Teräksen nitrausprosessi

Nitraus on kemiallinen lämpökäsittelyprosessi, jossa typpiatomit tunkeutuvat työkappaleen pintaan tietyssä lämpötilassa ja väliaineessa. Yleisiä menetelmiä ovat neste-, kaasu- ja ioninitridaus, joista kaksi jälkimmäistä ovat yleisimmin käytettyjä. Perinteinen kaasunitraus on laittaa työkappale suljettuun astiaan, joka on täynnä virtaavaa ammoniakkikaasua, jolloin ammoniakki hajoaa pitkän kuumennuksen ja lämpösäilytyksen jälkeen aktiivisiksi typpiatomeiksi, jotka adsorboituvat työkappaleen pintaan ja diffundoituvat siihen, muuttaen pinnan kemiallinen koostumus ja järjestys erinomaisen pinnan suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Teräkseen tunkeutuva typpi muodostaa metallin pintaan ja ytimeen rautanitridejä, joiden typpipitoisuus on erilainen, ja muodostaa erilaisia ​​metalliseosnitridejä seosaineiden kanssa teräkseen, erityisesti alumiininitridin ja krominitridin. Näillä nitridiyhdisteillä on korkea kovuus, lämpöstabiilius ja korkea dispersio, mikä voi saada typpiteräksestä korkean pinnan kovuuden, kulutuskestävyyden, väsymislujuuden, puremiseneston, ilmakehän ja tulistetun höyryn korroosion kyvyn, karkaisua estävän pehmenemiskyvyn ja vähentää lovien herkkyyttä.

Jos hiiltä tunkeutuu nitridointiprosessissa typen diffuusion edistämiseksi, sitä kutsutaan nitrohiileksi. Hiiletysprosessiin verrattuna typen lämpötila on suhteellisen alhainen, pieni vääristymä, mutta sydämen alhaisen kovuuden vuoksi läpäisevyyskerros on matala, yleensä se voi täyttää vain kevyen ja keskisuuren kuormituksen kulutuskestävyyden, väsymiskestävyyden tai tietyt lämmönkestävyys, koneenosien korroosionkestävyysvaatimukset sekä erilaiset leikkaustyökalut, kylmätyöstö- ja kuumatyösuulakkeet.

 

Kaasun typpeily

Kaasunitrauksen päätarkoitus on parantaa metallin kulutuskestävyyttä ja korkeaa pintakovuutta, joka sopii 41CrAlMo74-nitrausteräkselle. Nitrauksen jälkeen työkappaleen pinnan kovuus voi saavuttaa HV850 ~ 1200. Nitrauslämpötila on alhainen, pieniä vääristymiä voidaan käyttää korkeisiin tarkkuusvaatimuksiin ja osien kulutuskestäviin vaatimuksiin, kuten porakoneen poraustanko ja kara, hiomakoneen kara, sylinterin holkki jne. Mutta se ei sovellu kulumiseen. kestävät raskaan kuormituksen alaisia ​​osia ohuen typpikerroksen ansiosta.

Kaasunitraus voi olla yleinen nitrausmenetelmä (isoterminen nitraus) tai monivaiheinen (kaksi, kolme) nitrausmenetelmä. Edellinen on nitrauslämpötila ja ammoniakin hajoamisnopeus pysyy muuttumattomana koko nitrausprosessin aikana, yleensä välillä 480-520 ℃, ammoniakin hajoamisnopeus 15-30%, pitoaika lähes 80 tuntia. Tämä prosessi sopii osille, joissa on matala tihkumiskerros, tiukka vääristymä ja korkea kovuus, mutta käsittelyaika on liian pitkä.

Monivaiheinen nitridaus on suorittaa nitridointia ja diffuusiota eri lämpötiloissa, eri ammoniakin hajoamisnopeuksilla ja eri aikoina koko nitrausprosessissa. Koko nitrausaika voidaan lyhentää lähes 50 tuntiin ja saada syvempi tunkeutumiskerros, mutta nitrauslämpötila on korkeampi ja vääristymä suurempi.

On korroosionestokaasunitraus, nitrauslämpötila 550–700 ℃, eristys 0.5–3 tuntia, ammoniakin hajoamisnopeus 35–70%, työkappaleen pinta voi saada korkean yhdistekerroksen kemiallisen stabiiliuden, estää työkappaleen kosteuden. ilma, tulistettu höyry, kaasun palamistuotteet jne., korroosio.

