Што такое азотаванне?

Аснова азотавання

Азатаванне - гэта працэс тэрмічнай апрацоўкі, пры якім азот распаўсюджваецца на паверхню металу для стварэння загартаванай паверхні. Дабаўлены азот павышае цвёрдасць і зносаўстойлівасць без істотнага ўплыву на металургічныя ўласцівасці стрыжня. Пры азатаванні метал награваецца да 500-550°C у багатай азотам атмасферы. Азот дыфузіюе ў паверхню на глыбіню да 0.5 мм і ўступае ў рэакцыю з такімі легіруючымі элементамі, як алюміній, ванадый і хром, утвараючы цвёрдыя нітрыды. Гэтыя нітрыды павышаюць цвёрдасць паверхні да 1300 HV, паляпшаючы зносаўстойлівасць і ўстойлівасць да карозіі.

Мэты азатавання

Азатаванне выкарыстоўваецца для паляпшэння паверхневых уласцівасцей металаў у некалькіх ключавых мэтах:

Павышэнне цвёрдасці паверхні

Асноўная мэта азатавання - павышэнне павярхоўнай цвёрдасці металаў. Дададзены азот уступае ў рэакцыю з легіруючымі элементамі з адукацыяй цвёрдых нітрыдных злучэнняў. Гэты дыфузійны пласт павялічвае цвёрдасць да 1300 HV, што паляпшае зносаўстойлівасць і грузападымальнасць.

Паляпшэнне стомленасці трываласці

Глыбіня загартаванага корпуса, створаная азотаваннем, павышае трываласць на стомленасць такіх кампанентаў, як шасцярні і валы. Напружання сціску, якія ўтвараюцца ў азотаваным корпусе, павялічваюць супраціў узнікненню і распаўсюджванню расколін.

Павышэнне ўстойлівасці да карозіі

Азатаванне павышае ўстойлівасць да карозіі двума спосабамі. Па-першае, нітрыдныя злучэнні вельмі стабільныя і інэртныя. Па-другое, глыбіня пласта, створаная азотаваннем, гарантуе, што асноўны матэрыял не закранецца, калі павярхоўны пласт будзе зношаны.

Мінімальныя скажэнні

У адрозненне ад метадаў загартоўвання, азотаванне не патрабуе хуткага астуджэння дэталі. У выніку азатаванне выклікае вельмі мала скажэнняў або рэшткавага напружання, што робіць яго прыдатным для высокадакладных кампанентаў. Змены памераў, выкліканыя азотаваннем, нязначныя.

Віды азатавання

Існуе некалькі асноўных метадаў і разнавіднасцяў працэсу азотавання, якія выкарыстоўваюцца ў прамысловасці:

• Газавае азотаванне– Пры газавым азатаванні крыніцай азоту з'яўляецца газападобны аміяк, дысацыяваны на азот і вадарод. Аміяк менш дарагі, чым чысты азот. Кампаненты награваюць да 500-590°C у герметычнай рэторце з кантраляваным патокам аміяку.
• Плазменнае азотаванне- Плазменнае азатаванне выкарыстоўвае плазменны разрад, які ствараецца крыніцай харчавання высокага напружання, для стварэння актываваных іёнаў азоту. Гэта забяспечвае больш хуткую дыфузію пры больш нізкіх тэмпературах 350-590°C. Плазменнае азатаванне забяспечвае дакладны кантроль над глыбінёй корпуса.
• Азотаванне салянай ванны- У салянай ванне азоту, крыніца азоту паходзіць ад дысацыяцыі соляў цыяніду, як NaCN. Часткі апускаюць у ванну з расплаўленай цыяніднай соллю, якая падтрымліваецца пры тэмпературы 580-590 °C. Азатаванне ў салянай ванне дазваляе дасягнуць вельмі высокай цвёрдасці корпуса да 1500 HV.
• Азатаванне ў кіпячым слоі - Азотаванне ў кіпячым слоі ўключае дысацыяцыю газападобнага аміяку ў пласце парашка аксіду алюмінія, псевдоожиженного патокам газу. Гэты метад забяспечвае выдатную раўнамернасць тэмпературы падчас апрацоўкі.
• Іншыя варыяцыі - Іншыя варыянты ўключаюць нітрацэментацыю, якая дадае вуглярод з адукацыяй карбанітрыдаў, пост-акісленне з адукацыяй чорных аксідных слаёў і нізкатэмпературнае азотаванне паміж 350-380°C. Таксама выкарыстоўваюцца гібрыдныя працэсы, такія як плазменнае нитроцементирование.

