Što je plinsko nitriranje?
Plinsko nitriranje termokemijski je postupak površinskog otvrdnjavanja uveden u Njemačkoj 1923. godine i još uvijek je jedna od najčešće korištenih metoda za proizvodnju površine otporne-na habanje na čeličnim komponentama. Dijelovi se stavljaju u zatvorenu peć i uvodi se plinoviti amonijak, gdje pri temperaturi disocira na atomski dušik i vodik. Dušik difundira u površinu čelika i stvara nitride s legirajućim elementima koji su već prisutni u materijalu. Budući da kaljenje ovisi o sadržaju legure u čeliku, a ne o koraku kaljenja, proces se provodi na relativno niskoj temperaturi, izobličenje je malo i nije potrebna dodatna toplinska obrada nakon nitriranja.
Tretman se obično primjenjuje na komponente koje se moraju oduprijeti kliznom trošenju, eroziji ili zamoru, a istovremeno zadržati čvrstu jezgru, kao što su zupčanici, osovine, ekstruzijski vijci i bačve, dijelovi ventila i komponente matrice.
Parametri procesa
| Parametar | Tipični raspon |
|---|---|
| Temperatura | 500 do 550 stupnjeva Celzijusa |
| Atmosfera | Amonijak, ponekad razrijeđen disociranim amonijakom ili dušikom |
| Trajanje | Oko 20 do 100 sati, ovisno o potrebnoj dubini kućišta |
| Rezultirajući sloj | Sloj spoja od otprilike 5 do 25 mikrometara preko difuzijske zone |
Učinkovitost procesa ovisi o tome koliko amonijaka stvarno disocira na površini. Veći protok plina smanjuje stupanj disocijacije, dok ga niži protok povećava; više temperature također povećavaju brzinu disocijacije i smanjuju je pri nižim temperaturama. Budući da peć sporo postiže svoju radnu temperaturu, potencijal dušika na početku ciklusa može se značajno razlikovati od vrijednosti na kraju, pa se disocijacija amonijaka stoga prati i kontrolira tijekom obrade. Dvo-ciklusni ciklus, s višim potencijalom dušika na početku i nižim nakon toga, koristi se za ograničavanje debljine sloja krhke smjese.
Struktura slojeva i svojstva
Nitriranje proizvodi karakterističan dvostruki sloj. Na površini je spoj ili bijeli sloj, koji se sastoji od faza željeznog nitrida, koji je izuzetno tvrd, ali i krt. Ispod njega nalazi se difuzijska zona, u kojoj se dušik otapa i taloži kao fini nitridi legura, a koja površini daje zamor i nosivost-opterećenja. Na čelicima za nitriranje, tvrdoća sloja spoja je tipično u rasponu od 1000 do 1200 HV, a dubina kućišta određena je prema primjeni, obično u području od 0,1 mm do 0,6 mm.
Krtost složenog sloja stvarno je ograničenje. Debeli bijeli sloj sklon je pucanju pod udarnim opterećenjem i teško ga je brusiti, a površina postaje hrapava tijekom dugih tretmana. Tamo gdje je komponenta izložena udarnom opterećenju, sloj spoja obično se održava tankim ili se u potpunosti uklanja nakon obrade, zadržavajući samo zonu difuzije.
Koji se čelici mogu nitrirati?
Nitriranje ovisi o prisutnosti elemenata koji-tvore nitrid u čeliku. Aluminij, krom, molibden i vanadij su važni, a vrste koje ih sadrže snažno reagiraju. Čelici za nitriranje koji nose aluminij-kao što su krom-molibden-aluminijski razredi obuhvaćeni GB/T 3077 su klasičan izbor, a odgovarajuće japanske specifikacije isporuke uključuju aluminij-krom-molibden nitrirani čelik i krom-molibden čelika za vruću obradu, koji su često nitrirani radi otpornosti na habanje.
Prije nitriranja, komponenta se normalno kali i popušta, ili kali i ojačava, tako da jezgra ima potrebna mehanička svojstva. Budući da aluminij, krom i molibden povisuju temperaturu transformacije, temperatura kaljenja je viša nego kod običnog konstrukcijskog čelika, a temperatura kaljenja je također povišena, tako da jezgra ne omekša tijekom dugog držanja na temperaturi nitriranja. Drugi razlog za prethodnu toplinsku obradu je krtost pri kaljenju: produljeno zagrijavanje na temperaturi nitriranja može izazvati krtost određenih legiranih čelika, te se uvjeti kaljenja odabiru u skladu s tim.
Primjene i praktična ograničenja
Ekstruzijski vijci i bačve za strojeve za injekcijsko prešanje plastike, gdje se dovodna sekcija i letve vijka troše na provrt bačve
Zupčanici, pužne osovine i klinaste komponente koje zahtijevaju tvrdu površinu sa čvrstom jezgrom
Dijelovi kalupa i kalupa, čahure za vođenje i klinovi za izbacivanje
Obloge cilindra, stabljike ventila i dijelovi pumpi, gdje je površinski sloj-otporan na koroziju koristan
Glavni nedostaci su dugo vrijeme ciklusa i posljedični trošak, niska učinkovitost dušika atmosfere amonijaka, hrapava površina koja nastaje pri dugotrajnim obradama i teškoća strojne obrade očvrslog sloja nakon toga. Dodatak za brušenje se stoga mora planirati prije nitriranja, a područja koja moraju ostati mekana, kao što su navoji i promjeri za lociranje, maskiraju se ili štite.
FAQ
P: Koja se temperatura koristi za plinsko nitriranje?
Nitriranje plinom obično se provodi između 500 i 550 stupnjeva Celzijusa u atmosferi amonijaka, s trajanjem postavljenim prema potrebnoj dubini kućišta.
P: Zašto nitriranje ne zahtijeva kaljenje?
Stvrdnjavanje dolazi od taloženja nitrida u površinskom sloju, koji se formira tijekom samog tretmana, tako da nema koraka brzog hlađenja i stoga je uključeno vrlo malo izobličenja.
P: Koja je razlika između složenog sloja i difuzijske zone?
Sloj spoja je tanak, vrlo tvrd i krt površinski sloj željeznih nitrida; difuzijska zona ispod njega sadrži otopljeni dušik i fine legirane nitride i podupire površinski sloj.
P: Koji su čelici prikladni za nitriranje?
Čelici koji sadrže elemente koji tvore-nitride kao što su aluminij, krom, molibden i vanadij, uključujući vrste krom-molibden-aluminija i određene čelike za kalupe za vruću obradu, najbolje reagiraju na obradu.
P: Zašto se čelik kali i popušta prije nitriranja?
Kako bi se jezgri dala potrebna čvrstoća i žilavost te kako bi se osiguralo da ne omekša ili postane krta tijekom dugog držanja na temperaturi nitriranja.
P: Koja su glavna ograničenja plinskog nitriranja?
Duga vremena ciklusa, relativno visoka cijena, lomljiv površinski sloj koji se teško brusi i hrapava površina nakon dulje obrade.
