Процесс азотирования стали

Азотирование - это процесс химической термообработки, при котором атомы азота проникают в поверхность заготовки при определенной температуре и среде. Распространенными методами являются жидкое азотирование, газовое азотирование, ионное азотирование, последние два типа используются чаще всего. Традиционное газовое азотирование заключается в помещении заготовки в герметичный контейнер, полный протекающего газообразного аммиака, после нагревания и сохранения тепла в течение длительного времени аммиак разлагается на активные атомы азота, адсорбированные на поверхности заготовки и диффундирующие в нее, изменяя химический состав и организация поверхности для получения превосходных характеристик поверхности.

Азот, проникающий в сталь, образует нитрид железа с различным содержанием азота на поверхности и сердечнике металла и образует нитриды различных сплавов с легирующими элементами в стали, особенно нитрид алюминия и нитрид хрома. Эти нитридные соединения обладают высокой твердостью, термической стабильностью и высокой дисперсностью, благодаря чему азотируемая сталь может приобретать высокую поверхностную твердость, износостойкость, усталостную прочность, устойчивость к прикусу, коррозионную способность против атмосферных воздействий и перегретого пара, способность к размягчению против отпуска и уменьшить чувствительность к метке.

Если углерод проникает в процесс азотирования, чтобы способствовать диффузии азота, это называется нитроцементацией. По сравнению с процессом науглероживания, температура азотирования относительно низкая, небольшое искажение, но из-за низкой твердости сердечника слой проницаемости неглубокий, как правило, может соответствовать только требованиям износостойкости при легких и средних нагрузках, сопротивления усталости или определенная термостойкость, коррозионная стойкость деталей машин, а также различные режущие инструменты, штампы для холодной и горячей обработки.

Газ Азотирование

Основная цель газового азотирования - повышение износостойкости и высокой поверхностной твердости металла, пригодного для азотирования стали 41CrAlMo74. После азотирования твердость поверхности детали может достигать HV850 ~ 1200. Температура азотирования низкая, небольшая деформация может использоваться для требований высокой точности и требований к износостойкости деталей, таких как расточный стержень и шпиндель расточного станка, шпиндель шлифовального станка, гильза цилиндра и т. Д. Но он не подходит для износа. стойкость деталей к большим нагрузкам за счет тонкого слоя азотирования.

Газовое азотирование может быть общим методом азотирования (изотермическое азотирование) или многоступенчатым (двух, трех) методом азотирования. Первый - это температура азотирования, и скорость разложения аммиака остается неизменной в течение всего процесса азотирования, как правило, между 480 ~ 520 ℃, скоростью разложения аммиака 15 ~ 30%, временем выдержки около 80 часов. Этот процесс подходит для деталей с неглубоким просачивающимся слоем, сильной деформацией и высокой твердостью, но время обработки слишком велико.

Многоступенчатое азотирование заключается в проведении азотирования и диффузии при разных температурах, разной скорости разложения аммиака и разном времени во всем процессе азотирования. Общее время азотирования можно сократить почти до 50 часов и получить более глубокий пропитывающий слой, но температура азотирования выше, а искажение больше.

Предусмотрено антикоррозийное газовое азотирование, температура азотирования от 550 до 700 ℃, изоляция 0.5 ~ 3 часа, скорость разложения аммиака 35 ~ 70%, поверхность заготовки может получить химическую стабильность слоя с высоким содержанием соединения, предотвращает влажность заготовки воздух, перегретый пар, продукты сгорания газа и др., коррозия.

Поверхность заготовки для нормального газового азотирования серебристо-серая. Иногда также может быть синим или желтым из-за окисления, но обычно не влияет на использование.

Ионное азотирование

Также известен как тлеющее азотирование из-за принципа тлеющего разряда. Металлическая заготовка помещается в контейнер отрицательного давления азотной среды в качестве катода, и атомы азота и водорода в среде ионизируются после электризации, и между анодом и катодом образуется сильное электрическое поле в области плазмы, а положительные ионы азота и водорода «ударяются» о поверхность заготовки с большой скоростью.

Высокая кинетическая энергия ионов преобразуется в тепловую энергию, нагревая поверхность металла до желаемой температуры. Ионная бомбардировка вызывает атомное распыление на поверхности заготовки, аналогичное эффекту очистки. В то же время эффект адсорбции и диффузии заставляет азот проникать в поверхность заготовки, которая используется для таких деталей, как винт, шестерня и пресс-форма станка.

По сравнению с обычным газовым азотированием преимущества ионного азотирования заключаются в следующем: сокращение цикла азотирования; Температура нитрида в 520-540, деформация заготовки мала, хрупкость нитридного слоя мала; Можно реализовать местное азотирование, а также контролировать толщину и структуру инфильтрационного слоя. Ионная бомбардировка может очистить поверхность и удалить пассивирующую пленку с поверхности металлических деталей. Нержавеющая сталь и жаропрочная сталь могут подвергаться прямому азотированию.

Нитроцементация

Низкотемпературное азотирование, также известное как мягкое азотирование, то есть поверхность металла пропитана азотом и углеродом ниже температуры эвтектоидного перехода железо-азот. Микрокарбиды, образующиеся после инфильтрации небольшого количества углерода, могут способствовать диффузии азота и ускорять образование соединений с высоким содержанием азота, которые, в свою очередь, увеличивают растворимость углерода. Кроме того, углерод в нитридах может снизить хрупкость. Нитроцементация может не только улучшить усталостную долговечность заготовки, а также износостойкость, коррозионную стойкость и способность противостоять укусу, но также имеет такие преимущества, как низкая стоимость, простота эксплуатации, более короткое время, небольшая деформация заготовки и хороший внешний вид. слой нитроцементации неглубокий, чем слой науглероживания, поэтому он обычно используется для несения небольшой нагрузки и требует деталей с высокой износостойкостью.

Распространенными методами нитроцементации являются жидкий метод и газовый метод. Температура обработки составляет 530 ~ 570 ℃, а время консервации составляет 1 ~ 3 часа. Жидкий метод представляет собой цианидную соль или различные составы солевых ванн, обычно используются нейтральная соль + аммиак и мочевина + карбонат, но эти продукты реакции токсичны. Газовая среда в основном представляет собой эндотермический или экзотермический газ (контролируемая атмосфера) + аммиак, газ термического разложения мочевины, капающие органические растворители, содержащие углерод и азот, такие как формамид, триэтаноламин и так далее.

Цианидное цианирование относится к высокотемпературному нитроцементации, при котором в основном используется науглероживание для образования азотсодержащего высокоуглеродистого аустенита и азотсодержащего высокоуглеродистого мартенсита после закалки из-за его относительно высокой температуры и сильной диффузионной способности атомов углерода. Проникновение азота способствует проникновению углерода, поэтому скорость совместной инфильтрации выше. Пропитывающий слой 0.5 ~ 0.8 мм может быть получен при выдержке в течение 4 ~ 6 часов, что улучшает стабильность переохлажденного аустенита.