Obrada nitriranjem odnosi se na proces kemijske toplinske obrade u kojem atomi dušika prodiru u površinu obratka u određenom mediju na određenoj temperaturi. Nitrirani proizvodi imaju izvrsnu otpornost na trošenje, otpornost na zamor, otpornost na koroziju i otpornost na visoke temperature.
Uvod u obradu nitriranjem
Elementi aluminija, kroma, vanadija i molibdena u tradicionalnom legiranom čeliku vrlo su korisni za nitriranje. Ovi elementi stvaraju stabilne nitride kada dođu u kontakt s primitivnim atomima dušika na temperaturama nitriranja. Molibden, posebno, djeluje ne samo kao element koji stvara nitrid, već i kao smanjenje lomljivosti do kojeg dolazi pri temperaturama nitriranja. Elementi u drugim legiranim čelicima, kao što su nikal, bakar, silicij, mangan itd., ne pridonose mnogo karakteristikama nitriranja. Općenito, ako čelik sadrži jedan ili više elemenata koji stvaraju nitrid, učinak nakon nitriranja je bolji. Među njima, aluminij je najjači nitridni element, a rezultati nitriranja koji sadrže 0.85 ~ 1,5% aluminija su najbolji. U slučaju kromnog čelika koji sadrži krom, ako postoji dovoljan sadržaj, također se mogu postići dobri rezultati. Međutim, ugljični čelik bez legure nije prikladan za nitriranje čelika jer je sloj nitriranja koji nastaje njime vrlo krt i lako se odlijepi.
Postoji šest tipova čelika za nitriranje koji se obično koriste kako slijedi:
(1) Niskolegirani čelik koji sadrži aluminij (standardni čelik za nitriranje)
(2) Srednje ugljični niskolegirani čelik koji sadrži kromni element serije SAE 4100,4300,5100,6100,8600,8700,9800.
(3) Čelik za kalupe za vrući rad (sadrži oko 5% kroma) SAE H11 (SKD-61)H12, H13
(4) Feritni i martenzitni nehrđajući čelik serije SAE 400
(5) Austenitni nehrđajući čelik serije SAE 300
(6) Nehrđajući čelik s taloženjem 17-4PH, 17-7pH, A-286, itd
Standardni čelik za nitriranje koji sadrži aluminij može nakon nitriranja dobiti visoku tvrdoću i visoku otpornost na habanje, ali je njegov očvrsli sloj također vrlo krt. Naprotiv, niskolegirani čelik koji sadrži krom ima nižu tvrdoću, ali je očvrsli sloj relativno duktilan, a njegova površina također ima značajnu otpornost na trošenje i otpornost na gredu. Stoga je pri odabiru materijala prikladno obratiti pozornost na karakteristike materijala i u potpunosti iskoristiti njihove prednosti kako bi se zadovoljila funkcija dijelova. Alatni čelici kao što su H11(SKD61) i D2(SKD-11) imaju visoku površinsku tvrdoću i jak učinak čvrstoće jezgre.
Povećajte otpornost na trošenje, površinsku tvrdoću, granicu zamora i otpornost na koroziju čeličnih dijelova.
Tehnički proces
• Čišćenje površine dijela prije nitriranja
Većina dijelova može se nitrirati odmah nakon plinskog odmašćivanja. Neke dijelove je također potrebno očistiti benzinom, ali ako se konačna metoda obrade prije nitriranja koristi u poliranju, brušenju, poliranju itd., može proizvesti površinske slojeve koji ometaju nitriranje, što rezultira nejednakim slojevima nitriranja ili defektima savijanja nakon nitriranja. U ovom trenutku treba upotrijebiti jednu od sljedeće dvije metode za uklanjanje površinskog sloja. Prva metoda je uklanjanje ulja plinom prije nitriranja. Površina se zatim čisti abrazivnim oksidnim prahom. Druga metoda je obrada površine fosfatnim premazom.
• Uklanjanje zraka iz peći za nitriranje
Obrađeni dijelovi stavljaju se u peć za nitriranje, a poklopac peći se može zagrijati nakon brtvljenja, ali se prije zagrijavanja na 150 stupnjeva C iz peći mora ukloniti zrak.
