Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Azotowanie stali jest stosunkowo nową technologią rozproszonego nasycania warstwy powierzchniowej azotem. Jego autorem był akademik N. P. Chizhevsky, który zaproponował zastosowanie unikalnej techniki znaczącej poprawy właściwości roboczych i parametrów wyrobów stalowych. Do lat 20. ubiegłego wieku metoda ta nie była stosowana na skalę przemysłową.

Zasada procesu

Jeśli porównamy azotowanie z tradycyjnym cementowaniem, pierwsza opcja oferuje wiele istotnych korzyści, które nie są typowe dla innych technologii. Z tego powodu jest nadal uważany za najlepszy i najbardziej wydajny sposób przetwarzania konstrukcji stalowych w celu uzyskania wskaźników maksymalnej wytrzymałości bez stosowania dodatkowej obróbki cieplnej. Zaletą tej techniki jest zachowanie wcześniejszych wymiarów przedmiotu obrabianego, co pozwala na zastosowanie go już do gotowych produktów, które zostały poddane hartowaniu termicznemu z wysokim odpuszczaniem i szlifowaniem do ostatecznego kształtu. Pomyślne zakończenie azotowania pozwala na końcowe polerowanie i inne zabiegi.

Proces odbywa się pod wpływem amoniaku, który jest podgrzewany do określonych temperatur. W rezultacie materiał jest nasycony azotem i uzyskuje masę unikalnych właściwości, w tym:

  • poprawiona odporność na zużycie części metalowych, co jest zapewnione przez zwiększenie wskaźnika twardości ich warstwy powierzchniowej;
  • wyższa wytrzymałość lub wytrzymałość zmęczeniowa przedmiotu obrabianego;
  • nabycie odpornej ochrony antykorozyjnej, która pozostaje taka sama nawet pod wpływem wody, powietrza i środowiska gaz-powietrze.

Części poddane obróbce azotem są znacznie lepsze niż podobne produkty ulegające cementacji. Wiadomo, że po drugiej procedurze warstwa zachowuje stabilną twardość tylko w warunkach, w których wskaźniki temperatury nie przekraczają 225 stopni. W przypadku azotu maksymalny próg osiąga 550–600 stopni. Wynika to z rozwoju warstwy powierzchniowej, która jest kilka razy silniejsza niż tradycyjne utwardzanie i cementowanie.

Obróbka stali azotem

Procedura jest wykonywana w hermetycznie zamkniętym środowisku żelaza podgrzanego do 500–600 stopni Celsjusza, które jest zainstalowane w piecu. Dokładna temperatura mufli (zamknięta retorta) jest określona przez tryb i oczekiwany wynik. To samo dotyczy czasu procedury. Pojemnik zawiera elementy ze stali, które zostaną nasycone azotem.

W procesie wykonywania działania amoniak jest dostarczany do retorty z cylindra, który charakteryzuje się zdolnością dysocjacji (rozkładu) pod wpływem określonej temperatury. Mechanizm azotowania można opisać następującym wzorem: 2 NH3 → 6H + 2N.

W wyniku tego powstaje warstwa azotków na powierzchni wyrobów żelaznych, które charakteryzują się specjalną twardością. Po zakończeniu procedury piec jest chłodzony strumieniem amoniaku. Takie działania mogą naprawić wpływ na twardość warstwy i zapobiec utlenianiu powierzchni.

Grubość warstwy azotku osiąga 0, 3-0, 6 mm. W rezultacie po prostu tracona jest potrzeba obróbki cieplnej w celu poprawy wytrzymałości. Tworzenie warstwy azotowej przeprowadza się według złożonego schematu, jednak dzięki długoterminowym badaniom metalurgowie zbadali ją w możliwie najdokładniejszy sposób. W stopie występują następujące fazy:

  • Stały roztwór Fe3N o zawartości azotu 8, 0–11, 2%;
  • Roztwór stały Fe4N o zawartości azotu 5, 7–6, 1%;
  • Roztwór N w dławicy α.

Jeśli możliwe jest doprowadzenie procesu do temperatury 591 stopni Celsjusza, pozwala to zauważyć inną fazę α. Po osiągnięciu granicy nasycenia następuje kolejna faza. Rozkład eutektoidalny wytwarza 2, 35% azotu.

Jakie czynniki wpływają na azotowanie

Następujące czynniki mają kluczowy wpływ na procedurę:

  • warunki temperaturowe;
  • ciśnienie gazu;
  • długotrwałe azotowanie.

