Výhody a nevýhody vákuovej nitridačnej pece a bežnej nitridačnej pece

1, Spôsoby dosiahnutia nitridácie
1. Nitridácia plynu
Plynová nitridácia zahŕňa umiestnenie obrobku do utesneného priestoru, zavedenie plynného amoniaku a jeho zahrievanie na 500-580 stupeň počas niekoľkých hodín až desiatok hodín. Rozkladná reakcia plynného amoniaku nad 400 stupňov bude prebiehať nasledovne: 2NH3 - → 3H2 plus 2 [N], výsledkom čoho je veľký počet aktívnych atómov dusíka v peci. Aktívne atómy dusíka [N] sú absorbované oceľovým povrchom a difundujú dovnútra, čím vytvárajú nitridovú vrstvu.
Teplota nitridácie na zlepšenie tvrdosti a odolnosti proti opotrebovaniu je zvyčajne 500 až 520 stupňov . Doba zdržania závisí od požadovanej hrúbky nitridovanej vrstvy a vo všeobecnosti sa počíta na 0,01 mm/h. Preto čas potrebný na získanie hrúbky 0.25-0,65 mm je približne 20-60h. Zvýšenie teploty nitridácie môže urýchliť proces nitridácie, ale spôsobí nahromadenie a zhrubnutie nitridu, čím sa zníži tvrdosť povrchovej vrstvy dielu.
Na nitridáciu na zlepšenie tvrdosti a odolnosti proti opotrebeniu je potrebné počas nitridácie použiť legované ocele obsahujúce prvky ako Mo, A a V, ako napríklad 38CrMoAlA, 38CrMoAA atď. Po nitridácii tieto ocele obsahujú v nitridovanej vrstve rôzne legované nitridy, ako AlN, CrN, MoN, VN atď. Tieto nitridy majú vysokú tvrdosť a stabilitu a sú rovnomerne rozptýlené v oceli, vďaka čomu má nitridovaná vrstva ocele vysoká tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Cr môže tiež zlepšiť kaliteľnosť ocele, takže veľké diely môžu získať jednotné mechanické vlastnosti počas kalenia a popúšťania pred nitridáciou. Mo môže tiež zjemniť zrná a znížiť druhý typ popúšťacieho krehnutia ocele. Ak sa na vytvorenie čistého nitridu železa v nitridovanej vrstve použije obyčajná uhlíková oceľ, pri zahriatí na vyššiu teplotu sa ľahko rozkladá, agreguje a hrubne a nemôže dosiahnuť vysokú tvrdosť a vysokú odolnosť proti opotrebovaniu.
Teplota nitridácie odolná voči korózii je vo všeobecnosti medzi 600 a 700 stupňami, rýchlosť rozkladu je približne v rozsahu 40 až 70 percent, doba zotrvania sa pohybuje od 15 minút do 4 hodín a hĺbka sa vo všeobecnosti nelíši. presahuje 0,05 m. Pre nitridačné ocele odolné voči korózii je možné použiť akúkoľvek triedu ocele a dosiahnuť dobré výsledky.
2. Iónová nitridácia
Iónová nitridácia, tiež známa ako nitridácia žeravým iónom, je proces tepelného spracovania, ktorý má výhody krátkych výrobných cyklov, vysokej povrchovej tvrdosti dielov a schopnosti kontrolovať krehkosť nitridovanej vrstvy. Preto je v posledných rokoch domáci vývoj rýchly a záber použitia je veľmi široký.
Základný princíp nitridácie žeravým iónom:
Žiarivá iónová nitridácia je proces umiestňovania dielov do vákuovej komory na iónovú nitridáciu. Nitridované časti sú pripojené ku katóde (záporná elektróda) ​​vysokonapäťového zdroja jednosmerného prúdu a plášť pece je pripojený k anóde (kladná elektróda) ​​vysokonapäťového zdroja jednosmerného prúdu. Keď sa do vákuovej nádoby naplní amoniak, ale tlak v nádobe zostáva medzi 200-1000PA. Keď sa medzi katódu a anódu privedie jednosmerné napätie 800-1000V, plynný amoniak sa ionizuje. Po ionizácii, Produkcia kladne nabitých katiónov dusíka [N plus ] a záporne nabitých aniónov [N -] tvorí oblasť plazmy. V plazmovej zóne sa kladné ióny dusíka rýchlo rútia smerom ku katóde pod zrýchlením vysokonapäťového elektrického poľa, bombardujú povrch častí, ktoré sa majú nitridovať, pričom premieňajú kinetickú energiu na tepelnú energiu. Taktiež, keď sa ióny dusíka premenia na atómy dusíka, vyžarujú veľké množstvo tepelnej energie a vyžarujú jasné fialové svetlo. Okrem toho pri poklese napätia v blízkosti obrobku vytvárajú aj teplo, ktoré zohrieva diely na požadovanú nitridačnú teplotu.
