Šta je gasno nitriranje? Procesni parametri i izbor čelika za nitriranje

Šta je gasno nitriranje?

Gasno nitriranje je termohemijski proces površinskog očvršćavanja koji je uveden u Njemačkoj 1923. godine i još uvijek je jedan od najčešće korištenih metoda za proizvodnju-površine otporne na habanje na čeličnim komponentama. Dijelovi se stavljaju u zatvorenu peć i uvodi se plin amonijak, gdje se na temperaturi disocira na atomski dušik i vodonik. Dušik difunduje u površinu čelika i formira nitride sa legirajućim elementima koji su već prisutni u materijalu. Budući da stvrdnjavanje ovisi o sadržaju legure čelika, a ne o koraku kaljenja, proces se izvodi na relativno niskoj temperaturi, izobličenje je malo i nije potrebna dodatna toplinska obrada nakon nitriranja.

Tretman se obično primjenjuje na komponente koje moraju biti otporne na habanje klizanja, eroziju ili zamor dok zadržavaju čvrsto jezgro, kao što su zupčanici, osovine, ekstruzioni vijci i cijevi, dijelovi ventila i komponente matrice.

Procesni parametri

Efikasnost procesa zavisi od toga koliko se amonijaka zapravo disocira na površini. Veće brzine protoka gasa smanjuju stepen disocijacije, dok niže brzine protoka ga povećavaju; više temperature također povećavaju brzinu disocijacije i smanjuju je na nižim temperaturama. Budući da peć polako postiže svoju radnu temperaturu, potencijal dušika na početku ciklusa može se značajno razlikovati od vrijednosti na kraju, pa se disocijacija amonijaka prati i kontrolira tokom cijelog tretmana. Dvostepeni ciklus, sa većim potencijalom dušika na početku i nižim nakon toga, koristi se za ograničavanje debljine sloja krhke smjese.

Struktura i svojstva slojeva

Nitriranjem nastaje karakterističan dvostruki sloj. Na površini je spoj ili bijeli sloj, koji se sastoji od faza željeznog nitrida, koji je izuzetno tvrd, ali i krh. Ispod nje se nalazi zona difuzije, u kojoj se dušik rastvara i taloži kao fini legirani nitridi, a koja pruža zamor i{2}}podnošenje opterećenja za površinu. Kod čelika za nitriranje tvrdoća složenog sloja je tipično u rasponu od 1000 do 1200 HV, a dubina kućišta je specificirana prema primjeni, obično u području od 0,1 mm do 0,6 mm.

Krhkost složenog sloja je pravo ograničenje. Debeli bijeli sloj ima tendenciju da se ljuska pod udarnim opterećenjem i teško se brusi, a površina postaje hrapava tokom dugih tretmana. Tamo gdje je komponenta izložena udarnom opterećenju, sloj smjese se obično održava tankim ili se u potpunosti uklanja nakon tretmana, zadržavajući samo zonu difuzije.

Koji se čelici mogu nitrirati?

Nitriranje zavisi od prisustva nitridnih{0}}elemenata u čeliku. Aluminijum, hrom, molibden i vanadijum su važni, a kvaliteti koji ih sadrže jako reaguju. Aluminijumski-čelici za nitriranje kao što su hrom-molibden-aluminijumski razredi obuhvaćeni GB/T 3077 su klasičan izbor, a odgovarajuće japanske specifikacije isporuke uključuju aluminij-hrom-molibden nitrirajući čelik,{9} hromirani čelik s vrućim{9} hromiranim čelikom se često nitriraju radi otpornosti na habanje.

Prije nitriranja, komponenta je normalno kaljena i temperirana, ili kaljena i kaljena, tako da jezgro ima potrebna mehanička svojstva. Budući da aluminij, krom i molibden podižu temperaturu transformacije, temperatura gašenja je viša nego kod običnog konstrukcijskog čelika, a temperatura kaljenja je također povišena, tako da jezgro ne omekša tokom dugog držanja na temperaturi nitriranja. Drugi razlog za prethodnu termičku obradu je lomljivost: produženo zagrijavanje na temperaturi nitriranja može dovesti do krtosti određenih legiranih čelika, pa se uvjet kaljenja odabire u skladu s tim.

Primjene i praktična ograničenja

Ekstruzioni vijci i cijevi za strojeve za brizganje plastike, gdje se dio za dovod i otvor zavrtnja troše na provrt cijevi

Zupčanici, pužne osovine i urezane komponente za koje je potrebna tvrda površina sa čvrstim jezgrom

Komponente kalupa i kalupa, vodilice i klinovi za izbacivanje

Obloge cilindara, osovine ventila i dijelovi pumpe, gdje je koristan površinski sloj-otporan na koroziju

Glavni nedostaci su dugo vrijeme ciklusa i rezultirajući trošak, niska efikasnost dušika iz atmosfere amonijaka, hrapava površina koja se razvija pri dugim tretmanima i teškoća naknadne obrade očvrslog sloja. Količina brušenja se stoga mora planirati prije nitriranja, a područja koja moraju ostati mekana, kao što su navoji i prečnici za lociranje, su maskirana ili zaštićena.

FAQ

P: Koja temperatura se koristi za gasno nitriranje?
Gasno nitriranje se obično izvodi između 500 i 550 stepeni Celzijusa u atmosferi amonijaka, sa trajanjem podešenim prema potrebnoj dubini kućišta.

P: Zašto nitriranje ne zahtijeva gašenje?
Stvrdnjavanje dolazi od taloženja nitrida u površinskom sloju, koji se formira tokom samog tretmana, tako da nema koraka brzog hlađenja i stoga je uključeno vrlo malo izobličenja.

P: Koja je razlika između složenog sloja i zone difuzije?
Složeni sloj je tanak, vrlo tvrd i krh površinski sloj željeznih nitrida; zona difuzije ispod nje sadrži otopljeni dušik i nitride fine legure i podržava površinski sloj.

P: Koji su čelici pogodni za nitriranje?
Čelici koji sadrže nitride{0}}elemente kao što su aluminijum, hrom, molibden i vanadij, uključujući hrom{1}}molibden- klase aluminijuma i određene čelike za vruću obradu, najbolje odgovaraju na obradu.

P: Zašto je čelik kaljen i kaljen prije nitriranja?
Da bi se jezgru dala potrebna čvrstoća i žilavost i da bi se osiguralo da ne omekša ili postane krhko tokom dugog držanja na temperaturi nitriranja.

P: Koja su glavna ograničenja plinskog nitriranja?
Duga vremena ciklusa, relativno visoka cijena, krhki površinski sloj koji se teško brusi i hrapava površina nakon dužeg tretmana.