El tratamiento de nitruración se refiere a un proceso de tratamiento térmico químico en el que los átomos de nitrógeno penetran en la superficie de la pieza de trabajo en un medio determinado a una temperatura determinada. Los productos nitrurados tienen excelente resistencia al desgaste, resistencia a la fatiga, resistencia a la corrosión y resistencia a altas temperaturas.
Introducción al tratamiento de nitruración.
Los elementos de aluminio, cromo, vanadio y molibdeno en el acero de aleación tradicional son muy útiles para la nitruración. Estos elementos forman nitruros estables cuando entran en contacto con átomos de nitrógeno primitivos a temperaturas de nitruración. El molibdeno, en particular, actúa no sólo como elemento formador de nitruro, sino también como reducción de la fragilidad que se produce a las temperaturas de nitruración. Los elementos de otros aceros aleados, como níquel, cobre, silicio, manganeso, etc., no contribuyen mucho a las características de nitruración. En general, si el acero contiene uno o más elementos generadores de nitruro, el efecto después de la nitruración es mejor. Entre ellos, el aluminio es el elemento nitruro más fuerte y los resultados de nitruración que contienen 0.85 ~ 1,5 % de aluminio son los mejores. En el caso del acero al cromo que contiene cromo, si hay suficiente contenido, también se pueden obtener buenos resultados. Sin embargo, el acero al carbono sin aleación no es adecuado para nitrurar acero porque la capa de nitruración que genera es muy quebradiza y fácil de desprender.
Hay seis tipos de acero de nitruración que se utilizan habitualmente, de la siguiente manera:
(1) Acero de baja aleación que contiene aluminio (acero de nitruración estándar)
(2) Acero de baja aleación y medio carbono que contiene elemento de cromo series SAE 4100,4300,5100,6100,8600,8700,9800.
(3) Acero para troqueles para trabajo en caliente (que contiene aproximadamente un 5 % de cromo) SAE H11 (SKD-61)H12, H13
(4) Acero inoxidable ferrítico y martensítico serie SAE 400
(5) Acero inoxidable austenítico serie SAE 300
(6) Acero inoxidable endurecido por precipitación 17-4PH, 17-7pH, A-286, etc.
El acero de nitruración estándar que contiene aluminio puede obtener una alta dureza y una superficie muy resistente al desgaste después de la nitruración, pero su capa endurecida también es muy frágil. Por el contrario, el acero de baja aleación que contiene cromo tiene una dureza menor, pero la capa endurecida es relativamente dúctil y su superficie también tiene una resistencia al desgaste y a la viga considerables. Por lo tanto, al seleccionar materiales, conviene prestar atención a las características de los materiales y aprovechar al máximo sus ventajas para cumplir la función de las piezas. Los aceros para herramientas como H11 (SKD61) y D2 (SKD-11) tienen efectos de alta dureza superficial y alta resistencia del núcleo.
Aumente la resistencia al desgaste, la dureza de la superficie, el límite de fatiga y la resistencia a la corrosión de las piezas de acero.
Proceso técnico
• Limpieza de la superficie de la pieza antes de la nitruración
La mayoría de las piezas se pueden nitrurar inmediatamente después del desengrasado con gas. Algunas piezas también deben limpiarse con gasolina, pero si el método de procesamiento final antes de la nitruración se utiliza para pulir, esmerilar, pulir, etc., puede producir capas superficiales que dificultan la nitruración, lo que resulta en capas de nitruración desiguales o defectos de flexión después de la nitruración. En este momento, se debe utilizar uno de los dos métodos siguientes para eliminar la capa superficial. El primer método consiste en eliminar el petróleo con gas antes de la nitruración. Luego, la superficie se limpia con abrasivo con polvo de óxido abrasivo. El segundo método consiste en tratar la superficie con una capa de fosfato.
• Eliminación de aire del horno de nitruración
Las piezas tratadas se colocan en el horno de nitruración y la tapa del horno se puede calentar después del sellado, pero se debe eliminar el aire del horno antes de calentarlo a 150 grados C.
