Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Азотирането на стоманата е не толкова стара практика на дифузно насищане на нейния повърхностен слой с азот. В промишлен мащаб този метод се използва едва от 20-те години на миналия век. Тази процедура, предложена от академик Н.П. Чижевски значително подобрява качеството на стоманените продукти по много начини.

Същността на процеса на азотиране

В сравнение с циментацията, азотирането има няколко важни предимства, което го прави основният начин за подобряване на производителността на стоманата. Азотираният слой има висока твърдост без допълнителна топлинна обработка. Освен това, след азотирането размерът на детайла остава практически непроменен. За разлика от процеса на циментиране, той може да се прилага към готови продукти, които са термично закалени с високо темпериране и полирани до крайни форми. След азотиране частите са напълно подготвени за фино полиране и друга обработка.

Азотирането е третиране на стомана по време на нагряването му в среда с високо съдържание на амоняк. В резултат на това стоманената повърхност се насища с азот и придобива следните качества:

  • Устойчивостта на износване на металните части се подобрява чрез увеличаване на индекса на твърдост на техния повърхностен слой;
  • Нарастваща издръжливост или умора на стоманените продукти;
  • Обработеният материал придобива устойчива антикорозионна защита, която се поддържа при контакт с вода, въздух и паро-въздушна среда.

Резултатите от азотирането са много по-ценни от гледна точка на по-нататъшната експлоатация, отколкото показателите на продукта след циментирането. Така, след циментацията, слойът може да поддържа стабилни стойности на твърдост при температура, която не надвишава 225 ° C, и слой с азот - до 550-600 ° C. Причината за това е самият механизъм на азотиране, в резултат на което се образува повърхностен слой, който е 1, 5–2 пъти по-силен от след втвърдяване и същото циментиране.

Азотиращ механизъм

Обикновено тази процедура се осъществява при 500-600 ° C в плътно затворена реторта (муфел) на желязото, която е вградена в пещта. То се нагрява до температура, съответстваща на избрания режим, и изискваното време се поддържа. В муфела, който е контейнер, поставете стоманени елементи, които ще бъдат изложени на азотиране.

В реторта амонякът непрекъснато се изстрелва от цилиндър под определено налягане. Вътре в него, амоняк, който има азот в своята молекула, под действието на температурата, започва дисоциация (разлагане) по следната формула:

2 NH 3 → 6 H +2 N,

оттам произтичащият атомния азот прониква в метала чрез дифузия. Това води до образуването на нитриди на повърхността на железните продукти. А нитридите и техните твърди разтвори се характеризират с повишена твърдост. В края на процедурата пещта трябва да се охлажда плавно с потока амоняк. Този подход фиксира ефекта върху твърдостта на слоя, предотвратявайки окисляването на повърхността.

Дебелината на този нитриден слой може да варира от 0.3 до 0.6 mm. По този начин няма нужда от последваща термична обработка, за да се повишат якостните характеристики .

Образуването на богат на азот слой е сложен, но добре проучен от металурзите. В сплавта, която се образува поради дифузията на азот в метала, се наблюдават следните фази:

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

Когато процесът се доведе до температура, надвишаваща 591 ° С, може да се наблюдава допълнителна а-фаза. Когато достигне границата на насищане, той генерира следващата фаза. Евтектоидното разлагане произвежда 2.35% азот.

Фактори, влияещи върху азотирането

Основните точки, които имат ключово влияние върху процеса, са температурата, налягането на газа и продължителното азотиране. Ефективността зависи и от степента на дисоциация на амоняка, която може да бъде в обхвата 15-45% . Освен това има определена връзка: колкото по-висока е температурата, толкова по-ниска е твърдостта на азотиращия слой, но колкото по-висока е степента на дифузия. Индексът на твърдост се причинява от коагулация на нитриди.

За да използваме механизма до максимум и да го ускорим, прибегнете до двуетапен режим. Началният етап на обогатяване с азот се осъществява при температури до 525 ° С, което осигурява висока твърдост на горните слоеве от стомана. След това азотирането преминава през втория етап при температура от 600 ° С до 620 ° С. В същото време, за много кратко време, дълбочината на нитрирания слой достига зададените стойности, ускорявайки целия процес с почти 2 пъти. Въпреки това, твърдостта на слоя, образуван в резултат на етапа на ускорение, няма да се различава от слоя, образуван от стандартната едноетапна техника.

Какво става азотирано

За азотиране се използват както въглеродни стомани, така и легирани стомани, в които фракцията на въглерода е 0.3-0.5% . Най-добрият резултат може да се получи, когато се използва стомана с легиращи метали, които образуват най-устойчивите на топлина и твърди нитриди. По този начин процесът на азотиране е най-ефективен за легирани стомани, които включват алуминий, молибден, хром и подобни метали. Стомана с такъв състав се нарича нитраллои. В частност, молибденът предотвратява температурната крехкост, причинена от бавното охлаждане на стоманата след процеса на насищане с азот. Характеристики на стомана след азотиране:

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

В същото време, тъй като твърдостта през сплавната смес става по-висока, дебелината на нитрирания слой е по-ниска. Най-тънкият слой се образува от стомана с елементи от хром, волфрам, никел, молибден.

