Nitreringsbehandling refererer til en kjemisk varmebehandlingsprosess der nitrogenatomer trenger inn i overflaten av arbeidsstykket i et bestemt medium ved en viss temperatur. De nitrerte produktene har utmerket slitestyrke, tretthetsbestandighet, korrosjonsbestandighet og høy temperaturbestandighet.
Introduksjon til nitreringsbehandling
Elementene aluminium, krom, vanadium og molybden i tradisjonelt legert stål er svært nyttige for nitrering. Disse elementene danner stabile nitrider når de kommer i kontakt med primitive nitrogenatomer ved nitreringstemperaturer. Spesielt molybden virker ikke bare som et nitriddannende element, men også som en reduksjon i sprøhet som oppstår ved nitreringstemperaturer. Grunnstoffene i andre legerte stål, som nikkel, kobber, silisium, mangan, etc., bidrar ikke mye til nitreringsegenskapene. Generelt, hvis stålet inneholder ett eller flere nitridgenererende elementer, er effekten etter nitrering bedre. Blant dem er aluminium det sterkeste nitridelementet, og nitreringsresultatene som inneholder 0,85 ~ 1,5 % aluminium er de beste. Når det gjelder kromholdig kromstål, kan det også oppnås gode resultater ved tilstrekkelig innhold. Karbonstål uten legering er imidlertid ikke egnet for nitrering av stål fordi nitreringslaget som genereres av det er veldig sprøtt og lett å skrelle av.
Det er seks typer nitreringsstål som vanligvis brukes som følger:
(1) Lavlegert stål som inneholder aluminium (standard nitreringsstål)
(2) Lavlegert stål med middels karbon som inneholder kromelement SAE 4100,4300,5100,6100,8600,8700,9800-serien.
(3) Varmarbeidsstål (inneholder ca. 5 % krom) SAE H11 (SKD-61)H12, H13
(4) Ferritisk og martensittisk rustfritt stål SAE 400-serien
(5) Austenittisk rustfritt stål SAE 300-serien
(6) Nedbørsherdende rustfritt stål 17-4PH, 17-7pH, A-286 osv.
Standard nitreringsstål som inneholder aluminium kan oppnå en høy hardhet og høy slitebestandig overflate etter nitrering, men det herdede laget er også svært sprøtt. Tvert imot har lavlegert stål som inneholder krom en lavere hardhet, men det herdede laget er relativt duktilt, og overflaten har også betydelig slitestyrke og bjelkemotstand. Derfor, når du velger materialer, er det hensiktsmessig å ta hensyn til egenskapene til materialer og utnytte fordelene deres fullt ut for å møte funksjonen til deler. Verktøystål som H11(SKD61) og D2(SKD-11) har høy overflatehardhet og høy kjernestyrkeeffekt.
Øk slitestyrken, overflatehardheten, utmattelsesgrensen og korrosjonsbestandigheten til ståldeler.
Teknisk prosess
• Del overflaterengjøring før nitrering
De fleste deler kan nitreres umiddelbart etter gassavfetting. Enkelte deler må også rengjøres med bensin, men hvis den endelige bearbeidingsmetoden før nitrering brukes ved polering, sliping, polering osv., kan den produsere overflatelag som hindrer nitrering, noe som resulterer i ujevne nitreringslag eller bøyefeil etter nitrering. På dette tidspunktet bør en av følgende to metoder brukes for å fjerne overflatelaget. Den første metoden er å fjerne olje med gass før nitrering. Overflaten blir deretter slipende rengjort med slipende oksidpulver. Den andre metoden er å behandle overflaten med et fosfatbelegg.
• Luftfjerning fra nitreringsovn
De behandlede delene plasseres i nitreringsovnen og ovnsdekselet kan varmes opp etter forsegling, men luften må fjernes fra ovnen før oppvarming til 150 grader C.
Eksosovnens hovedfunksjon er å forhindre den eksplosive gassen forårsaket av nedbryting av ammoniakkgass og kontakt med luften, og å forhindre overflateoksidasjon av det behandlede materialet og støtten. Gassene som brukes er ammoniakk og nitrogen.
