Nitridace oceli: popis a vlastnosti postupu

Princip tohoto procesu

Pokud porovnává nitridaci s tradičním karburátorem, nabízí první varianta soubor významných výhod, neznatelné pro jiné technologie. Z tohoto důvodu se stále považuje za nejlepší a nejúčinnější způsob zpracování ocelových konstrukcí, aby se dosáhlo maximální pevnosti bez použití dodatečného tepelného zpracování. Plus metoda je považována za zachování starého bloku rozměry, což umožňuje jeho použití již hotového výrobku, který prošel tepelnou kalení a temperované a broušení do finálního tvaru. Úspěšné dokončení nitridování umožňuje konečné leštění a další zpracování.

Proces se provádí pod vlivem amoniaku, který se ohřeje na určité teploty. Výsledkem je, že materiál je schopen nasycení dusíkem a Získává mnoho jedinečných vlastností, včetně:

• Zvýšená odolnost proti opotřebení kovových částí, která je zajištěna zvýšením indexu tvrdosti jejich povrchové vrstvy;
• vyšší odolnost nebo únavová pevnost obrobku;
• nákup stabilní protikorozní ochrany, která zůstává stejná i při vystavení se vodním prostředí, ovzduší a prostředí s plynem a vzduchem.

Díly ošetřené dusíkem jsou mnohem lepší než podobné výrobky, které byly zpevněny. Je známo, že po druhém postupu udržuje vrstva stabilní tvrdost pouze za podmínek, kdy teplotní indexy nepřesahují 225 stupňů. V případě dusíku je maximální prahová hodnota 550-600 stupňů. To je způsobeno vývojem povrchové vrstvy, která je několikrát silnější než tradiční vytvrzování a karburátor.

Mechanismus úpravy dusíku ocelí

Postup je ve vyhřívaném prostředí na žehličce 500-600 stupňů Celsia, které je instalováno v troubě. Přesná teplota mufla (uzavřená retort) je určena režimem a očekávaným výsledkem. Totéž platí pro dobu procedury. V nádobě jsou umístěny prvky z oceli, které budou nasyceny dusíkem.

Při provádění akce v retortu je amoniak dodáván z válce, který je charakterizován svou schopností disociace (rozkladu) pod vlivem určité teploty. Mechanismus nitridace může být popsán následujícím způsobem: 2 NH3 → 6H + 2N.

V důsledku toho se vytváří vrstva nitridů na povrchu železných výrobků, pro něž je charakteristická zvláštní tvrdost. Jakmile je postup dokončen, pec se ochladí společně s proudem amoniaku. Tímto působením je možné stanovit vliv na tvrdost vrstvy a zabránit oxidaci povrchu.

Tloušťka nitridové vrstvy dosahuje 0,3-0,6 milimetrů. Výsledkem je potřeba tepelného zpracování ke zlepšení pevnosti. Tvorba dusíkové vrstvy se uskutečňuje podle složitého schématu, ale rozsáhlý výzkum ho metallurgici studovali nejpodrobněji. V slitině se objevují následující fáze:

• Pevný roztok Fe3N s obsahem dusíku 8,0 až 11,2%;
• Pevný roztok Fe4N s obsahem dusíku 5,7-6,1%;
• Roztok N v a-železo.

Je-li možné provést proces na teplotu 591 stupňů Celsia, umožní nám to zjistit další α-fázi. Po dosažení limitu saturace se objeví další fáze. Eutektoidní rozklad produkuje 2,35% dusíku.

Jaké faktory ovlivňují nitridaci

Klíčovým dopadem na tento postup jsou následující faktory:

• teplotní režim;
• tlak plynu;
• prodloužení nitridování.

Konečný výsledek může být také určen stupněm rozkladu účinné látky, která se pohybuje mezi 15 až 45%. Navíc je důležité vzít v úvahu jeden znak: čím vyšší jsou teplotní indexy, tím horší jsou pevnostní parametry dusíkové vrstvy, ale čím vyšší je rychlost difúze. Tvrdost je způsobena koagulací nitridů.

Chcete-li "vytlačit" z procedury maximální pozitivní vlastnosti a zkrátit dobu zpracování, někteří metalurgové praktikují dvoustupňový provoz. V počátečním stádiu je ocelový polotovar obohacen dusíkem při teplotě 525 stupňů. To je dost obohacení horních vrstev a zvýšení tvrdosti.

Další etapa zahrnuje použití vyššího teplotního režimu od 600 do 620 stupňů Celsia. V tomto případě dosáhne hloubka získané vrstvy nastavených hodnot a celý proces se zrychlí téměř dvojnásobně. Nicméně ukazatele tvrdosti zůstávají podobné, jako v případě jednostupňového zpracování.

Odrůdy zpracované oceli

Moderní metalurgie využívá nitridační technologii pro zpracování uhlíkových a legovaných ocelí, kde uhlíková frakce je 0,3 až 0,5%. Vysoký úspěch postupu lze zaznamenat při výběru legování kovů schopných produkovat nitridy s vysokou tepelnou odolností a tvrdostí. Například zvláštní účinnost procesu je charakteristická při použití struktur, ve kterých jsou koncentrovány hliník, molybden, chróm a další podobné suroviny. Takové ocelové předlitky se obvykle nazývají nitraloly.

