Азотированием называется процесс химико-термической обработки, при котором атомы азота проникают в поверхность заготовки в определенной среде при определенной температуре. Азотированные изделия обладают превосходной износостойкостью, усталостной прочностью, коррозионной стойкостью и устойчивостью к высоким температурам.
Введение в азотирование
Элементы алюминия, хрома, ванадия и молибдена, входящие в состав традиционной легированной стали, очень полезны для азотирования. Эти элементы образуют стабильные нитриды, когда вступают в контакт с примитивными атомами азота при температурах азотирования. Молибден, в частности, действует не только как нитридообразующий элемент, но и как средство снижения хрупкости, которое происходит при температурах азотирования. Элементы других легированных сталей, такие как никель, медь, кремний, марганец и т. д., не вносят большого вклада в характеристики азотирования. В общем, если сталь содержит один или несколько элементов, генерирующих нитрид, эффект после азотирования будет лучше. Среди них алюминий является самым сильным нитридным элементом, и результаты азотирования, содержащие 0,85 ~ 1,5% алюминия, являются лучшими. В случае хромсодержащей хромистой стали, если ее содержание достаточное, также можно получить хорошие результаты. Однако углеродистая сталь без легирования не подходит для азотирования стали, поскольку образующийся при ней азотирующий слой очень хрупкий и легко отслаивается.
Обычно используются следующие шесть типов азотированной стали:
(1) Низколегированная сталь, содержащая алюминий (стандартная азотированная сталь)
(2) Среднеуглеродистая низколегированная сталь, содержащая элемент хром, серий SAE 4100,4300,5100,6100,8600,8700,9800.
(3) Сталь для горячей обработки (содержащая около 5 % хрома) SAE H11 (SKD-61)H12, H13.
(4) Ферритная и мартенситная нержавеющая сталь серии SAE 400.
(5) Аустенитная нержавеющая сталь серии SAE 300.
(6) Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь 17-4PH, 17-7pH, A-286 и т. д.
Стандартная азотированная сталь, содержащая алюминий, после азотирования может получить высокую твердость и высокую износостойкость поверхности, но ее закаленный слой также очень хрупок. Низколегированная сталь, содержащая хром, наоборот, имеет меньшую твердость, но закаленный слой относительно пластичен, а ее поверхность также обладает значительной износостойкостью и лучестойкостью. Поэтому при выборе материалов целесообразно обращать внимание на характеристики материалов и в полной мере использовать их преимущества для выполнения функций деталей. Инструментальные стали, такие как H11(SKD61) и D2(SKD-11), имеют высокую поверхностную твердость и высокую прочность сердцевины.
Повышает износостойкость, твердость поверхности, предел выносливости и коррозионную стойкость стальных деталей.
Технический процесс
• Очистка поверхности детали перед азотированием.
Большинство деталей можно азотировать сразу после газового обезжиривания. Некоторые детали также необходимо очистить бензином, но если в качестве окончательного метода обработки перед азотированием используется полировка, шлифовка, полировка и т. д., то могут образовываться поверхностные слои, препятствующие азотированию, что приводит к неравномерности слоев азотирования или дефектам изгиба после азотирования. В это время для удаления поверхностного слоя следует использовать один из следующих двух методов. Первый метод заключается в удалении масла газом перед азотированием. Затем поверхность подвергается абразивной очистке абразивным оксидным порошком. Второй метод – обработка поверхности фосфатным покрытием.
• Удаление воздуха из печи азотирования
Обработанные детали помещают в печь азотирования и после герметизации крышку печи можно нагревать, но перед нагревом до 150 градусов С необходимо удалить воздух из печи.
Основной функцией вытяжной печи является предотвращение образования взрывоопасного газа, вызванного разложением газообразного аммиака и контактом с воздухом, а также предотвращение поверхностного окисления обрабатываемого материала и подложки. Используемые газы — аммиак и азот.
Правила удаления воздуха из печи следующие:
① После установки обработанных деталей крышка печи герметизируется и запускается подача безводного аммиака, при этом скорость потока становится максимально возможной.
② Установите автоматический контроль температуры нагревательной печи на 150 градусов и начните нагрев (обратите внимание, что температура печи не может быть выше 150 градусов).
③ Когда воздух в печи удаляется до менее 10 % или выходящий газ содержит более 90 % NH3, температура печи повышается до температуры азотирования.
Скорость разложения аммиака
Азотирование осуществляется в контакте с другими легирующими элементами и первичным азотом, но производство первичного азота, то есть сама сталь, становится катализатором при контакте аммиака с нагревающейся сталью и способствует разложению аммиака.
Хотя азотирование может проводиться при различных скоростях разложения аммиака, обычно используется степень разложения от 15 до 30%, требуемая толщина азотирования поддерживается в течение по меньшей мере 4-10 часов, а температура обработки поддерживается на уровне около 520 градусов Цельсия. .
охлаждение
Большинство промышленных печей для азотирования имеют тепловые выключатели для быстрого охлаждения печи и обработки деталей после завершения азотирования. То есть после завершения азотирования подача нагрева отключается, температура печи снижается примерно на 50 градусов Цельсия, а затем скорость потока аммиака удваивается и тепловой выключатель размыкается. В это время необходимо наблюдать, нет ли пузырькового перелива в стеклянной бутылке, подсоединенной к вытяжной трубе, для подтверждения положительного давления в печи. После того как газообразный аммиак осядет в печи, поток аммиака можно уменьшить до тех пор, пока в печи не будет поддерживаться положительное давление. Когда температура печи падает ниже 150 градусов Цельсия, используется метод удаления печных газов, описанный выше, и крышку печи можно открыть после подачи воздуха или азота.