Reglene for å fjerne luft fra ovnen er som følger:
① Etter at de behandlede delene er installert, forsegles ovnsdekselet, og den vannfrie ammoniakkgassen startes, og strømningshastigheten er så stor som mulig.
② Still den automatiske temperaturkontrollen til varmeovnen til 150 grader og start oppvarmingen (merk at ovnstemperaturen ikke kan være høyere enn 150 grader).
③ Når luften i ovnen fjernes til mindre enn 10 %, eller gassen som slippes ut inneholder mer enn 90 % NH3, heves ovnstemperaturen til nitreringstemperaturen.
Nedbrytningshastighet av ammoniakk
Nitrering utføres i kontakt med andre legeringselementer og det primære nitrogenet, men produksjonen av det primære nitrogenet, det vil si selve stålet, blir katalysatoren når ammoniakken er i kontakt med varmestålet og fremmer nedbrytningen av ammoniakk.
Selv om nitrering kan utføres under forskjellige nedbrytningshastigheter av ammoniakk, brukes vanligvis en dekomponeringshastighet på 15 til 30 %, den nødvendige tykkelsen på nitreringen opprettholdes i minst 4 til 10 timer, og behandlingstemperaturen holdes på ca. 520 grader C. .
kjøling
De fleste industrielle nitreringsovner har varmebrytere for raskt å avkjøle ovnen og behandle deler etter at nitreringen er fullført. Det vil si at etter at nitreringen er fullført, slås varmestrømforsyningen av, ovnstemperaturen reduseres med omtrent 50 grader C, og deretter dobles ammoniakkstrømningshastigheten og varmebryteren åpnes. På dette tidspunktet er det nødvendig å observere om det er et bobleoverløp i glassflasken koblet til eksosrøret for å bekrefte det positive trykket i ovnen. Etter at ammoniakkgassen er bunnfellet i ovnen, kan ammoniakkstrømmen reduseres inntil overtrykket i ovnen opprettholdes. Når ovnstemperaturen faller under 150 grader C, brukes metoden for fjerning av ovnsgass beskrevet ovenfor, og ovnsdekselet kan åpnes etter at luft eller nitrogen er innført.
NH3 → [N] Fe + 3/2 H2
Det dekomponerte N diffunderes inn i overflaten av stålet for å dannes. Fase Fe2-3N gassnitrering, den generelle ulempen med tynt herdelag og lang nitreringsbehandlingstid.
Gassnitrering på grunn av dekomponering av NH3 for nitreringseffektivitet er lav, så generelt er et fast utvalg av stål egnet for nitrering, slik som Al, Cr, Mo og andre nitreringselementer, ellers kan ikke nitrering utføres ved bruk av JIS, SACM1 nye JIS, SACM645 og SKD61 for å styrke og seige behandling, også kjent som temperering Al, Cr, SKD61. Mo og andre elementer øker temperaturen på transformasjonspunktet, så bråkjølingstemperaturen er høy, og tempereringstemperaturen er høyere enn for vanlig strukturlegert stål, som er temperert sprøhet mellom nitreringstemperaturen i lang tid, slik at tempereringen og herdebehandling påføres på forhånd. NH3 gassnitrering, fordi overflaten er grov i lang tid, hard og sprø er ikke lett å slipe, og lang tid er ikke økonomisk, brukes til nitrering av materøret og skruen til plastsprøytestøpemaskinen.