Normaalissa kaasunitraustyökappaleessa pinta on hopeanharmaa. Joskus voi olla myös sinistä tai keltaista hapettumisen vuoksi, mutta ei yleensä vaikuta käyttöön.

 

Ionititridöinti

Tunnetaan myös hehkunitridoinna hehkupurkausperiaatteen vuoksi. Metallityökappale asetetaan typpiväliaineen alipainesäiliöön katodina, ja väliaineen typpi- ja vetyatomit ionisoituvat sähköistyksen jälkeen, ja plasma-alueen vahva sähkökenttä muodostuu anodin ja katodin väliin, ja typen ja vedyn positiiviset ionit "lyövät" työkappaleen pintaan suurella nopeudella.

Ionien korkea kineettinen energia muunnetaan lämpöenergiaksi, jolloin metallipinta lämmitetään haluttuun lämpötilaan. Ionipommitin tuottaa työkappaleen pinnalle atomisputterointia, joka on samanlainen kuin puhdistusvaikutus. Samaan aikaan adsorptio- ja diffuusiovaikutus saa typen tunkeutumaan työkappaleen pintaan, jota käytetään työstökoneen osiin, kuten ruuviin, hammaspyöriin ja muotiin.

Verrattuna yleiseen kaasunitridaukseen ioninitrauksen edut ovat: lyhentää nitraussykliä; Nitridilämpötila 520-540, työkappaleen muodonmuutos on pieni, nitridikerroksen hauraus on pieni; Paikallinen nitraus voidaan toteuttaa ja tunkeutumiskerroksen paksuutta ja rakennetta voidaan hallita. Ionipommituksella voidaan puhdistaa pinta ja poistaa passivointikalvo metalliosien pinnalta. Ruostumaton teräs ja lämmönkestävä teräs voidaan typpittää suoraan.

 

Nitrohiiletys

Matalissa lämpötiloissa tapahtuva nitridaus, joka tunnetaan myös nimellä softnitriding, eli metallipinta läpäisee typen ja hiilen rauta-typpi-eutektoidin siirtymälämpötilan alapuolella. Pienen hiilen tunkeutumisen jälkeen muodostuvat mikrokarbidit voivat edistää typen diffuusiota ja nopeuttaa runsastyppipitoisten yhdisteiden muodostumista, mikä puolestaan ​​lisää hiilen liukoisuutta. Lisäksi nitridien sisältämä hiili voi vähentää haurautta. Nitrohiiletys ei voi ainoastaan ​​parantaa työkappaleen väsymisikää sekä kulutuksenkestävyyttä, korroosionkestävyyttä ja puremisenestokykyä, vaan sillä on myös edut alhaiset kustannukset, yksinkertainen käyttö, lyhyempi aika, pieni työkappaleen vääristyminen ja hyvä ulkonäkö. Hiilitriding kerros on matala kuin hiiletyskerros, joten sitä käytetään yleensä kestämään kevyttä kuormaa ja vaativat korkean kulutuskestävyyden osia.

Yleisimmät nitrohiiletysmenetelmät ovat nestemenetelmä ja kaasumenetelmä. Käsittelylämpötila on 530-570 ℃ ja säilytysaika on 1-3 tuntia. Nestemenetelmä on syanidisuola tai useita suolakylpyvalmisteita, yleisesti käytettyjä ovat neutraali suola + ammoniakki ja urea + karbonaatti, mutta nämä reaktiotuotteet ovat myrkyllisiä. Kaasuväliaine on pääasiassa endoterminen tai eksoterminen kaasu (hallittu ilmakehä) + ammoniakki, urean lämpöhajoamiskaasu, tippuvat orgaaniset liuottimet, jotka sisältävät hiiltä ja typpeä, kuten formamidi, trietanoliamiini ja niin edelleen.

Syanidisyanidointi viittaa korkean lämpötilan karbonitridoimiseen, jossa pääasiassa käytetään hiiletystä typpipitoisen korkeahiilisen austeniitin ja typpipitoisen korkeahiilisen martensiittien muodostamiseksi sammutuksen jälkeen sen suhteellisen korkean lämpötilan ja vahvan hiiliatomien diffuusiokyvyn vuoksi. Typen tunkeutuminen edistää hiilen tunkeutumista niin, että rinnakkaissuodatusnopeus on nopeampi. 0.5–0.8 mm:n tunkeutumiskerros saadaan pitämällä paikallaan 4–6 tuntia, mikä parantaa alijäähdytetyn austeniitin vakautta.