Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Nitriranje čelika nije tako stara praksa difuznog zasićenja njegovog površinskog sloja dušikom. U industrijskim razmjerima, ova metoda se koristi tek od dvadesetih godina prošlog stoljeća. Ovaj postupak predložio akademik N.P. Chizhevsky značajno poboljšava kvalitetu proizvoda od čelika na mnogo načina.

Suština procesa nitriranja

U usporedbi s cementiranjem, nitriranje ima nekoliko značajnih prednosti, što ga čini glavnim načinom za poboljšanje performansi čelika. Nitridirani sloj ima visoku tvrdoću bez dodatne toplinske obrade. Osim toga, nakon nitriranja, veličina obradka ostaje gotovo nepromijenjena. Za razliku od procesa cementiranja, može se primijeniti na gotove proizvode koji su toplinski gašeni visokim temperiranjem i polirani do konačnih oblika. Nakon nitriranja, dijelovi su potpuno pripremljeni za fino poliranje i drugu obradu.

Nitriranje je obrada čelika tijekom zagrijavanja u okruženju visokog sadržaja amonijaka. Kao rezultat, površina čelika je zasićena dušikom i dobiva sljedeće kvalitete:

  • Otpornost na habanje metalnih dijelova poboljšava se povećanjem indeksa tvrdoće njihovog površinskog sloja;
  • Rastuća izdržljivost ili zamorna čvrstoća proizvoda od čelika;
  • Obrađeni materijal dobiva trajnu antikorozivnu zaštitu, koja se održava u kontaktu s vodom, zrakom i medijem para-zrak.

Rezultati nitriranja mnogo su vrijedniji u smislu daljnje eksploatacije od pokazatelja proizvoda nakon cementiranja. Dakle, sloj nakon cementiranja može održati stabilne vrijednosti tvrdoće na temperaturi koja ne prelazi 225 ° C, a sloj s dušikom - do 550-600 ° C. Razlog tome je sam mehanizam nitriranja, zbog čega nastaje površinski sloj koji je 1, 5-2 puta jači nego nakon stvrdnjavanja i istog cementiranja.

Mehanizam za nitriranje

Obično se ovaj postupak odvija na 500-600 ° C u dobro zatvorenoj retorti (muffle) željeza, koja je ugrađena u peć. Zagrijava se na temperaturu koja odgovara odabranom načinu rada, a potrebno je zadržano vrijeme. U prigušnici, koja je kontejner, postavite čelične elemente koji će biti izloženi nitriranju.

U retorti, amonijak se kontinuirano pokreće iz cilindra pod određenim tlakom. Unutar njega, amonijak, koji ima dušik u svojoj molekuli, pod djelovanjem temperature, počinje disocijaciju (razgradnju) prema sljedećoj formuli:

2 NH 3 → 6 H +2 N,

odatle nastali atomski dušik prodire u metal difuzijom. To dovodi do stvaranja nitrida na površini proizvoda od željeza. I nitride i njihove čvrste otopine karakterizira povećana tvrdoća. Po završetku postupka peć se treba hladiti glatko s protokom amonijaka. Ovakav pristup popravlja učinak na tvrdoću sloja, sprječavajući oksidaciju površine.

Debljina ovog nitridnog sloja može varirati od 0, 3 do 0, 6 mm. Prema tome, nema potrebe za naknadnom toplinskom obradom kako bi se povećale karakteristike čvrstoće .

Formiranje sloja bogatog dušikom je složeno, ali dobro je proučeno od strane metalurga. U leguri koja nastaje difuzijom dušika u metal, uočavaju se sljedeće faze:

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

Kada se proces dovede na temperaturu koja prelazi 591 ° C, može se uočiti dodatna α-faza. Kada dosegne granicu zasićenja, generira sljedeću fazu. Eutektoidna razgradnja proizvodi 2, 35% dušika.