La función principal del horno de escape es prevenir el gas explosivo provocado por la descomposición del gas amoniaco y el contacto con el aire, y evitar la oxidación superficial del material tratado y del soporte. Los gases utilizados son amoniaco y nitrógeno.
Las reglas para eliminar el aire del horno son las siguientes:
① Una vez instaladas las piezas procesadas, se sella la tapa del horno, se enciende el gas de amoníaco anhidro y el caudal es el mayor posible.
② Configure el control automático de temperatura del horno de calentamiento a 150 grados y comience a calentar (tenga en cuenta que la temperatura del horno no puede ser superior a 150 grados).
③ Cuando el aire del horno se elimina a menos del 10%, o el gas descargado contiene más del 90% de NH3, la temperatura del horno se eleva a la temperatura de nitruración.
Tasa de descomposición del amoníaco.
La nitruración se lleva a cabo en contacto con otros elementos de aleación y el nitrógeno primario, pero la producción de nitrógeno primario, es decir, el propio acero, se convierte en catalizador cuando el amoníaco entra en contacto con el acero calentado y promueve la descomposición del amoníaco.
Aunque la nitruración se puede realizar con diversas velocidades de descomposición del amoníaco, generalmente se utiliza una velocidad de descomposición del 15 al 30 %, el espesor requerido de nitruración se mantiene durante al menos 4 a 10 horas y la temperatura del tratamiento se mantiene a aproximadamente 520 grados C. .
enfriamiento
La mayoría de los hornos de nitruración industriales tienen interruptores de calor para enfriar rápidamente el horno y procesar las piezas una vez finalizada la nitruración. Es decir, una vez completada la nitruración, se apaga el suministro de energía de calefacción, la temperatura del horno se reduce en aproximadamente 50 grados C y luego se duplica el caudal de amoníaco y se abre el interruptor de calor. En este momento, es necesario observar si hay burbujas desbordantes en la botella de vidrio conectada al tubo de escape para confirmar la presión positiva en el horno. Después de que el gas amoníaco se haya asentado en el horno, el flujo de amoníaco se puede reducir hasta que se mantenga la presión positiva en el horno. Cuando la temperatura del horno cae por debajo de 150 grados C, se utiliza el método de eliminación de gas del horno descrito anteriormente y la tapa del horno se puede abrir después de introducir el aire o el nitrógeno.
NH3 → [N]Fe + 3/2 H2
El N descompuesto se difunde en la superficie del acero para formar. Nitruración con gas Fe2-3N en fase, la desventaja general de una capa delgada de endurecimiento y un tiempo de tratamiento de nitruración prolongado.
La nitruración con gas debido a la descomposición de NH3 para la eficiencia de la nitruración es baja, por lo que generalmente se requiere una selección fija de acero adecuado para la nitruración, como Al, Cr, Mo y otros elementos de nitruración; de lo contrario, no se puede realizar la nitruración utilizando JIS, SACM1. Nuevos JIS, SACM645 y SKD61 para reforzar y endurecer el tratamiento, también conocido como templado Al, Cr, SKD61. Mo y otros elementos aumentan la temperatura del punto de transformación, por lo que la temperatura de enfriamiento es alta y la temperatura de revenido es más alta que la del acero de aleación estructural ordinario, que modera la fragilidad entre la temperatura de nitruración durante mucho tiempo, por lo que el revenido y El tratamiento de endurecimiento se aplica previamente. La nitruración con gas NH3, debido a que la superficie es rugosa durante mucho tiempo, dura y quebradiza, no es fácil de moler y mucho tiempo no es económica, se utiliza para la nitruración del tubo de alimentación y el tornillo de la máquina de moldeo por inyección de plástico.
