Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Азотирането на стоманата е сравнително нова технология за дифузно насищане на повърхностния слой с азот. Неговият автор е академик Н. П. Чижевски, който предлага използването на уникална техника за значително подобряване на работните свойства и параметри на стоманените продукти. До 20-те години на миналия век методът не се използва в индустриален мащаб.

Принцип на процеса

Ако сравним нитрирането с традиционното циментиране, първият вариант предлага много съществени предимства, които не са типични за други технологии. Поради тази причина все още се счита за най-добрият и най-ефективен начин за обработка на стоманени конструкции, за да се получат индикатори за максимална якост без използването на допълнителна топлинна обработка. Счита се, че плюс на техниката е запазването на предишните размери на детайла, което позволява прилагането му вече към готови продукти, които са преминали термично закаляване с високо темпериране и смилане до крайната форма. Успешното завършване на азотирането позволява окончателно полиране и други процедури.

Процесът се извършва под въздействието на амоняк, който се нагрява до определени температури. В резултат на това материалът е наситен с азот и придобива маса от уникални свойства, включително:

  • подобрена износоустойчивост на металните части, което се осигурява чрез увеличаване на индекса на твърдост на техния повърхностен слой;
  • по-висока издръжливост или умора на детайла;
  • придобиване на устойчива антикорозионна защита, която остава същата, дори когато е изложена на вода, въздух и газ-въздух.

Частите, третирани с азот, са много по-добри от подобни продукти, които се поддават на циментация. Известно е, че след втората процедура слой поддържа стабилна твърдост само при условията, при които температурните индекси не надвишават 225 градуса. В случая на азот, максималният праг достига 550-600 градуса. Това се дължи на развитието на повърхностния слой, който е няколко пъти по-силен от традиционното втвърдяване и циментиране.

Азотна обработка на стомана

Процедурата се извършва в херметично затворена среда от желязо, загрято до 500–600 градуса по Целзий, което се монтира в пещта. Точната температура на муфела (затворена реторта) се определя от режима и очаквания резултат. Същото се отнася и за времето на процедурата. Контейнерът съдържа елементи от стомана, които ще бъдат наситени с азот.

В процеса на осъществяване на действието амонякът се подава към ретортата от цилиндъра, който се характеризира със способността на дисоциация (разлагане) под въздействието на определена температура. Азотиращият механизъм може да бъде описан със следната формула: 2 NH3 → 6H + 2N.

В резултат на това се образува слой от нитриди на повърхността на железни продукти, които се характеризират със специална твърдост. Веднага след като процедурата приключи, пещта се охлажда заедно с поток от амоняк. Такива действия могат да фиксират ефекта върху твърдостта на слоя и да предотвратят окисляването на повърхността.

Дебелината на нитридния слой достига 0.3-0.6 милиметра. В резултат на това необходимостта от топлинна обработка за подобряване на силовите характеристики е просто загубена. Образуването на азотния слой се извършва по сложна схема, но чрез дългосрочни изследвания металурзите я изучават възможно най-подробно. В сплавта се срещат следните фази:

  • Твърд разтвор на Fe3N с азотно съдържание от 8, 0–11, 2%;
  • Fe4N твърд разтвор с азотно съдържание от 5.7–6.1%;
  • Разтвор N в а-жлеза.

Ако е възможно процесът да достигне температура от 591 градуса по Целзий, това ни позволява да забележим друга α-фаза. При достигане на границата на насищане настъпва друга фаза. Евтектоидното разлагане произвежда 2.35% азот.

Какви фактори влияят на азотирането

Следните фактори имат ключово влияние върху процедурата:

  • температурни условия;
  • налягане на газа;
  • продължително азотиране.

Крайният резултат може да се определи от степента на разлагане на активното вещество, което варира в интервала 15–45%. Освен това е важно да се има предвид една характеристика: колкото по-високи са показанията на температурата, толкова по-лоши са характеристиките на якост на азотния слой, но колкото е по-висока скоростта на дифузия. Твърдостта се дължи на коагулация на нитриди.

За да се „изтръгнат” максималните положителни свойства извън процедурата и да се намали времето за обработка, някои металурзи практикуват двустепенен режим на работа . В началния етап стоманената заготовка се обогатява с азот под въздействието на температура от 525 градуса. Това е достатъчно, за да обогати горните слоеве и да увеличи твърдостта.

Следващият етап включва използването на по-висок температурен режим от 600 до 620 градуса по Целзий. В този случай дълбочината на получения слой достига посочените стойности и целият процес се ускорява почти два пъти. Въпреки това, показателите за твърдост остават същите, както при едноетапната обработка.

Сортове от обработена стомана

Съвременната металургия използва технология на азотиране за обработка на въглеродни и легирани стомани, където делът на въглерода е 0, 3–0, 5% . Високият успех на процедурата може да се види при избора на легиращи метали, способни да създават нитриди с висока топлоустойчивост и твърдост. Например, специалната ефективност на процеса е типична, когато се използват онези структури, които съдържат алуминий, молибден, хром и други подобни суровини. Такива стоманени заготовки се наричат нитралози.