Čimbenici koji utječu na nitriranje

Glavne točke koje imaju ključni utjecaj na proces su temperatura, tlak plina i produljeno nitriranje. Učinkovitost također ovisi o stupnju disocijacije amonijaka, koji može biti u području od 15-45% . Štoviše, postoji određena veza: što je viša temperatura, to je niža tvrdoća nitrirajućeg sloja, ali je veća brzina difuzije. Indeks tvrdoće je uzrokovan koagulacijom nitrida.

Kako bi se mehanizam maksimalno iskoristio i ubrzao, pribjegavajte dvostupanjskom načinu rada. Početni stupanj obogaćivanja dušikom odvija se na temperaturama do 525 ° C, što osigurava visoku tvrdoću gornjih slojeva čelika. Zatim nitriranje prolazi drugi stupanj na temperaturi od 600 ° C do 620 ° C. Istovremeno, u vrlo kratkom vremenu, dubina nitriranog sloja doseže zadane vrijednosti, ubrzavajući cijeli proces gotovo 2 puta. Međutim, tvrdoća sloja nastalog kao rezultat stupnja ubrzanja neće se razlikovati od sloja koji je formiran standardnom jednostupanjskom tehnikom.

Ono što je postalo nitrirano

Za nitriranje se koriste i ugljični čelici i legirani čelici, u kojima je udio ugljika 0, 3-0, 5% . Najbolji rezultat može se dobiti kada se koristi čelik s legirajućim metalima, koji tvore najotpornije i čvrste nitride. Tako je proces nitriranja najučinkovitiji za legirane čelike koji uključuju aluminij, molibden, krom i slične metale. Čelik s takvim sastavom naziva se nitralloy. Posebno, molibden sprječava krhkost temperature uzrokovanu sporim hlađenjem čelika nakon procesa zasićenja dušikom. Karakteristike čelika nakon nitriranja:

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

Istovremeno, s povećanjem tvrdoće kroz spoj za legiranje, debljina nitriranog sloja je niža. Najtanji sloj je od čelika s elementima kroma, volframa, nikla, molibdena.

Preporučeni stupnjevi čelika

Korištenje određene vrste čelika ovisi o kasnijem djelovanju metalnog elementa. Preporučene marke za nitriranje ovisno o namjeni proizvoda:

  • Ako je potrebno dobiti dijelove visoke tvrdoće površine - stupanj čelika 38H2M .A. Treba napomenuti da sadrži aluminij, što dovodi do niske otpornosti proizvoda na deformaciju. Dok upotreba ne-aluminijskih vrsta značajno smanjuje tvrdoću površine i otpornost na habanje, iako omogućuje stvaranje složenijih struktura;
  • Za alatne strojeve koristi se za poboljšanje legiranog čelika 40X, 40HFA;
  • Za dijelove podvrgnute opterećenju cikličkim savijanjem - vrsta čelika 30H3M, 38HGM, 38HNMFA, 38HN3MA;
  • Za jedinice goriva, čije pojedinosti moraju biti proizvedene s visokom preciznošću - čelik 30H3MF1. Da bi se postigla veća tvrdoća sloja zasićenog dušikom, ova vrsta čelika legirana je silikonom.

Tehnologija procesa

Priprema, zasićenje dušikom i završna obrada gornjeg sloja čelika i legura uključuju nekoliko koraka:

  1. Pripremna toplinska obrada metala, koja se sastoji od gašenja i visokog temperiranja. Unutrašnjost proizvoda postaje sve viskoznija i izdržljivija. Gašenje se odvija pri vrlo visokoj temperaturi od oko 940 ° C i završava hlađenjem u tekućini - ulju ili vodi. Temperaturni uvjeti popuštanja su 600-700 ° C, što metalu daje odgovarajuću tvrdoću za rezanje;
  2. Obrada obradaka, koja završava brušenjem. Nakon ovog postupka dio doseže željenu veličinu;
  3. Mjere predostrožnosti za one dijelove proizvoda koji moraju biti podvrgnuti zasićenju dušikom. Da biste to učinili, koristite jednostavne formulacije poput kositra ili tekućeg stakla, nanesene slojem ne više od 0, 015 mm elektrolizom. Formiranje tankog filma, nepropusnog za dušik;
  4. Nitriranje čelika prema gore navedenoj tehnologiji;
  5. Dovršite detalje u željeno stanje.

