Výhody a nevýhody vakuové nitridační pece a běžné nitridační pece

1, Metody pro dosažení nitridace
1. Nitridace plynu
Plynová nitridace zahrnuje umístění obrobku do utěsněného prostoru, zavedení plynného čpavku a jeho zahřátí na 500-580 stupňů po dobu několika hodin až desítek hodin. Rozkladná reakce plynného amoniaku nad 400 stupňů bude probíhat následovně: 2NH3 - → 3H2 plus 2 [N], což vede k velkému počtu aktivních atomů dusíku v peci. Aktivní atomy dusíku [N] jsou absorbovány ocelovým povrchem a difundovány vnitřně a tvoří nitridovou vrstvu.
Nitridační teplota pro zlepšení tvrdosti a odolnosti proti opotřebení je obvykle 500 až 520 stupňů . Doba zdržení závisí na požadované tloušťce nitridované vrstvy a obecně se počítá na 0,01 mm/h. Doba potřebná k získání tloušťky 0.25-0,65 mm je tedy přibližně 20-60h. Zvýšení teploty nitridace může urychlit proces nitridace, ale způsobí akumulaci a zhrubnutí nitridu, čímž se sníží tvrdost povrchové vrstvy součásti.
Pro nitridaci pro zlepšení tvrdosti a odolnosti proti opotřebení je třeba během nitridace použít legované oceli obsahující prvky jako Mo, A a V, jako je 38CrMoAlA, 38CrMoAA atd. Tyto oceli po nitridaci obsahují v nitridované vrstvě různé legované nitridy, např. AlN, CrN, MoN, VN atd. Tyto nitridy mají vysokou tvrdost a stabilitu a jsou v oceli rovnoměrně rozptýleny, takže nitridovaná vrstva oceli má vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení. Cr může také zlepšit prokalitelnost oceli, takže velké díly mohou získat jednotné mechanické vlastnosti během kalení a popouštění před nitridací. Mo může také zjemnit zrna a snížit druhý typ popouštěcí křehkosti oceli. Pokud se k vytvoření čistého nitridu železa v nitridované vrstvě použije běžná uhlíková ocel, při zahřátí na vyšší teplotu se snadno rozkládá, agreguje a hrubne a nemůže dosáhnout vysoké tvrdosti a vysoké odolnosti proti opotřebení.
Teplota nitridace odolná vůči korozi je obecně mezi 600 a 700 stupni, rychlost rozkladu je zhruba v rozmezí 40 až 70 procent, doba zdržení se pohybuje od 15 minut do 4 hodin a hloubka obecně ne přesahovat 0,05 m. Pro korozivzdorné nitridační oceli lze použít jakoukoli třídu oceli a lze dosáhnout dobrých výsledků.
2. Iontová nitridace
Iontová nitridace, také známá jako doutnavá iontová nitridace, je proces tepelného zpracování, který má výhody krátkých výrobních cyklů, vysoké povrchové tvrdosti dílů a schopnosti řídit křehkost nitridované vrstvy. Tuzemský vývoj je proto v posledních letech rychlý a záběr použití je velmi široký.
Základní princip nitridace doutnavým iontem:
Doutnavá iontová nitridace je proces umístění dílů do vakuové komory pro iontovou nitridaci. Nitridované části jsou připojeny ke katodě (záporná elektroda) vysokonapěťového stejnosměrného zdroje a plášť pece je připojen k anodě (kladná elektroda) vysokonapěťového stejnosměrného zdroje. Když je do vakuové nádoby naplněn amoniak, ale tlak v nádobě zůstává mezi 200-1000PA. Když se mezi katodu a anodu přivede stejnosměrné napětí 800-1000V, plynný čpavek bude ionizován. Po ionizaci, Produkce kladně nabitých kationtů dusíku [N plus ] a záporně nabitých aniontů [N -] tvoří oblast plazmy. V plazmové zóně kladné ionty dusíku rychle spěchají směrem ke katodě pod zrychlením vysokonapěťového elektrického pole, bombardují povrch částí, které mají být nitridovány, a přeměňují kinetickou energii na tepelnou energii. Také, když jsou ionty dusíku přeměněny na atomy dusíku, emitují velké množství tepelné energie a vyzařují jasné fialové světlo. Navíc při poklesu napětí v blízkosti obrobku vytvářejí také teplo, které ohřívá díly na požadovanou nitridační teplotu.
