In het vorige artikel hebben we koolstofcarburatie uitgebreid besproken. Over het algemeen houdt carburatie in dat staal tot boven een kritische temperatuur wordt verhit, waarna koolstofinfiltratie en -diffusie plaatsvindt. Daarom wordt het ook wel austenitische chemische warmtebehandeling genoemd. Het is een vorm van chemische warmtebehandeling bij hoge temperaturen, waarbij het werkstuk aanzienlijk vervormt. Over het algemeen wordt koolstofarm staal gecarbureerd om een goede kernhardheid en een hoge oppervlaktehardheid te verkrijgen. Na het carbureren is het koolstofgehalte aan het oppervlak van het werkstuk doorgaans hoger dan 0.8%. Afschrikken en temperen bij lage temperatuur verbetert niet alleen de hardheid en slijtvastheid, maar zorgt er ook voor dat de kern een hoge hardheid behoudt, bestand is tegen stootbelasting en een hoge vermoeiingssterkte heeft. Gecarbureerd staal kan worden onderverdeeld in koolstofgecarbureerd staal en gelegeerd gecarbureerd staal. Legeringselementen zoals mangaan, chroom, nikkel, molybdeen, wolfraam, vanadium en boor in het gecarburiseerde staal kunnen de hardbaarheid verbeteren, de korrelstructuur verfijnen, de vaste oplossing versterken en het koolstofgehalte in de carburisatielaag, de dikte van de carburisatielaag en de structuur ervan beïnvloeden.
Nitreren is de diffusie van stikstof bij een temperatuur lager dan de eutectoïde van ijzer en stikstof, ook wel bekend als lage temperatuur chemische warmtebehandeling (ferriet chemische warmtebehandeling)., Het heeft een kleine vervorming. Wanneer staal molybdeen, chroom, aluminium en andere metaalnitriden bevat, kan het een hogere hardheid, slijtvastheid, corrosiebestendigheid en vermoeidheidsbestendigheid verkrijgen dan een gecarboniseerde laag. Nitreren wordt voornamelijk gebruikt voor precisie, vervormingscapaciteit, hoge vermoeidheidssterkte en slijtvastheid zijn artefacten, zoals boorspil en kotterbaar, slijpspindel, cilindervoering, enz. Constructiestaal met laag en middelmatig koolstofgehalte, gereedschapsstaal, roestvast staal en nodulair staal gietijzer dat Cr, Mo, V, Ti, Al en andere elementen bevat, kan worden genitreerd.
Hoewel genitreerd staal een hoge hardheid, slijtvastheid en hoge vermoeiingssterkte heeft, blijven deze eigenschappen alleen behouden aan de oppervlakte (de nitreerlaag van Cr-Mo-Al-staal heeft een dikte van 0.3–0.65 mm bij 500–540 °C na 35–65 uur). De meeste genitreerde onderdelen werken onder wrijving en complexe dynamische belastingomstandigheden, waarbij zowel het oppervlak als de kern hoge prestaties vereisen. Het nitreren van koolstofstaal zoals Fe4N en Fe2N is instabiel; bij een iets hogere temperatuur treedt gemakkelijk korrelvorming op, waardoor de hardheid van het oppervlak niet verder kan worden verhoogd en de sterkte en taaiheid van de kern niet kunnen toenemen. Om tegelijkertijd een hoge hardheid en slijtvastheid aan het oppervlak en in de kern te verkrijgen, is het noodzakelijk om stabiele nitrideverbindingen met stikstof in het staal te vormen. Deze verbindingen versterken de legeringselementen in de kern, zoals Al, Ti, V, W, Mo, Cr, enz. 41CrAlMo74 (SacM645/41CrAlMo7/34CrAlMo5) is een veelgebruikte genitreerde staalsoort. Aluminium heeft een sterke affiniteit met stikstof en is het belangrijkste legeringselement voor de vorming van nitriden en het verbeteren van de sterkte van de nitreerlaag. AlN is zeer stabiel en zelfs bij temperaturen van ongeveer 1000 °C onoplosbaar in het staal. Aluminium zorgt ervoor dat het staal goede nitreereigenschappen heeft; de hardheid van het oppervlak van dit staal kan na nitreren oplopen tot 1100-1200 HV (67-72 HRC).
Over het algemeen is carboneren een soort metaaloppervlaktebehandeling, nitreren is een chemisch warmtebehandelingsproces bij een bepaalde temperatuur en medium om stikstofatomen in het oppervlak van het werkstuk te laten doordringen. Het artikel van vandaag zal het verschil introduceren tussen gecarbureerd staal en nitreerstaal:
- Nitridestaal heeft een betere thermische stabiliteit dan carboneringsstaal.
- Nitrerend staal heeft een hogere oppervlaktehardheid en slijtvastheid dan carboneringsstaal Na nitreren is de oppervlaktehardheid van stalen onderdelen zo hoog als 1100-1200HV (equivalent aan 67-72HRC), en de hoge hardheid en slijtvastheid kan worden gehandhaafd op 560-600 ℃ zonder af te nemen
- Nitridestaal heeft een hogere vermoeiingssterkte, lagere occlusale weerstand en lagere kerfgevoeligheid dan carboneringsstaal. Dit komt doordat het volume van de nitridelaag wordt vergroot en de resterende drukspanning wordt gevormd in de oppervlaktelaag.
- De corrosieweerstand van nitridestaal is beter dan die van carboneringsstaal vanwege de vorming van een dichte nitridefilm op het oppervlak van stalen onderdelen.
- De nitreertemperatuur (500-600 ℃) is lager dan de carboneringstemperatuur (900-1000 ℃). Na het nitreren heeft het staal geen warmtebehandeling nodig, dus de nitridevervorming is erg klein. De lagere temperatuur maakt het nitreren echter langzamer en vereist een langere houdtijd dan carbonering.
- Verschillende toepassingen. Nitreerstaal wordt veel gebruikt in de mechanische industrie, vooral geschikt voor de uiteindelijke warmtebehandeling van precisieonderdelen, zoals slijpmachinespindel, boormachinebalk, precisiemachineschroef, krukas met verbrandingsmotor en diverse precisietandwielen en meetgereedschappen, enz. Voor lage impact toepassingen die zich richten op snelheid, kan nitreren een langere levensduur bieden vanwege de hogere oppervlaktehardheid en betere slijtvastheid. Gecarboneerd staal zorgt voor een langere levensduur in high-impact toepassingen dankzij een dieper geharde laag en wordt veel gebruikt in vliegtuigen, auto's en tractoren en andere mechanische onderdelen, zoals tandwielen, assen, nokkenassen, enz.
