Nitrierbehandlung
Nitrierte Zahnräder
Die Nitrierbehandlung bezeichnet einen chemischen Wärmebehandlungsprozess, bei dem Stickstoffatome in einem bestimmten Medium bei einer bestimmten Temperatur in die Oberfläche des Werkstücks eindringen. Nitrierte Produkte haben eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit.
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Einführung in die Nitrierbehandlung
Die Elemente Aluminium, Chrom, Vanadium und Molybdän in traditionellen legierten Stahlmaterialien sind sehr hilfreich für das Nitrieren. Wenn diese Elemente bei der Nitriertemperatur mit den entstehenden Stickstoffatomen in Kontakt kommen, werden stabile Nitride gebildet.
Insbesondere wirkt das Element Molybdän nicht nur als Element zur Erzeugung von Nitriden, sondern auch als Verringerung der bei der Nitriertemperatur auftretenden Sprödigkeit. Die Elemente in anderen legierten Stählen wie Nickel, Kupfer, Silizium, Mangan usw. tragen nicht viel zu den Nitriereigenschaften bei.
Wenn der Stahl ein oder mehrere nitridbildende Elemente enthält, ist die Wirkung nach dem Nitrieren im Allgemeinen relativ gut. Darunter ist Aluminium das stärkste Nitridelement, und das Nitrieren mit 0,85 bis 1,5 % Aluminium liefert die besten Ergebnisse.
Bei chromhaltigem Chromstahl können bei ausreichendem Gehalt ebenfalls gute Ergebnisse erzielt werden. Aber es gibt keine kohlenstoffhaltige Legierung, da die nitrierte Schicht sehr spröde ist und sich leicht ablösen lässt, sodass sie nicht zum Nitrieren von Stahl geeignet ist.
Es gibt sechs häufig verwendete Nitrierstähle wie folgt:
(1) Aluminiumhaltiger niedriglegierter Stahl (standardmäßig nitrierter Stahl)
(2) Serien SAE 4100, 4300, 5100, 6100, 8600, 8700, 9800 aus niedrig legiertem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und Chrom.
(3) Warmarbeitsstahl (mit ca. 5 % Chrom) SAE H11 (SKD-61) H12, H13
(4) Ferritischer und martensitischer Edelstahl der Serie SAE 400
(5) Austenitischer Edelstahl der Serie SAE 300
(6) Ausscheidungshärtender Edelstahl 17-4PH, 17-7PH, A-286 usw.
Aluminiumhaltiger nitrierter Standardstahl kann nach dem Nitrieren eine Oberflächenschicht mit hoher Härte und hoher Verschleißfestigkeit erhalten, aber die gehärtete Schicht ist auch sehr spröde. Im Gegensatz dazu hat chromhaltiger niedriglegierter Stahl eine geringere Härte, aber die gehärtete Schicht ist zäher und seine Oberfläche hat auch eine beträchtliche Verschleißfestigkeit und Strahlfestigkeit. Daher sollten Sie bei der Materialauswahl auf die Eigenschaften der Materialien achten und deren Vorteile voll ausschöpfen, um die Funktionen der Teile zu erfüllen. Werkzeugstähle wie H11 (SKD61) D2 (SKD-11) haben eine hohe Oberflächenhärte und eine hohe Kernfestigkeit.
Wirkung
Erhöhen Sie die Verschleißfestigkeit, Oberflächenhärte, Ermüdungsgrenze und Korrosionsbeständigkeit von Stahlteilen.
Technischer Prozess
Oberflächenreinigung von Teilen vor dem Nitrieren
Die meisten Teile können direkt nach dem Entfetten durch Gasentfettung nitriert werden. Einige Teile müssen auch mit Benzin gereinigt werden, aber wenn das letzte Verarbeitungsverfahren vor dem Nitrieren Polieren, Schleifen, Polieren usw. verwendet, kann es eine Oberflächenschicht erzeugen, die das Nitrieren behindert, was zu einem ungleichmäßigen oder ungleichmäßigen Nitrieren nach dem Nitrieren führt.
Defekte wie Verbiegung traten auf. Zu diesem Zeitpunkt sollte eine der beiden folgenden Methoden verwendet werden, um die Oberflächenschicht zu entfernen. Das erste Verfahren verwendet zunächst Gas, um Öl vor dem Nitrieren zu entfernen. Anschließend die Oberfläche mit Tonerdepulver sandstrahlen (abrasive Reinigung). Die zweite Methode besteht darin, eine Phosphatbeschichtung auf die Oberfläche aufzubringen.