U ovom slučaju, slojevite oblike s tankim stijenkama ojačane su na 520 ° C.

Što se tiče promjene geometrijskih parametara proizvoda nakon procesa nitriranja, napominje se da on ovisi o debljini dobivenog sloja zasićenog dušikom i korištenim temperaturama. Međutim, ova promjena je u svakom slučaju beznačajna.

Valja napomenuti da se suvremene metode obrade metala metodom nitriranja provode u pećima minske konstrukcije. Maksimalna temperatura koja može doseći 700 ° C, cirkulacija amonijaka u takvim pećima je prisiljena. Muf se može ugraditi u peć ili zamijeniti.

Proces će biti mnogo brži ako uvedete dodatnu prigušnicu. Zatim se rezervna prigušnica s dijelovima učitava odmah nakon što je prva spremna s obrađenim prazninama. Međutim, uporaba ove metode nije uvijek ekonomski opravdana, osobito kada su veliki proizvodi zasićeni dušikom.

Mogućnosti medija za mehanizam nitriranja

Amonijak - medij propan

Nedavno je vrlo aktivno korištena metoda obrade metala plinom koji se sastoji od ½ amonijaka i 1/2 propana, ili istog omjera amonijaka i endogasa. Ova okolina omogućuje da se postupak provede 3 sata na 570 ° C. Sloj ugljik-nitrid, formiran u ovom slučaju, karakterizira mala debljina. Ali otpornost na habanje i njezina čvrstoća mnogo su viši od otpornosti sloja dobivenog uobičajenom metodom. Tvrdoća ovog sloja je u rasponu od 600-1100 HV. Takav se pristup koristi za proizvode od legiranih legura ili čelika, za koje su postavljeni posebni zahtjevi za maksimalnu operativnu izdržljivost.

Svijetlo pražnjenje

Također se koristi tehnologija očvršćavanja u ispuštenom okolišu s dušikom. U ovom slučaju koristi se metoda žarenja, koja povezuje metalne dijelove s katodom. U ovom slučaju, slijepa proba je negativno nabijena elektroda, a prigušnica je pozitivno nabijena.

Ova tehnologija omogućuje nekoliko puta skraćivanje trajanja postupka. Pražnjenje se pobuđuje između plus i minus, ioni plina (N2 ili NH3) uvlače se na površinu katode, zagrijavajući je do željene temperature. To se događa u fazama: prvo, katodno prskanje, površina se čisti, a zatim zasićena.

Prvi stupanj raspršivanja treba se odvijati pri tlaku od 0, 2 mm Hg i naponu od 1400 V tijekom 5-60 minuta. Istodobno se površina zagrijava do 250 .S. Druga faza se provodi pri tlaku od 1-10 mm žive i naponu od 400-1100 V, što traje 1-24 sata.

Tekući medij

Proces tenifera, koji se nitrira u tekućini koja prolazi u rastaljenom sloju cijanida na 570 ° C tijekom 30-180 minuta, vrlo je učinkovit.

Nitriranje - zaključci

Nitriranje je jedan od najpopularnijih načina da se metalni dijelovi dovedu do najboljih pokazatelja otpornosti na habanje. Osim toga, površinski slojevi koji su rezultat zasićenja dušikom imaju visoku otpornost na koroziju. Proizvodi zasićeni dušikom ne zahtijevaju dodatno toplinsko otvrdnjavanje. Kao rezultat toga, nitriranje je postalo ključni proces za strojne dijelove u strojarstvu, konstruiranju alatnih strojeva i drugim područjima koja postavljaju visoke zahtjeve na komponente.

Nitriranje ima svoje nedostatke, koji se sastoje od visokih troškova i trajanja njegove provedbe. Tako, na temperaturama od 500 ° C, dušik prodire na 0, 01 mm (ili manje) na sat. Na temelju te činjenice, ukupno vrijeme cijelog procesa ponekad doseže 60 sati.

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Kategorija:

Prerada metala