Матэрыялы, прыдатныя для азотавання

Азатаванне можа прымяняцца да шэрагу чорных і каляровых сплаваў:

Нізкавугляродзістыя сталі

Нізкалегаваныя сталі з утрыманнем вугляроду менш за 0.25% звычайна азотуюць для павышэння цвёрдасці паверхні і зносаўстойлівасці. Нізкае ўтрыманне вугляроду памяншае адукацыю нестабільных нітрыдаў жалеза. Папулярныя прыклады ўключаюць сталі 1018, 4140 і 4340.

Інструментальныя сталі

Інструментальныя сталі, уключаючы H13, P20 і D2, ідэальна падыходзяць для азатавання з-за іх высокай загартоўванасці і ўтрымання сплаву. Азатаванне павялічвае цвёрдасць, трываласць і тэрмін службы інструментаў для гарачых і халодных работ.

Нержавеючая сталь

Мартэнсітная і ападкава-цвярдзеючая нержавеючая сталь, напрыклад 410, 416, 420 і 17-4PH, можа быць эфектыўна азотіравана для павышэння зносаўстойлівасці і ўстойлівасці да карозіі. Можа быць дасягнута цвёрдасць паверхні 1000-1400 HV.

алюмініевыя сплавы

Пэўныя алюмініевыя сплавы, якія змяшчаюць крэмній і магній, можна азотаваць з дапамогай працэсу, які называецца нитроцементирование. Гэта дыфузіюе азот і вуглярод адначасова ў сплаў.

Тытанавыя сплавы

Тытанавыя сплавы, у тым ліку Ti-6Al-4V, можна азотаваць плазменнымі метадамі. Гэта стварае ахоўны павярхоўны пласт высокай цвёрдасці без уплыву на пластычнасць стрыжня і глейкасць разбурэння.

Іншыя сплавы

Іншыя матэрыялы, такія як суперсплавы на аснове нікеля, інструментальныя сталі і кобальтавыя сплавы, таксама могуць быць азотаваны. Як чорныя, так і каляровыя сплавы з дастатковай колькасцю легіруючых дабавак для стабілізацыі нітрыдаў могуць прынесці карысць.

Абсталяванне і расходныя матэрыялы для азатавання

У працэсах азатавання выкарыстоўваюцца спецыяльныя печы, пастаўкі газу і абсталяванне для кантролю тэмпературы:

• Печы азотавання
  • Печы каробкавага або корпуснага тыпу з газанепранікальнымі рэтортамі і ізаляцыяй для газавага і плазменнага азатавання да 1000°F (590°C).
  • Печы для ванны з расплаўленай соллю для азотавання ў ваннах з соллю пры тэмпературы каля 1100°F (590°C).
  • Печы з кіпячым пластом, якія змяшчаюць кіпрую кераміку для азотавання ў кіпячым слоі.
• Азотны газ
  • Азот высокай чысціні ў якасці крыніцы для азатавання газу.
  • Газападобны аміяк, які распадаецца на азот і вадарод для газавага азотавання.
• Блокі харчавання
  • Крыніцы пастаяннага току да 1000 В і намінальны ток больш за 10,000 XNUMX ампер для плазменнага азотавання.
• Маніторынг тэмпературы
  • Тэрмапары для кантролю аднастайнасці тэмпературы ў печы.
  • Пірометры для вымярэння тэмпературы паверхні кампанентаў.
• Расходныя матэрыялы
  • Цыянідныя солі для азотавання саляных ваннаў.
  • Парашок аксіду алюмінія для азотавання ў кіпячым слоі.
  • Гасіць алей, ачышчальныя растворы, інструменты, прыстасаванні і г.д.