Při této teplotě ionty dusíku chemicky reagují s kovovým povrchem součásti a atomy dusíku pronikají do povrchu součásti a difundují do nitra a vytvářejí nitridovou vrstvu.
Vlastnosti nitridace doutnavým iontem:
(1) Rychlost povrchového ohřevu je vysoká, což může zkrátit dobu ohřevu a chlazení na 1/10 až 1/12. Zbytek dílů je navíc v nízkoteplotním (kolem 100°) stavu kromě ohřevu ošetřovací plochy, který nejen šetří topný výkon, ale také snižuje deformaci dílů.
(2) Proces difúze je rychlý. Při působení vysokonapěťového elektrického pole, protože rychlost pohybu nitridačních atomů je mnohonásobně vyšší než u plynové nitridace, je rychlost infiltrace vyšší a obecně trvá pouze 3-10 hodin.
(3) Nitridovaná vrstva má dobrou houževnatost, vysokou odolnost proti únavě a vysokou odolnost proti opotřebení a nitridovaná vrstva je křehká a bílá ε Fáze (Fe2N) je řízena v rozsahu 0 až 0. 2 mm, čímž se eliminuje proces broušení nitridovaných dílů.
Tvrdost povrchu je až HV900 (HRC64) a hloubku nitridační vrstvy lze ovládat v rozmezí 0,87 mm.
3. Kapalná nitridace
Kapalná nitridace je relativně nový proces chemického tepelného zpracování s teplotou nepřesahující 570 stupňů a krátkou dobou zpracování pouze 1-3 hodin; A nepoužívejte speciální ocel. Test ukazuje, že odolnost proti opotřebení 40Cr po zpracování tekutou nitridací je o 50 procent vyšší než po obecném kalení a temperování; Odolnost litiny proti opotřebení po zpracování tekutou nitridací je ještě zlepšena. Nejen to, praxe prokázala, že díly podrobené zpracování kapalnou nitridací zlepšily svou odolnost proti únavě a odolnost proti korozi v různé míře; Po zpracování tekutou nitridací lze životnost řezných nástrojů z rychlořezné oceli obecně zvýšit o 20-200 procent; Po zpracování tekutou nitridací může být životnost formy 3Cr2W8V pro tlakové lití zvýšena 3-5krát. Tekutá nitridovaná povrchová vrstva je tvrdá, ale ne křehká a má určitou houževnatost, která není náchylná k odlupování.
Kapalná nitridace má však také nevýhody: například tloušťka vrstvy nitridové sloučeniny železa v její nitridované povrchové vrstvě je relativně tenká, pouze 0.01-0,02 mm. V zahraničí se jako suroviny pro kapalnou nitridaci běžně používají kyanidové soli, v Číně se pro kapalnou nitridaci používaly netoxické suroviny. Vzorec pro netoxickou kapalnou nitridaci v Číně je: močovina 40 procent, uhličitan sodný 30 procent, chlorid draselný 20 procent a hydroxid draselný 10 procent (bod tání smíšené soli je asi 340 stupňů). I když má kapalná nitridace mnoho výhod, vzhledem k toxicitě reakcí rozpouštění solí ovlivňuje zdraví operátorů a odpadní sůl není snadné zpracovat. V důsledku toho je použití stále více omezeno.
Analýza nákladů různých nitridačních metod
1. Plynová nitridační pec má složitou konstrukci, mírně vyšší cenu a je mírně obtížná na provoz. Kvalita nitridace je však dobrá a může dosáhnout hluboké nauhličovací vrstvy a vysoké tvrdosti, ale vyžaduje dlouhou dobu a množství použitého plynného amoniaku je také vysoké
2. Požadavky na výrobu a výrobní proces iontové nitridační pece jsou velmi vysoké, použité materiály jsou také velmi vynikající a obsah elektrické řídicí technologie je velmi vysoký