Abluft Nitrierofen
Legen Sie die bearbeiteten Teile in den Nitrierofen und verschließen Sie die Ofenabdeckung zum Aufheizen, aber vor dem Aufheizen auf 150 Grad muss der Ofen erschöpft sein. Die Hauptfunktion des Ofens besteht darin, zu verhindern, dass explosives Gas mit Luft in Kontakt kommt, wenn Ammoniak zersetzt wird, und eine Oxidation der Oberfläche des verarbeiteten Objekts und des Trägers zu verhindern.
Das verwendete Gas ist Ammoniak und Stickstoff. Die wesentlichen Dinge zum Entfernen der Luft aus dem Ofen sind wie folgt:
①Nachdem die zu verarbeitenden Teile installiert sind, wird die Ofenabdeckung versiegelt und wasserfreies Ammoniakgas gestartet, und die Durchflussrate ist so hoch wie möglich.
②Stellen Sie die automatische Temperaturregelung des Heizofens auf 150 Grad ein und beginnen Sie mit dem Heizen (beachten Sie, dass die Ofentemperatur nicht höher als 150 Grad sein darf).
③Wenn die Luft im Ofen auf weniger als 10 Prozent entfernt wird oder das Abgas mehr als 90 Prozent NH3 enthält, wird die Ofentemperatur auf die Nitriertemperatur erhöht.
Ammoniak-Zersetzungsrate
Das Nitrieren wird durchgeführt, indem andere Legierungselemente mit naszierendem Stickstoff in Kontakt gebracht werden, aber die Produktion von naszierendem Stickstoff besteht darin, dass der Stahl selbst zu einem Katalysator wird, wenn Ammoniakgas mit dem erhitzten Stahl in Kontakt kommt, um die Zersetzung von Ammoniak zu fördern.
Obwohl das Nitrieren unter Ammoniak mit verschiedenen Zersetzungsraten durchgeführt werden kann, beträgt die Zersetzungsrate im Allgemeinen 15-30 Prozent, und die zum Nitrieren erforderliche Dicke wird für mindestens 4-10 Stunden aufrechterhalten, und die Behandlungstemperatur wird bei etwa gehalten 520 Grad.
Abkühlen
Die meisten industriellen Nitrieröfen verfügen über Wärmetauscher, um den Heizofen und die bearbeiteten Teile nach Abschluss der Nitrierarbeiten schnell abzukühlen. Das heißt, nachdem das Nitrieren abgeschlossen ist, wird die Heizleistung abgeschaltet, um die Ofentemperatur um etwa 50 Grad zu senken, und dann wird die Ammoniakströmungsrate verdoppelt und der Wärmetauscher gestartet.
Achten Sie zu diesem Zeitpunkt darauf, zu beobachten, ob Blasen in der mit dem Abgasrohr verbundenen Glasflasche überlaufen, um den Überdruck im Ofen zu bestätigen. Nachdem das in den Ofen eingeführte Ammoniakgas stabil geworden ist, kann die Strömungsrate von Ammoniak verringert werden, bis der Überdruck im Ofen aufrechterhalten wird.
Wenn die Ofentemperatur unter 150 Grad fällt, kann die Ofenabdeckung geöffnet werden, nachdem Luft oder Stickstoff unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens zum Entfernen des Gases aus dem Ofen eingeführt wurden.
Gasnitrieren
Das Gasnitrieren wurde 1923 von German AF ry veröffentlicht. Das Werkstück wurde in einen Ofen gestellt, und NH3-Gas wurde direkt in den Nitrierofen bei 500-550 Grad eingespeist und 20-100 Stunden lang gehalten, um das NH3-Gas zu zersetzen in einen atomaren Zustand.
Die Nitrierbehandlung mit (N)-Gas und (H)-Gas ist der Hauptzweck, um eine verschleißfeste und korrosionsbeständige Verbindungsschicht auf der Oberfläche des Stahls zu erzeugen. Seine Dicke beträgt etwa 0,02-0,02 m/m, und seine Natur ist extrem hart (Hv 1000 ~ 1200) und extrem spröde. Die Zersetzungsgeschwindigkeit von NH3 variiert je nach Durchfluss und Temperatur.
