El proceso de nitruración del acero

La nitruración es un proceso de tratamiento térmico químico en el que los átomos de nitrógeno penetran en la superficie de la pieza de trabajo a una determinada temperatura y medio. Los métodos habituales son la nitruración líquida, la nitruración gaseosa y la nitruración iónica; los dos últimos tipos son los más utilizados. La nitruración con gas tradicional consiste en colocar la pieza de trabajo en un recipiente sellado lleno de gas amoníaco que fluye, después de calentar y conservar el calor durante mucho tiempo, el amoníaco se descompone en átomos de nitrógeno activo adsorbidos en la superficie de la pieza de trabajo y se difunde en ella, cambiando el composición química y organización de la superficie para obtener un excelente comportamiento superficial.

El nitrógeno que se infiltra en el acero forma nitruro de hierro con diferente contenido de nitrógeno en la superficie y el núcleo del metal y forma varios nitruros de aleación con elementos de aleación en el acero, especialmente nitruro de aluminio y nitruro de cromo. Estos compuestos de nitruro tienen alta dureza, estabilidad térmica y alta dispersión, lo que puede hacer que el acero de nitruración obtenga una alta dureza superficial, resistencia al desgaste, resistencia a la fatiga, capacidad de corrosión por vapor sobrecalentado, anti-mordida y anti-atmosférica, capacidad de ablandamiento anti-templado y reducir la sensibilidad de la muesca.

Si se infiltra carbono en el proceso de nitruración para promover la difusión de nitrógeno, se denomina nitrocarburación. En comparación con el proceso de carburación, la temperatura de nitruración es relativamente baja, con una pequeña distorsión, pero debido a la baja dureza del corazón, la capa de permeabilidad es poco profunda, generalmente solo puede cumplir con los requisitos de resistencia al desgaste de carga ligera y media, resistencia a la fatiga o ciertos requisitos de resistencia al calor, resistencia a la corrosión de las piezas de la máquina, así como una variedad de herramientas de corte, trabajo en frío y troquel de trabajo en caliente.

Nitruración de gas

El objetivo principal de la nitruración con gas es mejorar la resistencia al desgaste y la alta dureza de la superficie del metal, adecuado para el acero de nitruración 41CrAlMo74. Después de la nitruración, la dureza de la superficie de la pieza de trabajo puede alcanzar HV850 ~ 1200. La temperatura de nitruración es baja, se puede utilizar una pequeña distorsión para los requisitos de alta precisión y los requisitos de resistencia al desgaste de las piezas, como la varilla y el husillo de la máquina perforadora, el husillo de la máquina rectificadora, la camisa del cilindro, etc. Pero no es adecuado para el desgaste. resistir piezas sometidas a cargas pesadas debido a la fina capa de nitruración.

La nitruración con gas puede ser un método de nitruración general (nitruración isotérmica) o un método de nitruración de múltiples etapas (dos, tres). La primera es la temperatura de nitruración y la tasa de descomposición del amoníaco permanece sin cambios en todo el proceso de nitruración, generalmente entre 480 ~ 520 ℃, tasa de descomposición del amoníaco del 15 ~ 30%, tiempo de retención de casi 80 horas. Este proceso es adecuado para las piezas con capa de filtración poco profunda, distorsión estricta y alta dureza, pero el tiempo de procesamiento es demasiado largo.

La nitruración en múltiples etapas consiste en realizar la nitruración y difusión a diferentes temperaturas, diferentes velocidades de descomposición del amoníaco y diferentes tiempos en todo el proceso de nitruración. Todo el tiempo de nitruración se puede acortar a casi 50 horas y se puede obtener una capa de infiltración más profunda, pero la temperatura de nitruración es más alta y la distorsión es mayor.

Hay nitruración de gas anticorrosión, temperatura de nitruración entre 550 ~ 700 ℃, aislamiento 0.5 ~ 3 horas, tasa de descomposición de amoníaco de 35 ~ 70%, la superficie de la pieza de trabajo puede obtener estabilidad química de una capa de alto compuesto, evitar que la pieza de trabajo se moje aire, vapor sobrecalentado, productos de combustión de gas, etc., corrosión.

