranjem i brušenjem do konačnog oblika. Uspješan završetak nitriranja omogućuje finalno poliranje i druge tretmane.

Proces se provodi pod utjecajem amonijaka, koji se zagrijava na određene temperature. Kao rezultat, materijal je zasićen dušikom i dobiva masu jedinstvenih svojstava, uključujući:

  • poboljšana otpornost na habanje metalnih dijelova, što se osigurava povećanjem indeksa tvrdoće njihovog površinskog sloja;
  • veća izdržljivost ili zamorna čvrstoća obratka;
  • stjecanje otporne zaštite od korozije, koja ostaje ista čak i kada je izložena vodi, zraku i plinu-zraku.

Dijelovi obrađeni dušikom mnogo su bolji od sličnih proizvoda koji podliježu cementiranju. Poznato je da nakon drugog postupka sloj održava stabilnu tvrdoću samo pod uvjetima da temperaturni indeksi ne prelaze 225 stupnjeva. U slučaju dušika, maksimalni prag doseže 550-600 stupnjeva. Razlog tome je razvoj površinskog sloja koji je nekoliko puta jači od tradicionalnog kaljenja i cementiranja.

Obrada čelika na dušik

Postupak se provodi u hermetički zatvorenoj okolini željeza zagrijanog na 500–600 stupnjeva Celzija, koji se ugrađuje u peć. Točna temperatura prigušnice (zatvorena retorta) određena je načinom rada i očekivanim rezultatom. Isto vrijedi i za vrijeme postupka. Spremnik sadrži elemente od čelika, koji će biti zasićeni dušikom.

U procesu provođenja djelovanja amonijak se dovodi u retortu iz cilindra, što je karakterizirano sposobnošću disocijacije (razgradnje) pod utjecajem određene temperature. Mehanizam nitriranja može se opisati sljedećom formulom: 2 NH3 → 6H + 2N.

Kao rezultat toga, na površini proizvoda od željeza, koji se odlikuju posebnom tvrdoćom, stvara se sloj nitrida. Čim je postupak završen, peć se hladi zajedno s strujom amonijaka. Takva djelovanja mogu popraviti učinak na tvrdoću sloja i spriječiti oksidaciju površine.

Debljina sloja nitrida dostiže 0, 3-0, 6 milimetara. Kao rezultat toga, potreba za toplinskom obradom za poboljšanje performansi čvrstoće je jednostavno izgubljena. Formiranje dušičnog sloja provodi se prema složenoj shemi, međutim, kroz dugogodišnje studije, metalurzi su je proučavali što je više moguće. U slitini se pojavljuju sljedeće faze:

  • Fe3N kruta otopina sa sadržajem dušika od 8, 0 do 11, 2%;
  • Fe4N kruta otopina s udjelom dušika od 5, 7–6, 1%;
  • Otopina N u α-žlijezdi.

Ako je moguće dovesti proces na temperaturu od 591 stupnjeva Celzija, to nam omogućuje da uočimo još jednu α-fazu. Nakon dostizanja granice zasićenja dolazi do druge faze. Eutektoidna razgradnja proizvodi 2, 35% dušika.

Koji čimbenici utječu na nitriranje

Sljedeći čimbenici imaju ključni utjecaj na postupak:

  • temperaturni uvjeti;
  • tlak plina;
  • produljeno nitriranje.

Krajnji rezultat može se odrediti stupnjem razgradnje aktivne tvari, koja varira u rasponu od 15-45%. Osim toga, važno je uzeti u obzir jednu značajku: što su veća očitavanja temperature, to su jače karakteristike čvrstoće dušičnog sloja, ali što je veća brzina difuzije. Tvrdoća nastaje zbog zgrušavanja nitrida.

