Azotowanie odnosi się do procesu chemicznej obróbki cieplnej, podczas którego atomy azotu wnikają w powierzchnię przedmiotu obrabianego w określonym ośrodku i określonej temperaturze. Produkty azotowane mają doskonałą odporność na zużycie, odporność na zmęczenie, odporność na korozję i odporność na wysoką temperaturę.
Wprowadzenie do azotowania
Pierwiastki aluminium, chromu, wanadu i molibdenu w tradycyjnych stalach stopowych są bardzo pomocne w azotowaniu. Pierwiastki te tworzą stabilne azotki, gdy wejdą w kontakt z prymitywnymi atomami azotu w temperaturach azotowania. W szczególności molibden działa nie tylko jako pierwiastek tworzący azotki, ale także zmniejsza kruchość występującą w temperaturach azotowania. Pierwiastki innych stali stopowych, takich jak nikiel, miedź, krzem, mangan itp., nie mają dużego wpływu na właściwości azotowania. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli stal zawiera jeden lub więcej pierwiastków generujących azotek, efekt po azotowaniu jest lepszy. Wśród nich aluminium jest najsilniejszym pierwiastkiem azotkowym, a najlepsze wyniki azotowania zawierają 0.85 ~ 1,5% aluminium. W przypadku stali chromowej zawierającej chrom, jeśli jest ona wystarczająca, można również uzyskać dobre wyniki. Jednakże stal węglowa bez stopu nie nadaje się do azotowania stali, ponieważ wytworzona przez nią warstwa azotująca jest bardzo krucha i łatwa do odklejenia.
Istnieje sześć rodzajów stali do azotowania powszechnie stosowanych w następujący sposób:
(1) Stal niskostopowa zawierająca aluminium (standardowa stal do azotowania)
(2) Średniowęglowa stal niskostopowa zawierająca pierwiastek chromowy serii SAE 4100,4300,5100,6100,8600,8700,9800.
(3) Stal matrycowa do pracy na gorąco (zawierająca około 5% chromu) SAE H11 (SKD-61)H12, H13
(4) Ferrytyczna i martenzytyczna stal nierdzewna serii SAE 400
(5) Austenityczna stal nierdzewna serii SAE 300
(6) Stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo 17-4PH, 17-7pH, A-286 itp.
Standardowa stal do azotowania zawierająca aluminium może po azotowaniu uzyskać wysoką twardość i powierzchnię o wysokiej odporności na zużycie, ale jej utwardzona warstwa jest również bardzo krucha. Przeciwnie, stal niskostopowa zawierająca chrom ma niższą twardość, ale utwardzona warstwa jest stosunkowo plastyczna, a jej powierzchnia ma również znaczną odporność na zużycie i odporność na belkę. Dlatego przy doborze materiałów warto zwrócić uwagę na właściwości materiałów i w pełni wykorzystać ich zalety, aby spełnić funkcję części. Stale narzędziowe, takie jak H11(SKD61) i D2(SKD-11) charakteryzują się wysoką twardością powierzchniową i dużą wytrzymałością rdzenia.
Zwiększ odporność na zużycie, twardość powierzchni, granicę zmęczenia i odporność na korozję części stalowych.
Proces techniczny
• Oczyszczenie powierzchni części przed azotowaniem
Większość części można azotować bezpośrednio po odtłuszczeniu gazowym. Niektóre części również wymagają czyszczenia benzyną, ale jeśli końcowa metoda obróbki przed azotowaniem zostanie zastosowana do polerowania, szlifowania, polerowania itp., może to spowodować powstanie warstw powierzchniowych utrudniających azotowanie, co spowoduje nierówne warstwy azotowania lub wady zginania po azotowaniu. W tym momencie należy zastosować jedną z dwóch poniższych metod usunięcia warstwy wierzchniej. Pierwsza metoda polega na usunięciu oleju gazem przed azotowaniem. Następnie powierzchnia jest czyszczona ściernie proszkiem tlenku ściernego. Druga metoda polega na pokryciu powierzchni powłoką fosforanową.
• Usuwanie powietrza z pieca do azotowania
Obrobione części umieszcza się w piecu do azotowania i pokrywę pieca można po zgrzaniu nagrzać, jednak przed nagrzaniem do temperatury 150 stopni C należy z pieca usunąć powietrze.
Główną funkcją pieca spalinowego jest zapobieganie wybuchowi gazów powstających w wyniku rozkładu gazowego amoniaku i kontaktu z powietrzem oraz zapobieganie utlenianiu powierzchni obrabianego materiału i nośnika. Stosowanymi gazami są amoniak i azot.