Nitruración líquida
La principal diferencia de la nitruración blanda líquida es que hay una fase Fe3Nε en la capa de nitruración, la fase Fe4Nr existe y no contiene nitruro de fase Fe2Nξ, y los compuestos de fase ξ son nitruros duros y quebradizos que tienen poca tenacidad en el tratamiento de nitruración. El método de nitruración blanda líquida consiste en tratar la pieza de trabajo, primero eliminar el óxido, desengrasar, precalentar y luego colocarla en el crisol de nitruración, que es el principal agente salino TF-1. Se calienta a 560 ~ 600 grados durante unos minutos a unas pocas horas, según la carga externa de la pieza de trabajo, y se determina la profundidad de la capa de nitruración. En el tratamiento, se debe pasar un tubo de aire por el fondo de la Crisol para descomponerse en CN o CNO con una cierta cantidad de agente salino nitrurante al aire, permeando y difundiendo a la superficie de trabajo. El compuesto más externo en la superficie de la pieza de trabajo es 8 ~ 9% en peso de N y una pequeña cantidad de C y una capa de difusión, los átomos de nitrógeno se difunden en la base -Fe para hacer que el acero sea más resistente a la fatiga, durante el período de nitruración debido a la descomposición. del consumo de CNO, por lo que se prueba constantemente en 6 a 8 horas de composición de sal, para ajustar la cantidad de aire o agregar sal nueva.
El material utilizado para el tratamiento de nitruración blanda líquida es hierro metálico, y la dureza de la superficie después de la nitruración es mayor con elementos de Al, Cr, Mo y Ti, y cuanto mayor sea el contenido de oro, menor será la profundidad de nitruración, como el acero al carbono Hv 350 ~ 650, acero inoxidable Hv 1000 ~ 1200, acero nitrurado Hv 800 ~ 1100.
La nitruración blanda líquida es adecuada para piezas de automóviles, máquinas de coser, cámaras, etc. resistentes al desgaste y a la fatiga, como el tratamiento de camisas de cilindros, tratamiento de válvulas, tratamiento de cilindros de pistón y moldes que no son fáciles de deformar.
nitruración de iones
Este método consiste en colocar una pieza de trabajo en el horno de nitruración, bombear un vacío en el horno a {{0}} ~ 10-3 Torr(㎜Hg) por adelantado y luego introducir gas N2 o N{ {3}} Mezcla de H2, ajuste el horno a 1-10 Torr, conecte el cuerpo del horno al ánodo, la pieza de trabajo al cátodo y pase cientos de voltios de voltaje CC entre los dos polos. En este momento, el gas N2 en el horno producirá una descarga brillante en iones positivos, moviéndose hacia la superficie de trabajo, y el voltaje del cátodo caerá bruscamente en un instante, de modo que los iones positivos se precipitarán hacia la superficie del cátodo a una velocidad alta. Velocidad, transformando la energía cinética en energía del gas, haciendo que la temperatura de la superficie de la pieza de trabajo aumente, y la superficie de la pieza de trabajo jugará Fe.CO después del impacto de los iones de nitrógeno. Dichos elementos salpican y se combinan con iones de nitrógeno para formar FeN, por lo que el nitruro de hierro se adsorbe gradualmente en la pieza de trabajo y produce nitruración. La nitruración iónica es básicamente el uso de nitrógeno, pero si se puede usar la adición de gas de carburo de hidrógeno para el tratamiento de nitruración suave con iones. , pero generalmente conocido como tratamiento de nitruración iónica. La concentración de nitrógeno en la superficie de la pieza de trabajo se puede ajustar cambiando la relación de presión parcial del gas mixto (N2 + H2) que se llena en el horno. Durante el proceso de nitruración iónica pura, el tejido monofásico r '(Fe4N) que contiene N es de 5,7 ~ 6,1% en peso en la superficie de trabajo, y la capa gruesa es inferior a 10μm. La capa compuesta es fuerte pero no porosa y no se cae fácilmente. Como el nitruro de hierro es absorbido continuamente por la pieza de trabajo y difundido hacia el interior, la estructura desde la superficie hacia el interior es FeN → Fe2N → Fe3N → Fe4N, cambio de secuencia, contenido de ε (Fe3N) N monofásico en 5,7 ~ 11,0% en peso. Contenido de ξ(Fe2N) N monofásico en 11,0 ~ 11,35% en peso. Cuando la nitruración iónica genera primero la fase r y luego se agrega la serie de carburo de hidrógeno, se convierte en la capa compuesta de fase ε y la capa de difusión, porque el aumento de la capa de difusión ayuda mucho a aumentar la resistencia a la fatiga. La fase ε es la mejor.