Je größer die Strömungsgeschwindigkeit, desto niedriger die Zersetzungsgeschwindigkeit, je kleiner die Strömungsgeschwindigkeit, desto höher die Zersetzungsgeschwindigkeit, und je höher die Temperatur, desto höher die Zersetzungsgeschwindigkeit. Je niedriger die Temperatur, desto niedriger die Zersetzungsgeschwindigkeit. NH3-Gas wird bei 570 Grad wie folgt thermisch zersetzt:
NH3 →〔N〕Fe plus 3/2 H2
Das zersetzte N diffundiert dann in die Oberfläche des Stahls, um sich zu bilden. Phase Fe2-3N-Gasnitrieren, der allgemeine Nachteil ist, dass die gehärtete Schicht dünn und die Nitrierzeit lang ist.
Das Gasnitrieren hat aufgrund der Zersetzung von NH3 zum Nitrieren eine geringe Effizienz, daher ist es im Allgemeinen darauf festgelegt, Stähle auszuwählen, die zum Nitrieren geeignet sind, wie z. B. Al, Cr, Mo und andere Nitrierelemente enthalten, andernfalls ist Nitrieren nicht möglich.
Im Allgemeinen werden JIS und SACM1 verwendet. Die neuen JIS, SACM645 und SKD61 werden auch als Abschrecken und Anlassen mit Verstärkungs- und Zähigkeitsbehandlung bezeichnet. Da Al, Cr, Mo usw. alle Elemente sind, die die Umwandlungspunkttemperatur erhöhen, ist die Abschrecktemperatur höher und die Anlasstemperatur ist auch höher als die von gewöhnlichen legierten Baustählen. Die Anlassversprödung tritt während des Langzeiterhitzens auf die Nitriertemperatur auf, daher wird die Abschreck- und Anlassbehandlung im Voraus angewendet.
NH3-Gasnitrieren, da die Oberfläche aufgrund der langen Zeit rau, hart und spröde ist, nicht leicht zu schleifen ist und die lange Zeit nicht wirtschaftlich ist. Es wird zum Nitrieren des Zuführrohrs und der Schneckenstange der Kunststoffspritzgussmaschine verwendet.
Flüssignitrieren
Der Hauptunterschied des flüssigen Nitrocarburierens besteht darin, dass in der nitrierten Schicht eine Fe3Nε-Phase, eine Fe4Nr-Phase, aber kein Fe2Nξ-Phasennitrid vorhanden ist. Die ξ-Phasenverbindung ist hart und spröde im Nitrierprozess, der eine geringe Zähigkeit aufweist, und flüssiges Nitrocarburieren. Das Verfahren besteht darin, Rost zu entfernen, zu entfetten, das Werkstück vorzuwärmen und es in einen Nitriertiegel zu legen.
Der Tiegel besteht aus TF-1 als Hauptsalz und wird einige Minuten bis mehrere Stunden auf 560-600 Grad erhitzt. , Die Tiefe der Nitrierschicht richtet sich nach der Größe der äußeren Belastung des Werkstücks. Während der Verarbeitung muss am Boden des Tiegels ein Luftrohr eingeführt werden, um eine bestimmte Menge Luftnitriermittel in CN oder CNO zu zersetzen, das in die Arbeitsfläche eindringt und diffundiert, sodass die äußerste Verbindung der Oberfläche des Werkstücks entsteht ist 8-9 Gewichtsprozent N und eine kleine Menge C und die Diffusionsschicht.
Stickstoffatome diffundieren in die -Fe-Basis, um den Stahl ermüdungsbeständiger zu machen. Während der Nitrierperiode ist es aufgrund der Zersetzung und des Verbrauchs von CNO daher erforderlich, die Zusammensetzung des Salzes in 6-8 Behandlungsstunden kontinuierlich zu testen, um die Luftmenge anzupassen oder neues Salz hinzuzufügen.
Das für die flüssige Weichnitrierbehandlung verwendete Material ist Eisenmetall. Die Oberflächenhärte nach dem Nitrieren ist höher, wenn die Oberflächenhärte Al, Cr, Mo, Ti enthält, und je mehr Goldgehalt, desto geringer die Nitriertiefe, z. B. Kohlenstoffstahl Hv 350 -650, Edelstahl Hv {{1} }, nitrierter Stahl Hv 800-1100.
