Nitridarea oțelului: descrierea și caracteristicile procedurii

Principiul procesului

Dacă se compară nitridarea cu carburizarea tradițională, oferă prima variantă set de avantaje semnificative, nu este caracteristic pentru alte tehnologii. Din acest motiv, aceasta este încă considerată cea mai bună și mai eficientă metodă de prelucrare a structurilor metalice pentru a obține valori maxime de rezistență fără utilizarea unui tratament termic suplimentar. Este considerat un avantaj al tehnicii de a păstra vechile dimensiuni ale ghilotinei, ceea ce face posibilă aplicarea acesteia deja la produsele finite care au suferit o întărire termică cu temperatură ridicată și măcinare până la forma finală. Finalizarea cu succes a nitrizării permite lustruirea finală și alte prelucrări.

Procesul se desfășoară sub influența amoniacului, care se încălzește la anumite temperaturi. Ca rezultat, materialul este susceptibil la saturarea azotului și Obțineți o mulțime de proprietăți unice, inclusiv:

• Îmbunătățirea rezistenței la uzură a pieselor metalice, care este asigurată prin creșterea indicelui de duritate a stratului lor de suprafață;
• rezistență mai mare sau rezistență la oboseală a piesei de prelucrat;
• achiziționarea unei protecții anticorozive stabile, care rămâne aceeași chiar și atunci când este expusă mediului înconjurător de apă, aer și gaz-aer.

Piesele tratate cu azot sunt mult mai bune decât produsele similare care au fost cimentate. Se știe că după a doua procedură stratul menține o duritate stabilă numai în condițiile în care indicii de temperatură nu depășesc 225 de grade. În cazul azotului, pragul maxim este de 550-600 de grade. Acest lucru se datorează dezvoltării stratului de suprafață, care este de câteva ori mai puternic decât întărirea și carburizarea tradițională.

Mecanismul de tratare cu azot a oțelului

Procedura este într-un mediu încălzit la 500-600 grade Celsius de fier, care este instalat în cuptor. Temperatura exactă a muflei (retort închis) este determinată de regim și de rezultatul așteptat. Același lucru este valabil și pentru timpul procedurii. În container sunt plasate elemente din oțel, care vor fi saturate cu azot.

În procesul de efectuare a acțiunii în retort, amoniacul este alimentat din cilindru, care este caracterizat prin capacitatea sa de disociere (descompunere) sub influența unei anumite temperaturi. Mecanismul de nitrurare poate fi descris prin următoarea formulă: 2 NH3 → 6H + 2N.

Ca urmare, un strat de nitruri se formează pe suprafața produselor din fier, pentru care este caracteristică o duritate specială. După terminarea procedurii, cuptorul este răcit împreună cu fluxul de amoniac. Prin astfel de acțiuni este posibil să se fixeze efectul asupra durității stratului și să se prevină oxidarea suprafeței.

Grosimea stratului de nitrură atinge 0,3-0,6 milimetri. Ca urmare, nevoia de tratament termic pentru a îmbunătăți rezistența este trită. Formarea stratului de azot se realizează conform unei scheme complexe, totuși, prin cercetări ample, metalurgii l-au studiat în modul cel mai detaliat. Următoarele faze apar în aliaj:

• O soluție solidă de Fe3N cu un conținut de azot de 8,0-11,2%;
• O soluție solidă de Fe4N cu un conținut de azot de 5,7-6,1%;
• Soluția N în a-fier.

Dacă este posibilă aducerea procesului la o temperatură de 591 grade Celsius, acest lucru ne permite să observăm o altă fază α. Când se atinge limita de saturație, apare o altă fază. Descompunerea eutectoidă produce 2,35% azot.

Ce factori afectează nitridarea

Impactul cheie asupra procedurii este furnizat de următorii factori:

• regim de temperatură;
• presiunea gazului;
• prelungirea nitridării.