Para una pieza normal de nitruración con gas, la superficie es gris plateada. A veces también puede ser azul o amarillo debido a la oxidación, pero generalmente no afecta el uso.

Nitruración de iones

También conocido como nitruración luminosa debido al principio de descarga luminiscente. La pieza de trabajo de metal se coloca en el recipiente de presión negativa del medio de nitrógeno como cátodo, y los átomos de nitrógeno e hidrógeno en el medio se ionizan después de la electrificación, y el fuerte campo eléctrico en la región del plasma se forma entre el ánodo y el cátodo. y los iones positivos de nitrógeno e hidrógeno “golpean” la superficie de la pieza de trabajo a gran velocidad.

La alta energía cinética de los iones se convierte en energía térmica, calentando la superficie del metal a la temperatura deseada. El bombardeo de iones produce chisporroteo atómico en la superficie de la pieza de trabajo, que es similar al efecto de purificación. Al mismo tiempo, el efecto de adsorción y difusión hace que el nitrógeno penetre en la superficie de la pieza de trabajo, que se utiliza para partes como el tornillo, el engranaje y el molde de la máquina herramienta.

En comparación con la nitruración gaseosa general, las ventajas de la nitruración iónica son: acortar el ciclo de nitruración; Temperatura de nitruro en 520-540, la deformación de la pieza de trabajo es pequeña, la fragilidad de la capa de nitruro es pequeña; Se puede realizar una nitruración local y se puede controlar el espesor y la estructura de la capa de infiltración. El bombardeo de iones puede purificar la superficie y eliminar la película de pasivación de la superficie de las piezas metálicas. El acero inoxidable y el acero resistente al calor se pueden nitrurar directamente.

Nitrocarburación

Nitruración a baja temperatura, también conocida como nitruración blanda, es decir, la superficie del metal está impregnada de nitrógeno y carbono por debajo de la temperatura de transición eutectoide hierro-nitrógeno. Los microcarburos formados después de la infiltración de una pequeña cantidad de carbono pueden promover la difusión de nitrógeno y acelerar la formación de compuestos con alto contenido de nitrógeno, que a su vez aumentan la solubilidad del carbono. Además, el carbono en los nitruros puede reducir la fragilidad. La nitrocarburación no solo puede mejorar la vida útil a fatiga de la pieza de trabajo, así como la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión y la capacidad anti-mordida, sino que también tiene las ventajas de bajo costo, operación simple, tiempo más corto, pequeña distorsión de la pieza de trabajo y buena apariencia. La capa de carbonitruración es poco profunda que la capa de cementación, por lo que generalmente se usa para soportar cargas ligeras y requiere piezas de alta resistencia al desgaste.

Los métodos habituales de nitrocarburación son el método líquido y el método gas. La temperatura de tratamiento es de 530 ~ 570 ℃ y el tiempo de conservación g es de 1 ~ 3 horas. El método líquido es una sal de cianuro o una variedad de formulaciones de baño de sal, comúnmente utilizadas son sal neutra + amoníaco y urea + carbonato, pero estos productos de reacción son tóxicos. El medio gaseoso es principalmente gas endotérmico o exotérmico (atmósfera controlada) + amoníaco, gas de descomposición térmica de urea, disolventes orgánicos que gotean que contienen carbono y nitrógeno, como formamida, trietanolamina, etc.

El cianuro de cianuro se refiere a la carbonitruración a alta temperatura, que utiliza principalmente la carburación para formar Austenita con alto contenido de carbono que contiene nitrógeno y martensita con alto contenido de carbono que contiene nitrógeno después del enfriamiento debido a su temperatura relativamente alta y fuerte capacidad de difusión de los átomos de carbono. La infiltración de nitrógeno promueve la infiltración de carbono para que la velocidad de co-infiltración sea más rápida. La capa de infiltración de 0.5 ~ 0.8 mm se puede obtener manteniéndola durante 4 ~ 6 h, lo que mejora la estabilidad de la austenita superenfriada.