Glavna funkcija dimne peći je spriječiti eksplozivni plin uzrokovan raspadom plina amonijaka i kontaktom sa zrakom te spriječiti površinsku oksidaciju obrađenog materijala i nosača. Korišteni plinovi su amonijak i dušik.
Pravila za uklanjanje zraka iz peći su sljedeća:
① Nakon što su obrađeni dijelovi ugrađeni, poklopac peći je zabrtvljen i pokreće se bezvodni plin amonijak, a brzina protoka je što je moguće veća.
② Postavite automatsku kontrolu temperature peći za grijanje na 150 stupnjeva i pokrenite grijanje (imajte na umu da temperatura peći ne može biti viša od 150 stupnjeva).
③ Kada se zrak u peći ukloni na manje od 10%, ili ispušteni plin sadrži više od 90% NH3, temperatura peći se podiže na temperaturu nitriranja.
Brzina razgradnje amonijaka
Nitriranje se provodi u kontaktu s drugim legirajućim elementima i primarnim dušikom, ali proizvodnja primarnog dušika, odnosno sam čelik postaje katalizator kada amonijak dođe u dodir s čelikom za zagrijavanje i potiče razgradnju amonijaka.
Iako se nitriranje može izvesti pri različitim brzinama razgradnje amonijaka, općenito se koristi stopa razgradnje od 15 do 30%, potrebna debljina nitriranja održava se najmanje 4 do 10 sati, a temperatura obrade održava se na oko 520 stupnjeva C .
hlađenje
Većina industrijskih peći za nitriranje ima prekidače topline za brzo hlađenje peći i obrađene dijelove nakon završetka nitriranja. To jest, nakon što je nitriranje završeno, napajanje grijanjem se isključuje, temperatura peći se smanjuje za oko 50 stupnjeva C, a zatim se brzina protoka amonijaka udvostručuje i prekidač topline se otvara. U ovom trenutku potrebno je promatrati postoji li preljev mjehurića u staklenoj boci spojenoj na ispušnu cijev kako bi se potvrdio pozitivan tlak u peći. Nakon što se plinoviti amonijak taloži u peći, protok amonijaka može se smanjiti dok se ne održi pozitivan tlak u peći. Kada temperatura peći padne ispod 150 stupnjeva C, koristi se gore opisana metoda uklanjanja plina iz peći, a poklopac peći se može otvoriti nakon uvođenja zraka ili dušika.
NH3 → [N] Fe + 3/2 H2
Razgrađeni dušik se difundira na površinu čelika i formira. Fazno Fe{0}}N plinsko nitriranje, opći nedostatak tankog očvrslog sloja i dugog vremena obrade nitriranja.
Plinsko nitriranje zbog razgradnje NH3 za učinkovitost nitriranja je nisko, tako da je općenito fiksni izbor čelika prikladnog za nitriranje, kao što su Al, Cr, Mo i drugi elementi za nitriranje, inače se nitriranje ne može provesti, koristeći JIS, SACM1 novi JIS, SACM645 i SKD61 za ojačavanje i očvršćavanje obrade, također poznat kao kaljenje Al, Cr, SKD61. Mo i drugi elementi povećavaju temperaturu točke transformacije, tako da je temperatura kaljenja visoka, a temperatura kaljenja viša od one kod običnog konstrukcijskog legiranog čelika, koji je kaljena krhkost između temperature nitriranja dugo vremena, tako da kaljenje i unaprijed se primjenjuje tretman za učvršćivanje. Nitriranje plinom NH3, jer je površina dugo hrapava, tvrda i lomljiva nije je lako brusiti, a dugo vremena nije ekonomično, koristi se za nitriranje dovodne cijevi i vijka stroja za brizganje plastike.
