Prednosti in slabosti vakuumske peči za nitriranje in navadne peči za nitriranje

1, Metode za doseganje nitriranja
1. Plinsko nitriranje
Plinsko nitriranje vključuje namestitev obdelovanca v zaprt prostor, uvedbo plina amoniaka in njegovo segrevanje na 500-580 stopinj za nekaj ur do več deset ur. Reakcija razgradnje plinastega amoniaka nad 400 stopinj bo potekala na naslednji način: 2NH3 - → 3H2 plus 2 [N], kar ima za posledico veliko število aktivnih atomov dušika v peči. Aktivne atome dušika [N] absorbira jeklena površina in razpršijo v notranjost ter tvorijo plast nitrida.
Temperatura nitriranja za izboljšanje trdote in odpornosti proti obrabi je običajno 500 do 520 stopinj. Zadrževalni čas je odvisen od zahtevane debeline nitriranega sloja in se običajno izračuna na 0,01 mm/h. Zato je čas, potreben za pridobitev debeline 0.25-0.65 mm približno 20-60h. Zvišanje temperature nitriranja lahko pospeši postopek nitriranja, vendar bo povzročilo kopičenje in grobost nitrida, s čimer se bo zmanjšala trdota površinske plasti dela.
Za nitriranje za izboljšanje trdote in odpornosti proti obrabi je treba med nitriranjem uporabiti legirana jekla, ki vsebujejo elemente, kot so Mo, A in V, kot so 38CrMoAlA, 38CrMoAA itd. Po nitriranju ta jekla vsebujejo različne legirane nitride v nitrirani plasti, kot so AlN, CrN, MoN, VN itd. Ti nitridi imajo visoko trdoto in stabilnost ter so enakomerno razpršeni v jeklu, zaradi česar ima nitrirana plast jekla visoka trdota in odpornost proti obrabi. Cr lahko tudi izboljša kaljivost jekla, tako da lahko veliki deli pridobijo enotne mehanske lastnosti med kaljenjem in popuščanjem pred nitriranjem. Mo lahko tudi prečisti zrna in zmanjša drugo vrsto krhkosti jekla. Če se navadno ogljikovo jeklo uporablja za tvorbo čistega železovega nitrida v nitrirani plasti, se pri segrevanju na višjo temperaturo zlahka razgradi, združi in postane grobo ter ne more doseči visoke trdote in visoke odpornosti proti obrabi.
Temperatura nitriranja, odporna proti koroziji, je na splošno med 600 in 700 stopinjami, stopnja razgradnje je približno v območju od 40 do 70 odstotkov, čas zadrževanja se giblje od 15 minut do 4 ure, globina pa na splošno ne presega 0,05 m. Za korozijsko odporna jekla za nitriranje je mogoče uporabiti kateri koli razred jekla in doseči dobre rezultate.
2. Ionsko nitriranje
Ionsko nitriranje, znano tudi kot žareče nitriranje, je postopek toplotne obdelave, ki ima prednosti kratkih proizvodnih ciklov, visoke površinske trdote delov in zmožnost nadzora krhkosti nitrirane plasti. Zato je v zadnjih letih domači razvoj hiter in obseg uporabe zelo širok.
Osnovni princip nitriranja žarečih ionov:
Žareče ionsko nitriranje je postopek postavitve delov v vakuumsko komoro za ionsko nitriranje. Nitrirani deli so povezani s katodo (negativno elektrodo) visokonapetostnega enosmernega napajalnika, plašč peči pa je povezan z anodo (pozitivno elektrodo) visokonapetostnega enosmernega napajalnika. Ko se amoniak napolni v vakuumsko posodo, vendar tlak v posodi ostane med 200-1000PA. Ko med katodo in anodo deluje enosmerna napetost 800-1000V, se plin amoniak ionizira. Po ionizaciji proizvodnja pozitivno nabitih dušikovih kationov [N plus ] in negativno nabitih anionov [N -] tvori območje plazme. V plazemski coni pozitivni ioni dušika hitro hitijo proti katodi pod pospeševanjem visokonapetostnega električnega polja, bombardirajo površino delov, ki jih je treba nitrirati, in pretvarjajo kinetično energijo v toplotno energijo. Poleg tega, ko se dušikovi ioni pretvorijo v dušikove atome, oddajajo veliko količino toplotne energije in oddajajo svetlo vijolično svetlobo. Poleg tega ob padcu napetosti v bližini obdelovanca proizvajajo tudi toploto, ki segreje dele na zahtevano temperaturo nitriranja.