Адпаведнае абсталяванне мае важнае значэнне для кантролю атмасферы азотавання, тэмпературы і працягласці для дасягнення паўтаральнай глыбіні корпуса і ўласцівасцей.

Працэс азотавання

Ключавыя этапы тыповага працэсу азотавання:

1. Ачыстка
   1. Выдаліце ​​​​бруд, алей, тлушч, аксіды і іншыя забруджванні з паверхні кампанентаў шляхам абястлушчвання, шчолачнай ачысткі або кіслотнага пратручвання.
2. Loading
   1. Асцярожна загружайце кампаненты ў прыстасаванні або кошыкі, каб пазбегнуць забруджвання і забяспечыць належнае ўздзеянне.
3. Ацяпленне і ўтрыманне
   1. Награвайце з хуткасцю 400-800°F/гадз (220-440°C/гадз), каб дасягнуць тэмпературы азотавання.
   2. Вытрымлівайце тэмпературу азотавання, каб нарыхтоўкі маглі дасягнуць цеплавой раўнавагі.
4. Азоціраванне
   1. Выкрыйце нарыхтоўкі ў багатым азотам асяроддзі пры тэмпературы азотавання на працягу неабходнага часу для дасягнення глыбіні корпуса.
   2. Газападобны аміяк расшчапляецца на азот і вадарод. Плазма генеруе іёны азоту. Цыяністыя солі вылучаюць азот.
5. Тушэнне
   1. Хуткае астуджэнне, напрыклад, у алеі, для захавання азотаванай структуры. Не патрабуецца для некаторых працэсаў.
6. Разгрузка і ўборка
   1. Выгрузіце нарыхтоўкі і выдаліце ​​рэшткі гартоўнага алею або солі прамываннем.
   2. Вырабіце наступную апрацоўку, напрыклад, шліфоўку або паліроўку.

Для атрымання патрэбнай глыбіні корпуса, мінімізацыі скажэнняў і забеспячэння адукацыі нітрыднай фазы неабходны дбайны кантроль працэсу.

Прамысловае прымяненне азатавання

Некаторыя з распаўсюджаных прамысловых ужыванняў азатавання ў механічных кампанентах ўключаюць:

Gears

Шасцярні з азотаванай легаванай сталі маюць больш высокую цвёрдасць паверхні і трываласць на стомленасць. Выкарыстоўваецца ў трансмісійных, кулачковых, вянцовых і інш.

Падшыпнікі

Азатаванне качанняў падшыпнікаў, тэл качэння і паверхняў падшыпнікаў павышае зносаўстойлівасць і даўгавечнасць пры цыклічных нагрузках.

Каленчатыя валы

Азатаванне павышае усталостную трываласць кулачкоў і шэек каленчатага вала. Выкарыстоўваецца ў аўтамабільных і марскіх рухавіках.

Поршні

Поршні з азотаванага адліванага алюмінія павялічваюць устойлівасць да абразанняў і зносу адгезіі да сценак цыліндру.

Клапаны

Палепшаны знос впускных і выпускных клапанаў рухавікоў унутранага згарання з азотаванымі тарцамі і штокамі клапанаў.

рэжучыя інструмент

Рэжучыя інструменты з хуткарэзнай сталі з пакрыццём і цвёрдасплаўныя рэжучыя інструменты, апрацаваныя азатаваннем, маюць лепшую хуткасць выдалення металу і даўгавечнасць.

Штампы і формы

Формы і штампы з азотаванай інструментальнай сталі для ліцця, кавання і штампоўкі паказваюць павышаную трываласць і прадукцыйнасць.

Іншыя віды выкарыстання

Часта сустракаецца ў сасудах пад ціскам, валах, цыліндрах, кулачках, крапежных дэталях, прывадах і кампанентах вадкасці.