Rezultatul final poate fi, de asemenea, determinat de gradul de descompunere al substanței active, care variază între 15-45%. În plus, este important să se țină seama de o caracteristică: cu cât indicii de temperatură sunt mai înalți, cu atât sunt mai slabi parametrii de rezistență ai stratului de azot, dar cu cât este mai mare rata de difuzie. Duritatea se datorează coagulării nitridiilor.

Pentru a "stoarce" din procedură maximul de proprietăți pozitive și a scurta timpul de procesare, unii practicanți metalurgiști în două etape. La etapa inițială, țagla de oțel este îmbogățită cu azot la o temperatură de 525 de grade. Acest lucru este suficient pentru a îmbogăți straturile superioare și pentru a crește duritatea.

Următoarea etapă implică aplicarea unui regim de temperatură mai mare de la 600 la 620 grade Celsius. În acest caz, adâncimea stratului obținut atinge valorile setate, iar întregul proces este accelerat aproape dublu. Cu toate acestea, indicii de duritate rămân asemănători, ca și în cazul prelucrării în una singură etapă.

Soiuri de oțel prelucrat

Metalurgia modernă utilizează tehnologia de nitrurare pentru tratarea oțelurilor carbonice și aliate, unde fracția de carbon este de 0,3-0,5%. Succesul mare al procedurii poate fi observat atunci când se selectează metalele aliate capabile să producă nitruri cu rezistență ridicată la căldură și duritate. De exemplu, eficacitatea deosebită a procesului este caracteristică atunci când se utilizează acele structuri în care sunt concentrate aluminiul, molibdenul, cromul și alte materii prime similare. Astfel de bilete de oțel sunt numite de obicei nitraloi.

Molibdenul este capabil să prevină fragilitatea la eliberare, care este cauzată de răcirea lentă a oțelului după o prelucrare reușită. În final, materialul dobândește următoarele caracteristici:

• Duritatea oțelului carbon - HV 200-250;
• Aliaj - HV 600-800;
• Nitralloze până la HV 1200 și chiar mai mari;

Marci recomandate

Alegerea claselor de oțel specifice este determinată de domeniul de aplicare a elementului metalic. fundamental metalurgiștii disting următoarele criterii:

• Dacă aveți nevoie să obțineți componente cu duritate ridicată a suprafeței, alegeți marca 38X2MUA. Are un conținut ridicat de aluminiu, care determină o rezistență scăzută la deformare a produsului. Dacă nu există aluminiu în oțel, acest lucru afectează negativ duritatea și rezistența la uzură, deși extinde domeniul de aplicare și permite reproducerea celor mai complexe structuri și semifabricate;
• În industria mașinilor-unelte, gradele îmbunătățite de oțel aliat 40X, 40HFA;
• Dacă este vorba de fabricarea pieselor cu risc ridicat de încărcări ciclice, folosiți produsele sub mărcile 30X3M, 38HGM, 38HNMFA, 38HN3MA;
• În ceea ce privește ansamblurile de combustibil, în cazul în care este necesar să se utilizeze cele mai sofisticate produse metalice cu precizie de fabricație ridicată, este logic să alegeți 30X3MF1;

Etapele procedurii

Etapa pregătitoare, tratarea cu azot și finisarea finală a stratului de suprafață din oțel și aliaje se realizează prin mai multe etape:

• Pregătirea metalelor prin tratament termic, în timpul căreia se realizează întărirea și temperarea înaltă. Interiorul produsului obține o vâscozitate și o rezistență caracteristică. Încălzirea se realizează sub influența temperaturilor ridicate, până la 940 de grade. Ulterior, materialul este lăsat să se răcească în ulei sau apă. Lăsarea se face la un regim de temperatură de 600-700 grade Celsius, care este suficient pentru a obține o duritate crescută;
• În ceea ce privește prelucrarea semifabricatelor, este completat prin metoda de măcinare finală a materialului. În rezultatul final, partea dobândește dimensiunile necesare;
• Este important să se prevadă o serie de măsuri de precauție pentru acele elemente care trebuie să fie saturate cu azot. În procesul de prelucrare a compozițiilor simple cum ar fi sticla lichidă sau staniu sunt aplicate, care sunt aplicate prin electroliză cu un strat nu mai mult de 0,015 milimetri. Acest lucru face posibilă formarea unei pelicule subțiri, impermeabilă la azot;
• Următorul pas implică nitridarea tehnologiei menționate mai sus;
• La etapa de finisare, detaliile sunt aduse la starea așteptată, iar semnele de formă complexă cu pereți subțiri sunt întărite la o temperatură de 520 grade Celsius.