Kako bi se "izvukao" maksimalna pozitivna svojstva iz postupka i skratio vrijeme obrade, neki metalurzi prakticiraju dvostupanjski način rada . U početnoj fazi, čelična gredica obogaćena je dušikom pod utjecajem temperature od 525 stupnjeva. To je sasvim dovoljno da obogati gornje slojeve i poveća tvrdoću.

Sljedeća faza uključuje korištenje režima više temperature od 600 do 620 stupnjeva Celzija. U ovom slučaju, dubina dobivenog sloja dostiže navedene vrijednosti, a cijeli proces se ubrzava gotovo dvostruko. Međutim, indikatori tvrdoće ostaju isti kao kod jednofazne obrade.

Vrste strojno obrađenog čelika

Moderna metalurgija koristi tehnologiju nitriranja za obradu ugljičnih i legiranih čelika, gdje je udio ugljika 0, 3–0, 5% . Veliki uspjeh postupka može se vidjeti pri odabiru legirajućih metala sposobnih za stvaranje nitrida s visokom otpornošću na toplinu i tvrdoćom. Na primjer, posebna učinkovitost postupka tipična je za one strukture koje sadrže aluminij, molibden, krom i druge slične sirovine. Takve čelične gredice nazivaju se nitrale.

Molibden je u stanju spriječiti temperaturu krhkosti, koja je uzrokovana sporim hlađenjem čelika nakon uspješnog završetka obrade. Kao rezultat, materijal poprima sljedeće karakteristike:

  • Tvrdoća ugljičnog čelika - HV 200-250;
  • Legura - HV 600-800;
  • Nitralloy do HV 1200 pa čak i viši;

Preporučeni brandovi

Izbor specifičnih vrsta čelika određen je opsegom djelovanja metalnog elementa. Većina metalurga razlikuje sljedeće kriterije:

  • Ako trebate dobiti dijelove visoke tvrdoće površine, odaberite marku 38H2MАA. Ima visoki sadržaj aluminija, što uzrokuje nisku otpornost proizvoda na deformaciju. Ako u čeliku nema aluminija, to ima negativan učinak na tvrdoću i otpornost na trošenje, iako proširuje područje primjene i omogućuje reprodukciju najsloženijih struktura i obradaka;
  • U izradi alatnih strojeva koriste se poboljšani stupnjevi legiranog čelika 40X, 40HFA;
  • Ako govorimo o proizvodnji dijelova s visokim rizikom od cikličkih savijanja, koristite proizvode pod markama 30H3M, 38HGM, 38HNMFA, 38HN3MA;
  • Što se tiče gorivnih sklopova, gdje je potrebna upotreba sofisticiranih metalnih proizvoda s visokom preciznošću proizvodnje, ima smisla odabrati model 30H3MF1;

Faze postupka

Pripremna faza, obrada dušika i završna obrada površinskog sloja čelika i legura provodi se u nekoliko koraka:

  • Priprema metala toplinskom obradom tijekom kojega se provodi stvrdnjavanje i visoko temperiranje. Unutrašnjost proizvoda dobiva karakterističnu viskoznost i čvrstoću. Stvrdnjavanje se provodi pod utjecajem visokih temperatura, do 940 stupnjeva. U budućnosti se materijal hladi u ulju ili vodi. Odmor se provodi na temperaturi od 600-700 stupnjeva Celzija, što je dovoljno za povećanje tvrdoće;
  • Što se tiče strojne obrade, ona se završava metodom konačnog brušenja materijala. Na kraju, dio postaje prava veličina;
  • Važno je osigurati niz mjera opreza za one elemente koji moraju biti zasićeni dušikom. Tijekom obrade koriste se jednostavne kompozicije poput tekućeg stakla ili kositra, koje se primjenjuju elektrolizom slojem koji nije veći od 0, 015 milimetara. To vam omogućuje da formirate tanki film koji je nepropustan za dušik;
  • Sljedeća faza uključuje nitriranje koristeći gore navedenu tehnologiju;
  • U završnoj fazi dijelovi se dovode u očekivano stanje, a gredice složenog oblika s tankim stijenkama ojačane su na temperaturi od 520 stupnjeva Celzija.