Молибденът е способен да предотврати температурната крехкост, причинена от бавното охлаждане на стоманата след успешното завършване на преработката. В резултат на това материалът придобива следните характеристики:

  • Твърдостта на въглеродната стомана - HV 200-250;
  • Сплав - HV 600−800;
  • Nitralloy до HV 1200 и дори по-високи;

Препоръчителни марки

Изборът на специфични видове стомана се определя от обхвата на работа на металния елемент. Повечето металурзи разграничават следните критерии:

  • Ако се нуждаете от части с висока твърдост на повърхността, изберете марката 38Х2МЮА. Има високо съдържание на алуминий, което води до ниска деформационна устойчивост на продукта. Ако алуминий липсва в стоманата, това оказва отрицателно въздействие върху твърдостта и износоустойчивостта, въпреки че разширява обхвата на приложение и дава възможност за възпроизвеждане на най-сложните конструкции и детайли;
  • При конструирането на металообработващи машини се използват подобрени марки от легирана стомана 40Х, 40ХФА;
  • Ако говорим за производството на части с висок риск от натоварване с циклично огъване, използвайте продукти под марките 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА;
  • Що се отнася до горивните касети, където се изисква използването на усъвършенствани метални изделия с висока прецизност, е целесъобразно да се избере моделът 30H3MF1;

Етапи на процедурата

Подготвителният етап, пречистването на азота и довършването на повърхностния слой от стомана и сплави се извършва с няколко стъпки:

  • Приготвяне на метал чрез топлинна обработка, при което се извършва втвърдяване и високо темпериране. Вътрешността на продукта придобива характерен вискозитет и сила. Втвърдяването се извършва под въздействието на високи температури, до 940 градуса. В бъдеще материалът се охлажда в масло или вода. Ваканцията се извършва при температура от 600-700 градуса по Целзий, което е достатъчно, за да се повиши твърдостта;
  • Що се отнася до машинната обработка на заготовките, тя е завършена чрез метода на окончателното смилане на материала. В крайна сметка частта става подходящ размер;
  • Важно е да се осигурят редица предпазни мерки за онези елементи, които трябва да бъдат наситени с азот. В процеса на обработка се използват прости състави като течно стъкло или калай, които се прилагат чрез електролиза със слой с не повече от 0.015 милиметра. Това ви позволява да образувате тънък филм, който е непроницаем за азот;
  • Следващият етап включва азотиране при използване на споменатата по-горе технология;
  • На финалната фаза частите се довеждат до очакваното състояние, а заготовките със сложна форма с тънки стени се подсилват при температура от 520 градуса по Целзий.

Що се отнася до промяната в геометричните свойства на детайла след азотирането, той се определя от дебелината на получения азот-наситен слой и използваните температури. Във всеки случай, отклоненията от очакваната форма са незначителни.

Важно е да се разбере, че съвременната технология за преработка чрез азотиране включва използването на пещи тип вал . Максималните температурни индикатори достигат 700 градуса, така че циркулацията на въздуха става принудена. Муфелът е вграден в пещта или сменяем.

Когато се използва допълнителен муфел, процесът на обработка е много по-бърз. В резултат на това резервният муфел се зарежда веднага, когато първият е готов. Вярно е, че този метод не е широко разпространен поради високите разходи.

Медийни опции за обработка

Понастоящем търсенето на стоманени заготовки в амонячно-пропанова среда е особено търсено. В този случай металурзите имат възможност да издържат на суровините под влияние на 570 градуса за три часа. Карбонитридният слой, образуван при такива условия, има минимална дебелина, но показателите за якост и износоустойчивост са много по-високи от тези на вариантите, които са изобретени по обичайния метод. Твърдостта на този слой е в диапазона 600-1100 HV.

Технологията е особено необходима при избора на продукти от легирани сплави или стомана, които са обект на високи изисквания за експлоатационна издръжливост.

Също така не по-малко популярно решение е използването на технология за светещ разряд, когато материалът е подсилен в азотсъдържаща разтоварена среда, свързваща металните продукти към катода. В резултат на това детайлът придобива отрицателно зареден електрод, а в муфела - положителен заряд.

Технологията намалява продължителността на действието няколко пъти. Разрядът се появява между плюс и минус, а газовите йони действат върху повърхността на катода, като го загряват. Такова въздействие се извършва на няколко етапа:

  • първоначално настъпва катодно разпрашване;
  • след това почистване на повърхността;
  • след това насищане.

При първия етап на пръскане се поддържа налягане от 0, 2 милиметра живак и напрежение от 1400 волта в продължение на 5-60 минути. В този случай повърхността се загрява до 250 градуса по Целзий. Вторият етап включва използването на налягане от 1-10 милиметра живак при напрежение 400−1100 V. Процедурата изисква 1-2 часа.

Друг много ефективен метод на лечение е процесът на тенифери, който включва азотиране в течност на стопен циан под въздействието на температура от 570 градуса по Целзий.

Ползи за технологиите

В момента технологията за азотиране се счита за най-популярното решение за постигане на най-добри показатели за изпълнение на металните части. При правилния подход се осигурява най-добра износоустойчивост, а получените слоеве в резултат на такова обработване получават висока устойчивост на корозия. Структурите, които са били подложени на обработка, не изискват допълнително термично закаляване. Поради тези характеристики, азотирането се счита за ключов процес на обработка на елементи в машиностроенето, машиностроенето и други области, където се изискват високи изисквания към съставните части.

Въпреки това, освен многобройните предимства, технологията има своите недостатъци, които се състоят в високата цена и продължителността на процедурата. При температура от 500 градуса по Целзий азотът може да проникне до 0, 01 милиметра. В този случай общата продължителност на процеса достига един час.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Металообработване