Molybden je schopen zabránit uvolnění křehkosti, což je způsobeno pomalým chlazením oceli po úspěšném zpracování. Nakonec, materiál získává následující charakteristiky:

• Tvrdost uhlíkové oceli - HV 200-250;
• Legovaná - HV 600-800;
• Nitralky do HV 1200 a ještě vyšší;

Doporučené značky

Volba specifických druhů ocelí je určena rozsahem působení kovového prvku. V podstatě metalurgové rozlišují následující kritéria:

• Pokud potřebujete díly s vysokou tvrdostí povrchu, zvolte značku 38X2MUA. Má vysoký obsah hliníku, který způsobuje nízkou deformační odolnost výrobku. Není-li v oceli žádný hliník, to negativně ovlivňuje tvrdost a odolnost proti opotřebení, i když rozšiřuje rozsah použití a umožňuje reprodukci nejsložitějších konstrukcí a polotovarů;
• V průmyslu obráběcích strojů zlepšené druhy legované oceli 40X, 40HFA;
• Pokud jde o výrobu dílů s vysokým rizikem cyklického zatížení, používejte výrobky pod značkami 30X3M, 38HGM, 38HNMFA, 38HN3MA;
• Co se týče palivových sestav, kde je požadováno použití nejdokonalejších kovových výrobků s vysokou výrobní přesností, má smysl zvolit 30X3MF1;

Etapy postupu

Přípravná fáze, úprava dusíku a konečná úprava povrchové vrstvy oceli a slitin se provádí pomocí několika stupňů:

• Příprava kovu tepelným zpracováním, během kterého se provádí vytvrzování a vysoké temperování. Vnitřní část produktu získává charakteristickou viskozitu a pevnost. Kalení se provádí pod vlivem vysokých teplot až do 940 stupňů. Následně se materiál nechá ochladit v oleji nebo ve vodě. Opuštění se provádí při teplotním režimu 600-700 stupňů Celsia, což je dostačující k dosažení zvýšené tvrdosti;
• Co se týče obrábění polotovarů, je dokončeno metodou finálního broušení materiálu. V konečném výsledku část získá potřebné rozměry;
• Je důležité stanovit řadu preventivních opatření pro ty prvky, které musí být nasyceny dusíkem. Při zpracování se používají jednoduché kompozice, jako je kapalné sklo nebo cín, které se nanášou elektrolýzou o vrstvu ne více než 0,015 milimetrů. To umožňuje vytvoření tenkého filmu nepropustného pro dusík;
• Dalším krokem je nitridování výše zmíněné technologie;
• V úvodní fázi jsou detaily přineseny do očekávaného stavu a přířezy složitého tvaru s tenkými stěnami jsou vyztuženy při teplotě 520 ° C.

Pokud jde o změnu geometrických vlastností polotovaru po nitridaci, je určena tloušťkou získané azotonované vrstvy a použitými teplotami. V každém případě jsou odchylky od očekávané formy nevýznamné.

Je důležité pochopit, že moderní technologie zpracování nitridováním předpokládá použití důlních pecí. Maximální hodnoty teploty dosahují 700 stupňů, takže cirkulace vzduchu je nutná. Mufla může být zabudována do trouby nebo vyjímatelná.

Pokud používáte další mufl, proces zpracování je mnohem rychlejší. Výsledkem je, že náhradní mufla je načtena, jakmile je připravena první. Je pravda, že tato metoda nebyla široce využívána kvůli vysokým nákladům.

Varianty médií pro zpracování

V současné době se zpracovává dusíkové ocelové polotovary v Brně amonium-propanovým médiem. V tomto případě jsou metalurgové schopni odolat surovinám pod vlivem 570 stupňů po dobu tří hodin. Vrstva karbonitridu vytvořená za takových podmínek má minimální tloušťku, ale pevnost a odolnost proti opotřebení jsou mnohem vyšší než ta, která byla vynalezena obvyklou metodou. Tvrdost této vrstvy je v rozsahu 600-1100 HV.

Tato technologie je zvláště nepostradatelná při výběru výrobků z legovaných slitin nebo oceli, které jsou vystaveny vysokým nárokům na provozní vytrvalost.

Dalším stejně oblíbeným řešením je použití technologie výbojky, když je materiál zesílen v vypouštěném médiu obsahujícím dusík, spojující kovové výrobky s katodou. Výsledkem je, že obrobek získá záporně nabitou elektrodu a mufl má kladně nabitou elektrodu.

Tato technologie umožňuje několikrát zkrátit dobu trvání akce. Mezi plusem a mínusem je výboj a plynové ionty působí na povrch katody a ohřívají ji. Tento dopad se uskutečňuje v několika fázích:

• katodové rozprašování nastává zpočátku;
• následné čištění povrchu;
• pak saturace.

V prvním stupni postřiku se udržuje tlak 0,2 milimetru rtuti a napětí 1400 voltů po dobu 5 až 60 minut. V tomto případě se povrch zahřívá až na 250 stupňů Celsia. Druhý stupeň zahrnuje použití tlaku 1 až 10 milimetrů rtuti při napětí 400-1100 V. Postup trvá 1-24 hodin.

Další velmi účinnou metodou léčby je odstínový proces, který implikuje nitraci v kapalině na bázi roztaveného kyanidu pod vlivem teploty 570 stupňů Celsia.

Výhody technologie

V současné době se zvažuje technologie nitridy nejoblíbenějším řešením k dosažení nejlepšího výkonu kovových dílů. Při správném přiblížení je zajištěna nejlepší odolnost proti opotřebení, navíc vrstvy získané v důsledku této úpravy získají vysokou odolnost proti korozi. Ošetřené konstrukce nepotřebují další tepelné vytvrzení. Kvůli takovým zvláštnostem je nitridování považováno za klíčový proces pro zpracování prvků ve strojírenství, konstrukci obráběcích strojů a dalších oblastech, kde jsou kladeny vysoké nároky na jednotlivé součásti.

Nicméně vedle mnoha výhod má technologie své nevýhody, což jsou vysoké náklady a trvání postupu. Při teplotním režimu 500 stupňů Celsia může dusík proniknout 0,01 milimetrů. V tomto případě trvá celková doba trvání jedné hodiny.