Павелічэнне цвёрдасці паверхні, зносаўстойлівасці, усталостнай трываласці і ўстойлівасці да карозіі робяць азатаванне ідэальным для важных механічных частак.

Азатаванне ювелірных вырабаў і аксесуараў

Хаця менш распаўсюджанае, чым прамысловае выкарыстанне, азотаванне мае некаторыя нішавыя прымянення ў ювелірных вырабах і модных аксесуарах:

Палепшаная аздабленне паверхні

Азатаванне можа забяспечыць гладкую аднастайную аздабленне паверхні ювелірных металічных кампанентаў, такіх як пярсцёнкі, бранзалеты і корпусы гадзіннікаў. Гэта памяншае неабходнасць другаснай паліроўкі.

Палепшаная ўстойлівасць да карозіі

Азотаваны пласт павышае каразійную ўстойлівасць ювелірных вырабаў, якія падвяргаюцца ўздзеянню вільгаці, такіх як пярсцёнкі, бранзалеты, ланцужкі і металічныя папружкі для гадзіннікаў.

Дэкаратыўныя чорныя пакрыцця

Выбарачнае чарненне вытраўленых паверхняў шляхам азатавання нержавеючай сталі або тытана можа забяспечыць дэкаратыўныя ўзоры і акцэнты на ювелірных вырабах.

Загартаваныя паверхні

Палепшаная зносаўстойлівасць ювелірных вырабаў, такіх як мужчынскія пярсцёнкі і металічныя раменьчыкі для гадзіннікаў, дзякуючы загартоўцы паверхні.

эканомія

У некаторых металах азатаванне можа даць перавагі ў прадукцыйнасці ў параўнанні з пакрыццём або PVD-пакрыццямі па меншай цане.

Успрыманне кліента

Некаторыя брэнды класа люкс выкарыстоўваюць азатаванне для адчувальных пераваг тэхналогіі і аздаблення паверхні.

Нягледзячы на ​​тое, што азотаванне не так распаўсюджана, як у апрацоўчай прамысловасці, яно можа забяспечыць функцыянальныя і эстэтычныя перавагі для асобных ювелірных вырабаў. Каб захаваць знешні выгляд ювелірных металаў, неабходны належны кантроль.

Параўнанне з іншымі працэсамі ўмацавання паверхні

Азатаванне адрозніваецца ад іншых распаўсюджаных працэсаў умацавання паверхні ў некалькіх аспектах:

Падпальванне

Науглероживание дыфузіюе вуглярод, а не азот у паверхню сталі. Гэта стварае больш цвёрды, але менш устойлівы мартенситный корпус. Азатаванне забяспечвае лепшую ўстойлівасць да карозіі.

Нітрацэментаванне

Нітрацэментаванне дадае адначасова і азот, і вуглярод. Камбінаваны корпус з карбанітрыду можа мець перавагі ў параўнанні з тым ці іншым.

індукцыйная загартоўка

Індукцыйная загартоўка хутка награвае і загартоўвае паверхню з дапамогай электрамагнітнай індукцыі. Азатаванне забяспечвае вялікую глыбіню корпуса і меншыя скажэнні.

Загартоўка полымем

З загартоўкай у полымя кіслародныя гарэлкі хутка награваюць паверхню перад гашэннем. Азатаванне можа больш эфектыўна загартоўваць складаныя геаметрычныя элементы.

Нанясенне цвёрдай плёнкі

Такія метады нанясення цвёрдых плёнак, як PVD, CVD і пакрыцця з тэрмічным напыленнем, ствараюць тонкае керамічнае пакрыццё на паверхні. Азатаванне дыфузіюе азот у сам метал падкладкі для лепшай адгезіі і ўстойлівасці да стомленасці. Аднак пакрыцця могуць забяспечыць дадатковыя перавагі, такія як ізаляцыя або ўстойлівасць да высокіх тэмператур.