Zasady usuwania powietrza z pieca są następujące:
① Po zainstalowaniu przetworzonych części pokrywa pieca zostaje uszczelniona i uruchamia się bezwodny gazowy amoniak, a natężenie przepływu jest maksymalne.
② Ustaw automatyczną kontrolę temperatury pieca grzewczego na 150 stopni i rozpocznij ogrzewanie (pamiętaj, że temperatura pieca nie może być wyższa niż 150 stopni).
③ Gdy powietrze w piecu zostanie usunięte do mniej niż 10% lub odprowadzany gaz zawiera więcej niż 90% NH3, temperatura pieca zostaje podniesiona do temperatury azotowania.
Szybkość rozkładu amoniaku
Azotowanie przeprowadza się w kontakcie z innymi pierwiastkami stopowymi i azotem pierwotnym, ale produkcja azotu pierwotnego, czyli samej stali, staje się katalizatorem, gdy amoniak styka się ze stalą grzejną i sprzyja rozkładowi amoniaku.
Chociaż azotowanie można przeprowadzić przy różnych szybkościach rozkładu amoniaku, na ogół stosuje się szybkość rozkładu od 15 do 30%, wymaganą grubość azotowania utrzymuje się przez co najmniej 4 do 10 godzin, a temperaturę obróbki utrzymuje się na poziomie około 520 stopni C .
chłodzenie
Większość przemysłowych pieców do azotowania posiada przełączniki ciepła, które szybko schładzają piec i części procesowe po zakończeniu azotowania. Oznacza to, że po zakończeniu azotowania wyłącza się zasilanie grzewcze, temperaturę pieca obniża się o około 50 stopni C, po czym podwaja się natężenie przepływu amoniaku i otwiera się wyłącznik grzejny. W tym momencie należy obserwować, czy w szklanej butelce podłączonej do rury wydechowej nie występuje przelew bąbelkowy, aby potwierdzić nadciśnienie w piecu. Po osadzeniu się amoniaku w piecu można zmniejszyć przepływ amoniaku, aż do utrzymania nadciśnienia w piecu. Gdy temperatura pieca spadnie poniżej 150 stopni C, stosuje się opisany powyżej sposób usuwania gazów z pieca, a pokrywę pieca można otworzyć po wprowadzeniu powietrza lub azotu.
NH3 → [N] Fe + 3/2 H2
Rozłożony N jest dyfundowany na powierzchnię stali, tworząc. Azotowanie gazowe fazowe Fe2-3N, ogólna wada: cienka warstwa utwardzająca i długi czas azotowania.
Azotowanie gazowe w wyniku rozkładu NH3 w celu uzyskania wydajności azotowania jest niskie, dlatego ogólnie rzecz biorąc, ustalony jest stały wybór stali nadających się do azotowania, takich jak Al, Cr, Mo i inne pierwiastki azotujące, w przeciwnym razie azotowanie nie może zostać przeprowadzone przy użyciu JIS, SACM1 nowe JIS, SACM645 i SKD61 do wzmacniania i ulepszania obróbki, znane również jako odpuszczanie Al, Cr, SKD61. Mo i inne pierwiastki zwiększają temperaturę punktu przemiany, więc temperatura hartowania jest wysoka, a temperatura odpuszczania jest wyższa niż w przypadku zwykłej konstrukcyjnej stali stopowej, która jest krucha odpuszczana pomiędzy temperaturą azotowania przez długi czas, więc odpuszczanie i Z góry stosuje się obróbkę hartującą. Azotowanie gazowe NH3, ponieważ powierzchnia jest przez długi czas szorstka, twarda i krucha, nie jest łatwa do szlifowania, a długi czas jest nieekonomiczny, stosuje się do azotowania rury zasilającej i ślimaka wtryskarki tworzyw sztucznych.