Препоръчителни класове стомана

Използването на определена стомана зависи от последващата работа на металния елемент. Препоръчителни марки за азотиране в зависимост от предназначението на продуктите:

  • Ако е необходимо да се получат части с висока повърхностна твърдост - марка стомана 38Х2МЮА. Трябва да се отбележи, че той съдържа алуминий, което води до ниска деформационна устойчивост на продукта. Докато използването на неалуминиеви марки значително намалява твърдостта на повърхността и износоустойчивостта, въпреки че дава възможност за създаване на по-сложни структури;
  • За металообработващи машини се използва за подобряване на легирана стомана клас 40Х, 40HFA;
  • За части, подложени на циклични огъващи товари - марка стомана 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА;
  • За горивни единици, чиито детайли трябва да бъдат произведени с висока точност - стомана 30Х3МФ1. За да се постигне по-висока твърдост на наситения с азот слой, тази стомана се легира със силиций.

Технология на процеса

Приготвянето, наситеността на азота и довършването на горния слой от стомана и сплави включват няколко етапа:

  1. Подготвителна топлинна обработка на метал, която се състои от закаляване и високо темпериране. Вътрешността на продукта става по-вискозна и издръжлива. Охлаждането се извършва при много висока температура от около 940 ° С и завършва с охлаждане в течност - масло или вода. Температурните условия на закаляване са 600-700 ° С, което дава на метала подходяща твърдост за рязане;
  2. Обработка на детайли, които завършват с шлайфане. След тази процедура частта достига желания размер;
  3. Предпазни мерки за онези части от продукти, които трябва да са обект на азотно насищане. За целта използвайте прости формулировки като калай или течно стъкло, нанесени чрез слой от не повече от 0, 015 mm чрез електролиза. Образуване на тънък филм, непроницаем за азот;
  4. Азотиране на стомана съгласно горната технология;
  5. Завършването се довежда до желаното състояние.

В този случай заготовките със сложна форма с тънки стени са подсилени при 520 ° С.

Относно промяната в геометричните параметри на продуктите след процеса на азотиране се отбелязва, че тя зависи от дебелината на получения азот-наситен слой и от използваните температури. Тази промяна обаче е незначителна във всички случаи.

Трябва да се отбележи, че съвременните методи за металообработка по метода на азотиране се извършват в пещи на руднична конструкция. Максималната температура на която може да достигне 700 ° C, циркулацията на амоняк в такива пещи е принудена. Муфелът може да бъде вграден в пещта или сменяем.

Процесът ще бъде много по-бърз, ако въведете допълнителен муфел. След това резервният муфел с частите се зарежда веднага след като първият е готов с обработените заготовки. Въпреки това, използването на този метод не винаги е икономически обосновано, особено когато големите продукти са наситени с азот.

Опции за медиите за азотиращия механизъм

Среда с амоняк - пропан

Наскоро методът за обработка на метал с газ, състоящ се от ½ амоняк и ½ пропан, или от същите пропорции на амоняк и ендогаз, се използва много активно. Тази среда дава възможност да се извърши процедурата на 3 часа при 570 ° С. Образуваният в този случай въглерод-нитриден слой се характеризира с малка дебелина. Но износоустойчивостта и здравината му са много по-високи от тези на слоя, получен по обичайния метод. Твърдостта на този слой е в диапазона 600-1100 HV. Такъв подход се използва за продукти, изработени от легирани сплави или стомана, на които са предложени специални изисквания за максимална експлоатационна издръжливост.

Светещ разряд

Използва се и технология за втвърдяване в азотсъдържаща изхвърлена среда. В този случай се използва метод на светещ разряд, свързващ металните части към катода. В този случай заготовката е отрицателно зареден електрод и муфелът е положително зареден.

Тази технология позволява да се намали продължителността на процеса няколко пъти. Разрядът се възбужда между плюс и минус, газовите йони (N2 или NH3) се изтеглят върху повърхността на катода, загрявайки го до желаната температура. Това се случва на етапи: първо, катодно разпрашване, повърхността се почиства и след това се насища.

Първият етап на пръскане трябва да се извършва при налягане от 0, 2 mm Hg и напрежение от 1400 V за 5-60 минути. В същото време повърхността се загрява до 250 .С. Вторият етап се извършва при налягане от 1-10 mm живачен стълб и напрежение 400-1100 V, което отнема 1-24 часа.

Течна среда

Процесът на тенифера, който се азотира в течност, която преминава в стопения цианиден слой при 570 ° С в продължение на 30-180 минути, е много ефективен.

Азотиране - заключения

Азотирането е един от най-популярните начини за довеждане на металните части до най-добрите показатели за устойчивост на износване. В допълнение, повърхностните слоеве, получени от насищане с азот, имат висока корозионна устойчивост. Наситените с азот продукти не изискват допълнително термично закаляване. В резултат на това азотирането се превърна в ключов процес за обработване на детайли в машиностроенето, машиностроенето и други области, които поставят високи изисквания към компонентите.

Азотирането има своите недостатъци, които се състоят в високата цена и продължителността на нейното изпълнение. Така, при температури от 500 ° С, азотът прониква до 0.01 mm (или по-малко) на час. Въз основа на този факт, общото време на целия процес понякога достига 60 часа.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Металообработване