În ceea ce privește modificarea proprietăților geometrice ale țaglei după nitridare, este determinată de grosimea stratului azotat obținut și de temperaturile aplicate. În orice caz, abaterile de la formularul așteptat sunt nesemnificative.

Este important să înțelegem că tehnologia de procesare modernă prin nitridare implică utilizarea cuptoarelor de tip mine. Valorile maxime ale temperaturii ating 700 de grade, astfel încât circulația aerului devine forțată. Mufla poate fi încorporată în cuptor sau detașabilă.

Când se utilizează o muffle suplimentară, procesul de procesare este mult mai rapid. Ca rezultat, mufla de rezervă este încărcată imediat ce prima este gata. Este adevărat că această metodă nu a fost folosită pe scară largă din cauza costurilor ridicate.

Variante de suporturi pentru prelucrare

În prezent, prelucrarea azotului de oțeluri în mediu amoniu-propan. În acest caz, metalurgii sunt capabili să reziste la materiile prime sub influența a 570 de grade timp de trei ore. Stratul de carbonitrid format în astfel de condiții are o grosime minimă, dar rezistența la rezistență și rezistența la uzură sunt mult mai mari decât cele inventate prin metoda obișnuită. Duritatea acestui strat este în intervalul 600-1100 HV.

Tehnologia este deosebit de indispensabilă în selecția produselor din aliaje aliate sau din oțel, care sunt supuse unor cerințe ridicate privind rezistența operațională.

O altă soluție la fel de populară este folosirea tehnologiei de descărcare prin gabarit, atunci când materialul este întărit într-un mediu cu conținut de azot, care leagă produsele metalice de catod. Ca rezultat, piesa de prelucrat dobândește un electrod încărcat negativ, iar muffle-ul are un electrod încărcat pozitiv.

Tehnologia vă permite să scurtați durata acțiunii de mai multe ori. Între plus și minus există o descărcare, iar ionii de gaz acționează pe suprafața catodului, încălzindu-l. Acest impact se realizează în mai multe etape:

• catalizatorul are loc inițial;
• apoi curățarea suprafeței;
• apoi saturație.

În prima etapă de pulverizare, o presiune de 0,2 milimetri de mercur și o tensiune de 1400 de volți este menținută timp de 5 până la 60 de minute. În acest caz, suprafața se încălzește până la 250 de grade Celsius. A doua etapă implică utilizarea unei presiuni de 1-10 milimetri de mercur la o tensiune de 400-1100 V. Procedura durează 1-24 ore.

O altă metodă foarte eficientă de tratare este un proces de umbrire, care implică nitrarea într-un lichid bazat pe cianura topită sub influența unei temperaturi de 570 grade Celsius.

Avantaje tehnologice

În prezent, tehnologia de nitrurare este luată în considerare cea mai populară soluție pentru a obține cea mai bună performanță a pieselor metalice. Cu abordarea corectă, este asigurată cea mai bună rezistență la uzură, în plus, straturile obținute ca urmare a acestui tratament dobândesc o rezistență ridicată la coroziune. Structurile tratate nu necesită întărire termică suplimentară. Datorită unor astfel de particularități, nitrizarea este considerată a fi procesul-cheie pentru prelucrarea elementelor în construcția de mașini, în construcția mașinilor-unelte și în alte zone în care se plasează cerințe ridicate asupra părților componente.

Cu toate acestea, în plus față de numeroasele avantaje, tehnologia are dezavantajele sale, care sunt costul ridicat și durata procedurii. La un regim de temperatură de 500 grade Celsius, azotul poate penetra 0,01 milimetri. În acest caz, durata totală a procesului ajunge la o oră.