Wynik końcowy można określić na podstawie stopnia rozkładu substancji czynnej, który waha się w zakresie 15–45%. Ponadto ważne jest, aby wziąć pod uwagę jedną cechę: im wyższe odczyty temperatury, tym gorsza charakterystyka wytrzymałościowa warstwy azotu, ale wyższa szybkość dyfuzji. Twardość wynika z koagulacji azotków.

Aby „wycisnąć” maksymalne pozytywne właściwości z procedury i skrócić czas przetwarzania, niektórzy metalurgowie wykonują dwustopniowy tryb pracy . W początkowej fazie kęs stalowy wzbogacany jest azotem pod wpływem temperatury 525 stopni. To wystarcza, aby wzbogacić górne warstwy i zwiększyć twardość.

Następny etap obejmuje zastosowanie wyższego reżimu temperaturowego od 600 do 620 stopni Celsjusza. W tym przypadku głębokość uzyskanej warstwy osiąga określone wartości, a cały proces jest przyspieszany prawie dwukrotnie. Wskaźniki twardości pozostają jednak takie same jak w przypadku przetwarzania jednostopniowego.

Odmiany obrabianej stali

Nowoczesna metalurgia wykorzystuje technologię azotowania do obróbki stali węglowych i stopowych, gdzie udział węgla wynosi 0, 3–0, 5% . Wysoki sukces procedury można zaobserwować wybierając metale stopowe zdolne do tworzenia azotków o wysokiej odporności na ciepło i twardości. Na przykład, szczególna skuteczność procesu jest typowa dla tych struktur, które zawierają aluminium, molibden, chrom i inne podobne surowce. Takie kęsy stalowe nazywane są nitrallos.

Molibden jest w stanie zapobiec kruchości temperamentu, co jest spowodowane powolnym chłodzeniem stali po pomyślnym zakończeniu przetwarzania. W rezultacie materiał uzyskuje następujące cechy:

  • Twardość stali węglowej - HV 200-250;
  • Stop - HV 600−800;
  • Nitralloy do HV 1200, a nawet wyższy;

Polecane marki

Wybór konkretnych gatunków stali zależy od zakresu działania elementu metalowego. Większość metalurgów rozróżnia następujące kryteria:

  • Jeśli potrzebujesz uzyskać części o dużej twardości powierzchni, wybierz markę 38Х2МЮА. Ma wysoką zawartość aluminium, co powoduje niską odporność produktu na odkształcenia. Jeśli aluminium nie występuje w stali, ma to negatywny wpływ na twardość i odporność na zużycie, chociaż rozszerza zakres zastosowania i umożliwia odtworzenie najbardziej złożonych konstrukcji i detali;
  • W konstrukcji obrabiarek stosuje się ulepszone gatunki stali stopowej 40X, 40HFA;
  • Jeśli mówimy o produkcji części o wysokim ryzyku cyklicznych obciążeń zginających, należy stosować produkty pod markami 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА;
  • Jeśli chodzi o zespoły paliwowe, w których wymagane jest stosowanie zaawansowanych wyrobów metalowych o wysokiej precyzji, warto wybrać model 30H3MF1;

Etapy procedury

Etap przygotowawczy, obróbka azotem i wykańczanie warstwy powierzchniowej stali i stopów odbywa się w kilku etapach:

  • Przygotowanie metalu metodą obróbki cieplnej, podczas której przeprowadza się utwardzanie i wysokie odpuszczanie. Wnętrze produktu nabiera charakterystycznej lepkości i wytrzymałości. Hartowanie odbywa się pod wpływem wysokich temperatur, do 940 stopni. W przyszłości materiał jest chłodzony olejem lub wodą. Wakacje odbywają się w temperaturze 600-700 stopni Celsjusza, co wystarcza do uzyskania zwiększonej twardości;
  • Jeśli chodzi o obróbkę półfabrykatów, kończy się to metodą końcowego szlifowania materiału. W rezultacie część staje się właściwym rozmiarem;
  • Ważne jest zapewnienie szeregu środków ostrożności dla tych elementów, które muszą być nasycone azotem. W trakcie przetwarzania stosuje się proste kompozycje, takie jak ciekłe szkło lub cyna, które są nakładane przez elektrolizę z warstwą nie większą niż 0, 015 milimetra. Pozwala to na utworzenie cienkiej warstwy nieprzepuszczalnej dla azotu;
  • Następnym etapem jest azotowanie z wykorzystaniem wspomnianej powyżej technologii;
  • Na etapie końcowym części są sprowadzane do oczekiwanego stanu, a kęsy o złożonym kształcie z cienkimi ścianami są wzmacniane w temperaturze 520 stopni Celsjusza.