Pri tej temperaturi dušikovi ioni kemično reagirajo s kovinsko površino dela, atomi dušika pa prodrejo v površino dela in difundirajo v notranjost ter tvorijo plast nitrida.
Značilnosti žarečega nitriranja:
(1) Hitrost površinskega segrevanja je visoka, kar lahko skrajša čas ogrevanja in hlajenja na 1/10 do 1/12. Poleg tega so ostali deli v nizkotemperaturnem stanju (približno 100 stopinj), razen pri ogrevanju površin za obdelavo, ki ne le prihrani moč ogrevanja, ampak tudi zmanjša deformacijo delov.
(2) Postopek difuzije je hiter. Pod delovanjem visokonapetostnega električnega polja, ker je hitrost gibanja atomov nitriranja mnogokrat večja od hitrosti plinskega nitriranja, je hitrost infiltracije večja in na splošno traja le 3-10 ur.
(3) Nitrirana plast ima dobro žilavost, visoko odpornost proti utrujenosti in visoko odpornost proti obrabi, nitrirana plast pa je krhka in bela ε Faza (Fe2N) je nadzorovana v območju od 0 do 0. 2 mm, s čimer se odpravi postopek brušenja nitriranih delov.
Površinska trdota je tako visoka kot HV900 (HRC64), globino plasti nitriranja pa je mogoče nadzorovati med 0.09-0.87 mm.
3. Tekoča nitridacija
Tekoče nitriranje je razmeroma nov postopek kemične toplotne obdelave s temperaturo, ki ne presega 570 stopinj, in kratkim časom obdelave le 1-3 ur; In ne uporabljajte posebnega jekla. Test je pokazal, da je protiobrabna sposobnost 40Cr po obdelavi s tekočim nitriranjem za 50 odstotkov višja kot po splošnem kaljenju in popuščanju; Odpornost proti obrabi litega železa po obdelavi s tekočim nitriranjem se še izboljša. Ne le to, praksa je dokazala, da so deli, obdelani s tekočim nitriranjem, v različnih stopnjah izboljšali svojo odpornost proti utrujenosti in odpornost proti koroziji; Po obdelavi s tekočim nitriranjem se lahko življenjska doba rezalnih orodij za hitrorezno jeklo na splošno poveča za 20-200 odstotkov; Po obdelavi s tekočim nitriranjem se lahko življenjska doba kalupa za tlačno litje 3Cr2W8V poveča za 3-5-krat. Površinski sloj s tekočim nitridom je trd, a ne krhek in ima določeno žilavost, ki ni nagnjena k luščenju.
Vendar ima tekoče nitriranje tudi slabosti: na primer, debelina sloja spojine nitridnega železa v njegovi nitrirani površinski plasti je relativno tanka, le 0.01-0.02 mm. Cianidne soli se običajno uporabljajo kot surovine za tekoče nitriranje v tujini, medtem ko so bile nestrupene surovine uporabljene za tekoče nitriranje na Kitajskem. Formula za netoksično tekoče nitriranje na Kitajskem je: sečnina 40 odstotkov, natrijev karbonat 30 odstotkov, kalijev klorid 20 odstotkov in kalijev hidroksid 10 odstotkov (tališče mešane soli je približno 340 stopinj). Čeprav ima tekoče nitriranje veliko prednosti, zaradi toksičnosti reakcij raztapljanja soli vpliva na zdravje operaterjev, odpadne soli pa ni lahko obdelati. Posledično je uporaba vedno bolj omejena.
Analiza stroškov različnih metod nitriranja
1. Plinska nitrirna peč ima kompleksno strukturo, nekoliko višjo ceno in je nekoliko težavna za upravljanje. Vendar pa je kakovost nitriranja dobra in lahko doseže globoko naogljičeno plast in visoko trdoto, vendar zahteva dolgo časa in tudi količina uporabljenega amoniaka je visoka
2. Zahteve proizvodnega in proizvodnega procesa peči za ionsko nitriranje so zelo visoke, uporabljeni materiali so prav tako zelo izvrstni, vsebnost tehnologije električnega krmiljenja pa je zelo visoka