Flytende nitrering
Hovedforskjellen med flytende myk nitrid er at det er en Fe3Nε-fase i nitreringssjiktet, Fe4Nr-fasen eksisterer og inneholder ikke Fe2Nξ-fasenitrid, og ξ-faseforbindelser er harde og sprø nitrider som har dårlig seighet ved nitreringsbehandling. Metoden for flytende myk nitrering er å behandle arbeidsstykket, først fjerne rust, avfetting, forvarming, og deretter plassere det i nitreringsdigelen, som er hovedsaltmidlet TF-1. Den varmes opp til 560 ~ 600 grader i noen minutter til noen timer, i henhold til den ytre belastningen til arbeidsstykket, og bestemmer dybden på nitreringslaget, i behandlingen må et luftrør føres inn i bunnen av arbeidsstykket. smeltedigel for å dekomponere til CN eller CNO med en viss mengde luftnitreringssaltmiddel, gjennomtrengende og diffunderende til arbeidsflaten. Den ytterste forbindelsen på overflaten av arbeidsstykket er 8 ~ 9 vekt% N og en liten mengde C og diffusjonslag, nitrogenatomer diffunderer inn i -Fe-basen for å gjøre stålet mer tretthetsbestandig, under nitreringsperioden på grunn av nedbrytningen av CNO-forbruket, så det testes hele tiden i 6 til 8 timers saltsammensetning, for å justere luftmengden eller tilsette nytt salt.
Materialet som brukes til flytende myk nitreringsbehandling er jernmetall, og overflatehardheten etter nitrering er høyere med Al-, Cr-, Mo- og Ti-elementer, og jo mer gullinnhold, jo grunnere er nitreringsdybden, for eksempel karbonstål Hv 350 ~ 650, rustfritt stål Hv 1000 ~ 1200, nitreringsstål Hv 800 ~ 1100.
Flytende myk nitrering er egnet for slitasjebestandige og tretthetsbestandige bildeler, symaskiner, kameraer, etc., slik som sylinderforingsbehandling, ventilbehandling, stempelsylinderbehandling og mugg som ikke er lett å deformere.
Ionenitrering
Denne metoden er å plassere et arbeidsstykke i nitreringsovnen, pumpe et vakuum i ovnen til {{0}} ~ 10-3 Torr(㎜Hg) på forhånd, og deretter introdusere N2-gass eller N{ {3}} H2-blanding, juster ovnen til 1-10 Torr, koble ovnskroppen til anoden, arbeidsstykket til katoden, og send hundrevis av volt likespenning mellom de to polene. På dette tidspunktet vil N2-gassen i ovnen produsere en strålende utladning til positive ioner som beveger seg til arbeidsflaten, og katodespenningen vil falle kraftig på et øyeblikk, slik at de positive ionene vil skynde seg til katodeoverflaten med høy hastighet, transformerer kinetisk energi til gassenergi, får overflatetemperaturen til arbeidsstykket til å stige, og arbeidsstykkets overflate vil spille Fe.CO etter påvirkning av nitrogenioner. Slike elementer spruter ut og kombineres med nitrogenioner til FeN, dermed blir jernnitrid gradvis adsorbert på arbeidsstykket og gir nitrering, ionenitrering er i utgangspunktet bruk av nitrogen, men hvis tilsetning av hydrogenkarbidgass kan brukes til ion-myknitreringsbehandling , men generelt referert til som ionitreringsbehandling, Nitrogenkonsentrasjonen på overflaten av arbeidsstykket kan justeres ved å endre partialtrykkforholdet til den blandede gassen (N2 + H2) fylt i ovnen. Under prosessen med ren ionitrering er det enfasede r'(Fe4N)-vevet som inneholder N-innhold 5,7 ~ 6,1 vekt% på arbeidsflaten, og det tykke laget er mindre enn 10μm. Sammensatte laget er sterkt, men ikke porøst og er ikke lett å falle av. Ettersom jernnitrid kontinuerlig adsorberes av arbeidsstykket og diffunderes til det indre, er strukturen fra overflaten til det indre FeN → Fe2N → Fe3N→ Fe4N sekvensendring, enfaset ε(Fe3N) N-innhold i 5,7 ~ 11,0 vekt%, enkeltfase ξ(Fe2N) N-innhold i 11,0 ~ 11,35 vekt%. Når ionenitridering først genererer r-fasen og deretter hydrogenkarbidserien tilsettes, blir det ε-fase-forbindelseslaget og diffusjonslaget, fordi økningen av diffusjonslaget har mye hjelp til å øke utmattingsstyrken. ε-fasen er best.