Što se tiče promjene geometrijskih svojstava obratka nakon nitriranja, ono se određuje debljinom dobivenog sloja zasićenog dušikom i korištenih temperatura. U svakom slučaju, odstupanja od očekivanog su mala.

Važno je razumjeti da suvremena tehnologija prerade nitriranjem uključuje korištenje pećnica tipa osovine . Pokazatelji maksimalne temperature dostižu 700 stupnjeva, tako da je cirkulacija zraka prisiljena. Mušica je ugrađena u pećnicu ili zamjenjiva.

Kada koristite dodatnu prigušnicu, proces obrade je mnogo brži. Kao posljedica toga, pričuvni prigušivač se učitava odmah kada je spreman prvi. Istina, ova metoda nije rasprostranjena zbog visokih troškova.

Opcije medija za obradu

Trenutno se osobito traži potražnja obrade čelika u amonij-propanskom mediju . U ovom slučaju, metalurzi imaju mogućnost izdržati sirovine pod utjecajem 570 stupnjeva tri sata. Sloj karbonitrida nastao u takvim uvjetima ima minimalnu debljinu, međutim pokazatelji čvrstoće i otpornosti na trošenje su mnogo viši od pokazatelja varijanti koje su izumljene uobičajenom metodom. Tvrdoća ovog sloja je u rasponu od 600-1100 HV.

Tehnologija je posebno neophodna pri odabiru proizvoda od legiranih legura ili čelika, koji podliježu visokim zahtjevima za operativnu izdržljivost.

Isto tako ne manje popularno rješenje je uporaba tehnologije pražnjenja, kada je materijal ojačan u ispuštenom mediju koji sadržava dušik, povezujući metalne proizvode s katodom. Kao rezultat, izratak dobiva negativno nabijenu elektrodu, au prigušnici - pozitivno nabijenu.

Tehnologija smanjuje trajanje djelovanja nekoliko puta. Između plus i minus pojavljuje se pražnjenje, a plinski ioni djeluju na površinu katode, zagrijavajući je. Takav utjecaj provodi se u nekoliko faza:

  • u početku dolazi do raspršivanja katode;
  • zatim čišćenje površine;
  • zatim zasićenje.

U prvoj fazi prskanja održava se tlak od 0, 2 milimetra žive i napon od 1400 volti tijekom 5–60 minuta. U tom se slučaju površina zagrijava na 250 stupnjeva Celzija. Druga faza uključuje korištenje tlaka od 1-10 milimetara žive na naponu od 400-1100 V. Postupak zahtijeva 1 do 24 sata.

Još jedna vrlo djelotvorna metoda liječenja je proces klemenjača, koji uključuje nitriranje u tekućini na osnovi rastaljenog cijanista pod utjecajem temperature od 570 stupnjeva Celzija.

Prednosti tehnologije

Trenutno, tehnologija nitriranja smatra se najpopularnijim rješenjem za postizanje najboljih pokazatelja učinkovitosti metalnih dijelova. Pravilnim pristupom osigurana je najbolja otpornost na habanje, a slojevi dobiveni takvom obradom postižu visoku otpornost na koroziju. Strukture koje su podvrgnute obradi ne zahtijevaju dodatno toplinsko učvršćivanje. Zbog takvih svojstava nitriranje se smatra ključnim procesom obrade elemenata u strojarstvu, strojarstvu i drugim područjima gdje se postavljaju visoki zahtjevi na sastavnim dijelovima.

Međutim, osim brojnih prednosti, tehnologija ima svoje nedostatke, koji se sastoje od visokih troškova i trajanja postupka. Na temperaturi od 500 stupnjeva Celzija, dušik može prodrijeti do 0.01 milimetara. U tom slučaju, ukupno trajanje procesa dostiže jedan sat.

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Kategorija:

Prerada metala