Tekuće nitriranje
Glavna razlika tekućeg mekog nitriranja je u tome što postoji Fe3Nε faza u sloju nitriranja, Fe4Nr faza postoji i ne sadrži nitrid Fe2Nξ faze, a spojevi ξ faze su tvrdi i krti nitridi koji su slabe žilavosti u obradi nitriranjem. Metoda tekućeg mekog nitriranja je obrada izratka, prvo uklanjanje hrđe, odmašćivanje, predgrijavanje, a zatim ga stavite u lončić za nitriranje, koji je glavni agens soli TF-1. Zagrijava se na 560 ~ 600 stupnjeva nekoliko minuta do nekoliko sati, ovisno o vanjskom opterećenju obratka, i određuje dubinu sloja nitriranja, u tretmanu se cijev za zrak mora provući u dno lončić za razgradnju u CN ili CNO s određenom količinom agensa soli za nitriranje zraka, prožimanjem i difuzijom na radnu površinu. Najudaljeniji spoj na površini obratka je 8 ~ 9% wt N i mala količina C i difuzijskog sloja, atomi dušika difundiraju u -Fe bazu kako bi čelik bio otporniji na zamor, tijekom razdoblja nitriranja zbog razgradnje potrošnje CNO, pa se stalno testira u 6 do 8 sati sastav soli, prilagoditi količinu zraka ili dodati novu sol.
Materijal koji se koristi za obradu tekućim mekim nitriranjem je metalno željezo, a površinska tvrdoća nakon nitriranja veća je s elementima Al, Cr, Mo i Ti, a što je više zlata, to je manja dubina nitriranja, kao što je ugljični čelik Hv 350 ~ 650, nehrđajući čelik Hv 1000 ~ 1200, čelik za nitriranje Hv 800 ~ 1100.
Tekuće meko nitriranje prikladno je za automobilske dijelove otporne na habanje i umor, šivaće strojeve, kamere, itd., kao što je obrada košuljice cilindra, obrada ventila, obrada cilindra klipa i kalupa koje nije lako deformirati.
Ionsko nitriranje
Ovom se metodom izradak stavlja u peć za nitriranje, pumpa vakuum u peći do {{0}} ~ 10-3 Torr(㎜Hg) unaprijed, a zatim se uvodi plin N2 ili N{ {3}} H2 mješavina, podesite peć na 1-10 Torr, spojite tijelo peći na anodu, radni komad na katodu i provedite stotine volti istosmjernog napona između dva pola. U to će vrijeme plin N2 u peći proizvesti briljantno pražnjenje u pozitivne ione, krećući se prema radnoj površini, a katodni napon će naglo pasti u trenutku, tako da će pozitivni ioni pojuriti na površinu katode pri visokoj brzina, pretvarajući kinetičku energiju u energiju plina, povećavajući površinsku temperaturu obratka, a površina obratka će igrati Fe.CO nakon udara dušikovih iona. Takvi elementi prskaju i spajaju se s dušikovim ionima u FeN, tako da se željezni nitrid postupno adsorbira na obradak i proizvodi nitriranje, ionsko nitriranje je u osnovi upotreba dušika, ali ako se dodatak plina vodikovog karbida može koristiti za tretman ionskim mekim nitriranjem , ali općenito se naziva obrada ionskim nitriranjem. Koncentracija dušika na površini obratka može se prilagoditi promjenom omjera parcijalnog tlaka miješanog plina (N2 + H2) napunjenog u peći. Tijekom procesa čistog ionskog nitriranja, jednofazno r '(Fe4N) tkivo koje sadrži sadržaj N je 5,7 ~ 6,1% wt na radnoj površini, a deblji sloj je manji od 10μm. Složeni sloj je čvrst, ali nije porozan i nije lako otpasti. Budući da se željezni nitrid kontinuirano adsorbira na izratku i difundira u unutrašnjost, struktura od površine prema unutrašnjosti je FeN → Fe2N → Fe3N→ Fe4N promjena sekvence, sadržaj jednofaznog ε(Fe3N) N u 5,7 ~ 11,0% wt, jednofazni sadržaj ξ(Fe2N) N u 11,0 ~ 11,35% mas. Kada ionska nitridacija najprije generira r fazu, a zatim se doda serija vodikovog karbida, to postaje sloj spoja ε-faze i difuzijski sloj, jer povećanje difuzijskog sloja ima veliku pomoć u povećanju čvrstoće na zamor. ε faza je najbolja.