Das flüssige Nitrocarburieren eignet sich für verschleißfeste und ermüdungsfeste Automobilteile, Nähmaschinen, Kameras usw., wie z. B. Zylinderlaufbuchsenbearbeitung, Ventilbearbeitung, Kolbenrohrbearbeitung und nicht verformbare Formen. Zu den Ländern, die flüssiges Nitrocarburieren verwenden, gehören westeuropäische Länder, die Vereinigten Staaten, die Sowjetunion und Japan.
Ionennitrieren
Dieses Verfahren besteht darin, ein Werkstück in einen Nitrierofen zu legen, den Ofen im Voraus auf 10-2-10-3 Torr (㎜Hg) zu evakuieren, dann N2-Gas oder N2 plus H2-Mischgas einzuleiten und den Ofen so einzustellen, dass er {{4} erreicht. } Torr, verbinden Sie den Ofenkörper mit der Anode, das Werkstück mit der Kathode und legen Sie Hunderte von Volt Gleichspannung zwischen den beiden Polen an.
Zu diesem Zeitpunkt wird das N2-Gas im Ofen hell in positive Ionen entladen und bewegt sich zur Arbeitsfläche. Die Spannung fällt stark ab, wodurch die positiven Ionen mit hoher Geschwindigkeit an die Oberfläche der Kathode strömen und kinetische Energie in Gasenergie umwandeln, so dass die Oberflächentemperatur des Werkstücks aufgrund des Aufpralls von Stickstoffionen auf die Oberfläche ansteigen kann des Werkstücks wird mit Fe.CO und anderen Elementen bespritzt, um sich mit Stickstoffionen zu verbinden. Als Ergebnis wird FeN allmählich auf dem Werkstück adsorbiert, um eine Nitrierung zu bewirken.
Beim Ionennitrieren wird im Wesentlichen Stickstoff verwendet, aber wenn Kohlenwasserstoffgas hinzugefügt wird, kann es für das Ionenweichnitrieren verwendet werden, aber es wird allgemein als Ionenstickstoff-Chemikalienbehandlung bezeichnet. Die Stickstoffkonzentration auf der Oberfläche des Werkstücks kann durch Ändern des Partialdruckverhältnisses eingestellt werden des in den Ofen eingefüllten Mischgases (N2 plus H2).
Beim reinen Ionennitrieren enthält eine einphasige r′ (Fe4N)-Struktur auf der Arbeitsfläche einen N-Gehalt. Bei 5,7 bis 6,1 Gew.-% liegt die Dicke der Schicht innerhalb von 10μm. Die Verbundschicht ist stark und nicht porös und fällt nicht leicht ab. Da das Eisennitrid ständig vom Werkstück absorbiert wird und ins Innere diffundiert, ändert sich das Gefüge von der Oberfläche zum Inneren FeN → Fe2N → Fe3N→ Fe4N in der Reihenfolge, das einphasige ε (Fe3N) enthält 5.{{13 }},0 Gewichtsprozent N und das einphasige ξ (Fe2N) enthält 11,0-11,35 Gewichtsprozent.
Das Ionennitrieren erzeugt zuerst die r-Phase und fügt dann hinzu. Im Fall von Wasserstoffkarbid, der Verbindungsschicht und der Diffusionsschicht, die in die Epsilon-Phase übergehen, trägt die Zunahme der Diffusionsschicht viel zur Erhöhung der Dauerfestigkeit bei. Die Erodierbarkeit ist am besten in der ε-Phase.
Der Grad der Ionennitrierbehandlung kann bei 350 Grad beginnen. Die Behandlungszeit kann unter Berücksichtigung des Materials und der damit verbundenen mechanischen Eigenschaften mehrere Minuten oder sogar eine lange Zeit betragen. Dieses Verfahren ist das gleiche wie die vorherige Nitrierbehandlung unter Verwendung des thermischen Zersetzungsverfahrens. Die Methode ist anders. Da bei diesem Verfahren eine hohe Ionenenergie verwendet wird, können auch Materialien wie Edelstahl, Titan, Kobalt usw., die in der Vergangenheit als schwierig zu behandeln galten, problemlos mit einer hervorragenden Oberflächenhärtung behandelt werden.
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