NH3 → [N] Fe + 3/2 H2
Разложившийся N диффундирует на поверхность стали и образует его. Газовое азотирование фазы Fe2-3N, общий недостаток - тонкий закалочный слой и длительное время азотирования.
Газовое азотирование из-за разложения NH3 снижает эффективность азотирования, поэтому обычно выбирают фиксированный выбор стали, подходящей для азотирования, такой как Al, Cr, Mo и другие азотирующие элементы, в противном случае азотирование невозможно провести с использованием JIS, SACM1. новые JIS, SACM645 и SKD61 для усиления и ужесточения обработки, также известные как отпуск Al, Cr, SKD61. Мо и другие элементы повышают температуру точки превращения, поэтому температура закалки высокая, а температура отпуска выше, чем у обычной конструкционной легированной стали, которая в течение длительного времени отличается хрупкостью между температурой азотирования, поэтому отпуск и заблаговременно применяется ужесточающая обработка. Газовое азотирование NH3, поскольку поверхность в течение длительного времени становится шероховатой, твердой и хрупкой, ее нелегко шлифовать и длительное время неэкономично, используется для азотирования подающей трубки и шнека машины для литья пластмасс под давлением.
Жидкостное азотирование
Основное отличие жидкостного мягкого азотирования состоит в том, что в слое азотирования присутствует фаза Fe3Nε, фаза Fe4Nr существует и не содержит нитрида фазы Fe2Nξ, а соединения ξ-фазы представляют собой твердые и хрупкие нитриды, обладающие плохой вязкостью при азотирующей обработке. Метод жидкостного мягкого азотирования заключается в обработке заготовки, предварительном удалении ржавчины, обезжиривании, предварительном нагреве и последующем помещении ее в тигель для азотирования, являющийся основным солевым агентом ТФ-1. Его нагревают до 560 ~ 600 градусов в течение от нескольких минут до нескольких часов, в зависимости от внешней нагрузки на заготовку, и определяют глубину слоя азотирования. При обработке необходимо пропустить воздушную трубку в нижнюю часть детали. тигель для разложения на CN или CNO с определенным количеством азотирующего солевого агента на воздухе, проникающего и диффундирующего к рабочей поверхности. Внешнее соединение на поверхности заготовки содержит 8 ~ 9% N по весу и небольшое количество C и диффузионный слой, атомы азота диффундируют в основу -Fe, чтобы сделать сталь более усталостной, в течение периода азотирования из-за разложения. потребления CNO, поэтому в течение 6-8 часов постоянно проверяется состав соли, чтобы отрегулировать количество воздуха или добавить новую соль.
Материалом, используемым для жидкого мягкого азотирования, является металлическое железо, а твердость поверхности после азотирования выше с элементами Al, Cr, Mo и Ti, и чем больше содержание золота, тем меньше глубина азотирования, например, углеродистая сталь Hv 350 ~ 650, нержавеющая сталь Hv 1000 ~ 1200, азотированная сталь Hv 800 ~ 1100.
Жидкое мягкое азотирование подходит для износостойких и усталостных автомобильных деталей, швейных машин, камер и т. д., таких как обработка гильз цилиндров, обработка клапанов, обработка поршневых цилиндров и пресс-форм, которые нелегко деформировать.
Ионное азотирование
Этот метод заключается в помещении заготовки в печь азотирования, предварительном создании вакуума в печи до {{0}} ~ 10-3 Торр(㎜Hg) и затем введении газа N2 или N{ {3}} Смесь H2, отрегулируйте печь на 1-10 Торр, подключите корпус печи к аноду, заготовку к катоду и подайте напряжение постоянного тока в сотни вольт между двумя полюсами. В это время газ N2 в печи произведет блестящий разряд на положительные ионы, перемещаясь к рабочей поверхности, и катодное напряжение в одно мгновение резко упадет, так что положительные ионы устремятся к поверхности катода с высокой скорость, преобразуя кинетическую энергию в энергию газа, повышая температуру поверхности заготовки, и поверхность заготовки будет играть Fe.CO после воздействия ионов азота. Такие элементы выплескиваются и соединяются с ионами азота в FeN, таким образом, нитрид железа постепенно адсорбируется на заготовке и вызывает азотирование. Ионное азотирование в основном представляет собой использование азота, но если добавление газообразного карбида водорода может быть использовано для обработки ионным мягким азотированием. , но обычно называемую обработкой ионного азотирования. Концентрацию азота на поверхности заготовки можно регулировать путем изменения соотношения парциальных давлений смешанного газа (N2 + H2), заполненного в печи. В процессе чистого ионного азотирования однофазная ткань r '(Fe4N) с содержанием N составляет 5,7 ~ 6,1% по массе на рабочей поверхности, а толщина слоя составляет менее 10мкм. Слой смеси прочный, но не пористый, и его нелегко отвалить. Поскольку нитрид железа непрерывно адсорбируется заготовкой и диффундирует внутрь, структура от поверхности внутрь представляет собой изменение последовательности FeN → Fe2N → Fe3N → Fe4N, однофазное содержание ε (Fe3N) N составляет 5,7 ~ 11,0% по массе, однофазный ξ(Fe2N)N с содержанием 11,0 ~ 11,35% масс. Когда ионное азотирование сначала создает r-фазу, а затем добавляется серия карбида водорода, она становится составным слоем ε-фазы и диффузионным слоем, поскольку увеличение диффузионного слоя во многом способствует увеличению усталостной прочности. Фаза ε является лучшей.