Azotowanie ciekłe
Główną różnicą w ciekłym azotowaniu miękkim jest to, że w warstwie azotującej znajduje się faza Fe3Nε, faza Fe4Nr istnieje i nie zawiera azotku fazy Fe2Nξ, a związki fazy ξ to twarde i kruche azotki, które mają słabą wytrzymałość podczas azotowania. Metoda ciekłego azotowania miękkiego polega na obróbce przedmiotu, najpierw usunięciu rdzy, odtłuszczeniu, podgrzaniu, a następnie umieszczeniu go w tyglu do azotowania, który jest głównym środkiem solnym TF-1. Ogrzewa się go do 560 ~ 600 stopni przez kilka minut do kilku godzin, w zależności od zewnętrznego obciążenia przedmiotu obrabianego i określa głębokość warstwy azotowania, podczas obróbki należy wprowadzić rurkę powietrzną do dolnej części tygiel rozkładający się na CN lub CNO z pewną ilością soli azotującej powietrze, przenikającej i dyfundującej do powierzchni roboczej. Najbardziej zewnętrznym związkiem na powierzchni przedmiotu obrabianego jest 8 ~ 9% wag. N i niewielka ilość C oraz warstwa dyfuzyjna, atomy azotu dyfundują do podstawy -Fe, aby uczynić stal bardziej odporną na zmęczenie podczas okresu azotowania w wyniku rozkładu zużycia CNO, dlatego stale bada się w ciągu 6 do 8 godzin skład soli, aby dostosować ilość powietrza lub dodać nową sól.
Materiałem stosowanym do ciekłego azotowania miękkiego jest żelazo metaliczne, a twardość powierzchni po azotowaniu jest wyższa w przypadku pierwiastków Al, Cr, Mo i Ti, a im większa zawartość złota, tym płytsza głębokość azotowania, np. stal węglowa Hv 350 ~ 650, stal nierdzewna Hv 1000 ~ 1200, stal do azotowania Hv 800 ~ 1100.
Ciekłe azotowanie miękkie nadaje się do odpornych na zużycie i zmęczenie części samochodowych, maszyn do szycia, kamer itp., takich jak obróbka tulei cylindrowych, obróbka zaworów, obróbka cylindrów tłokowych i pleśń, które nie są łatwe do odkształcenia.
Azotowanie jonowe
Metoda ta polega na umieszczeniu przedmiotu obrabianego w piecu do azotowania, uprzednim pompowaniu w piecu próżni do {{0}} ~ 10-3 Torr(㎜Hg), a następnie wprowadzeniu gazowego N2 lub N{ {3}} mieszaniny H2, ustaw piec na 1-10 Torr, podłącz korpus pieca do anody, przedmiot obrabiany do katody i przepuść napięcie prądu stałego o setkach woltów pomiędzy dwoma biegunami. W tym czasie gaz N2 w piecu spowoduje doskonałe wyładowanie na jony dodatnie, przemieszczając się na powierzchnię roboczą, a napięcie na katodzie w jednej chwili gwałtownie spadnie, tak że jony dodatnie będą spieszyć się na powierzchnię katody z dużą prędkością prędkość, przekształcając energię kinetyczną w energię gazu, powodując wzrost temperatury powierzchni przedmiotu obrabianego, a powierzchnia przedmiotu obrabianego będzie odtwarzać Fe.CO po uderzeniu jonów azotu. Takie pierwiastki rozpryskują się i łączą z jonami azotu w FeN, w ten sposób azotek żelaza jest stopniowo adsorbowany na przedmiocie obrabianym i powoduje azotowanie, azotowanie jonowe polega w zasadzie na zastosowaniu azotu, ale jeśli można zastosować dodatek gazowego węglika wodoru do obróbki miękkiego azotowania jonowego , ale ogólnie określane jako azotowanie jonowe. Stężenie azotu na powierzchni przedmiotu obrabianego można regulować poprzez zmianę stosunku ciśnień cząstkowych mieszanego gazu (N2 + H2) wypełniającego piec. Podczas procesu czystego azotowania jonowego jednofazowa tkanka r'(Fe4N) zawierająca zawartość N wynosi 5,7 ~ 6,1% wag. na powierzchni roboczej, a grubość warstwy jest mniejsza niż 10μm. Warstwa związku jest mocna, ale nie porowata i niełatwo spaść. Ponieważ azotek żelaza jest w sposób ciągły adsorbowany przez przedmiot obrabiany i dyfundowany do wnętrza, struktura od powierzchni do wnętrza to FeN → Fe2N → Fe3N → Fe4N, jednofazowa zawartość ε(Fe3N) N w 5,7 ~ 11,0% wag., jednofazowa zawartość ξ(Fe2N) N w 11,0 ~ 11,35% wag. Kiedy azotowanie jonowe najpierw generuje fazę r, a następnie dodaje się serię węglika wodoru, staje się ona warstwą związku w fazie ε i warstwą dyfuzyjną, ponieważ zwiększenie warstwy dyfuzyjnej bardzo pomaga w zwiększeniu wytrzymałości zmęczeniowej. Faza ε jest najlepsza.