Jeśli chodzi o zmianę właściwości geometrycznych obrabianego przedmiotu po azotowaniu, jest ona określona przez grubość otrzymanej warstwy nasyconej azotem i zastosowane temperatury. W każdym przypadku odchylenia od oczekiwanej formy są niewielkie.

Ważne jest, aby zrozumieć, że nowoczesna technologia przetwarzania przez azotowanie obejmuje zastosowanie pieców typu szybowego . Wskaźniki maksymalnej temperatury osiągają 700 stopni, więc wymuszona zostaje cyrkulacja powietrza. Mufla jest wbudowana w piekarnik lub wymienna.

Przy użyciu dodatkowej mufli proces przetwarzania przebiega znacznie szybciej. W rezultacie zapasowy mufa jest ładowana natychmiast, gdy pierwszy jest gotowy. To prawda, że ta metoda nie jest powszechna ze względu na wysokie koszty.

Opcje mediów do przetwarzania

Obecnie szczególnie pożądana jest obróbka azotu w kęsach stalowych w ośrodku amoniak-propan . W tym przypadku hutnicy mają możliwość wytrzymania surowców pod wpływem 570 stopni przez trzy godziny. Warstwa węglikoazotkowa utworzona w takich warunkach ma minimalną grubość, jednakże wskaźniki wytrzymałości i odporności na zużycie są znacznie wyższe niż te wariantów, które zostały wynalezione zwykłą metodą. Twardość tej warstwy mieści się w zakresie 600–1100 HV.

Technologia ta jest szczególnie niezbędna przy wyborze produktów ze stopów lub stali, które podlegają wysokim wymaganiom dotyczącym trwałości eksploatacyjnej.

Nie mniej popularnym rozwiązaniem jest zastosowanie technologii wyładowań jarzeniowych, gdy materiał jest wzmacniany w środowisku zawierającym azot, który łączy produkty metalowe z katodą. W rezultacie przedmiot obrabiany uzyskuje ujemnie naładowaną elektrodę, aw mufli - ładunek dodatni.

Technologia ta kilkakrotnie skraca czas działania. Wyładowanie pojawia się między plusem a minusem, a jony gazu działają na powierzchnię katody, podgrzewając ją. Taki wpływ jest realizowany w kilku etapach:

  • rozpylanie katodowe występuje początkowo;
  • następnie czyszczenie powierzchni;
  • następnie nasycenie.

W pierwszym etapie opryskiwania ciśnienie 0, 2 milimetra rtęci i napięcie 1400 woltów utrzymuje się przez 5–60 minut. W tym przypadku powierzchnia jest podgrzewana do 250 stopni Celsjusza. Drugi etap polega na użyciu ciśnienia 1–10 milimetrów rtęci przy napięciu 400–1100 V. Procedura wymaga 1–24 godzin.

Inną bardzo skuteczną metodą leczenia jest proces nitkowania, który polega na azotowaniu w cieczy opartej na stopionym cyjanku pod wpływem temperatury 570 stopni Celsjusza.

Korzyści technologiczne

Obecnie technologia azotowania jest uważana za najbardziej popularne rozwiązanie pozwalające uzyskać najlepsze wskaźniki wydajności części metalowych. Przy właściwym podejściu zapewniona jest najlepsza odporność na zużycie, a warstwy uzyskane w wyniku takiej obróbki uzyskują wysoką odporność na korozję. Struktury poddane obróbce nie wymagają dodatkowego utwardzania termicznego. Dzięki takim cechom azotowanie jest uważane za kluczowy proces przetwarzania elementów w inżynierii mechanicznej, konstrukcji obrabiarek i innych obszarach, w których wysokie wymagania stawiane są częściom składowym.

Jednak oprócz licznych zalet technologia ma swoje wady, które polegają na wysokich kosztach i czasie trwania procedury. W temperaturze 500 stopni Celsjusza azot może penetrować 0, 01 milimetra. W takim przypadku całkowity czas trwania procesu wynosi jedną godzinę.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria:

Obróbka metalu