Pri tejto teplote reagujú ióny dusíka chemicky s kovovým povrchom dielu a atómy dusíka prenikajú do povrchu dielu a difundujú do vnútra a vytvárajú nitridovú vrstvu.
Vlastnosti nitridácie žeravým iónom:
(1) Rýchlosť ohrevu povrchu je vysoká, čo môže skrátiť čas ohrevu a chladenia na 1/10 až 1/12. Okrem toho sú ostatné diely v nízkoteplotnom (okolo 100 stupňovom) stave okrem ohrevu ošetrovanej plochy, čo nielen šetrí vykurovací výkon, ale aj znižuje deformáciu dielov.
(2) Proces difúzie je rýchly. Pri pôsobení vysokonapäťového elektrického poľa, pretože rýchlosť pohybu nitridovaných atómov je mnohonásobne vyššia ako rýchlosť nitridácie plynu, je rýchlosť infiltrácie vyššia a vo všeobecnosti trvá len 3-10 hodín.
(3) Nitridovaná vrstva má dobrú húževnatosť, vysokú odolnosť proti únave a vysokú odolnosť proti opotrebovaniu a nitridovaná vrstva je krehká a biela ε Fáza (Fe2N) je kontrolovaná v rozsahu 0 až 0. 2 mm, čím sa eliminuje proces brúsenia nitridovaných dielov.
Tvrdosť povrchu je až HV900 (HRC64) a hĺbku nitridačnej vrstvy možno regulovať v rozsahu 0,87 mm.
3. Kvapalná nitridácia
Kvapalná nitridácia je relatívne nový proces chemického tepelného spracovania s teplotou nepresahujúcou 570 stupňov a krátkym časom spracovania iba 1-3 hodín; A nepoužívajte špeciálnu oceľ. Test ukazuje, že odolnosť proti opotrebeniu 40Cr po spracovaní tekutou nitridáciou je o 50 percent vyššia ako po všeobecnom kalení a popúšťaní; Odolnosť liatiny proti opotrebeniu po spracovaní tekutou nitridáciou je ešte lepšia. Nielen to, prax dokázala, že časti podrobené spracovaniu kvapalnou nitridáciou zlepšili svoju odolnosť proti únave a korózii v rôznej miere; Po spracovaní tekutou nitridáciou sa životnosť rezných nástrojov z rýchloreznej ocele môže vo všeobecnosti zvýšiť o 20-200 percent; Po spracovaní tekutou nitridáciou sa životnosť formy na tlakové liatie 3Cr2W8V môže zvýšiť 3-5-krát. Tekutá nitridovaná povrchová vrstva je tvrdá, ale nie krehká a má určitú húževnatosť, ktorá nie je náchylná na odlupovanie.
Kvapalná nitridácia má však aj nevýhody: napríklad hrúbka vrstvy nitridovej zlúčeniny železa v jej nitridovanej povrchovej vrstve je relatívne tenká, iba 0.01-0,02 mm. Kyanidové soli sa bežne používajú ako suroviny na tekutú nitridáciu v zahraničí, zatiaľ čo v Číne sa na tekutú nitridáciu používajú netoxické suroviny. Vzorec pre netoxickú kvapalnú nitridáciu v Číne je: močovina 40 percent, uhličitan sodný 30 percent, chlorid draselný 20 percent a hydroxid draselný 10 percent (teplota topenia zmiešanej soli je asi 340 stupňov). Hoci tekutá nitridácia má mnoho výhod, v dôsledku toxicity reakcií rozpúšťania solí ovplyvňuje zdravie operátorov a odpadovú soľ nie je ľahké spracovať. V dôsledku toho je používanie čoraz viac obmedzené.
Analýza nákladov rôznych nitridačných metód
1. Plynová nitridačná pec má zložitú štruktúru, mierne vyššiu cenu a je trochu náročná na obsluhu. Kvalita nitridácie je však dobrá a môže dosiahnuť hlbokú karburizačnú vrstvu a vysokú tvrdosť, ale vyžaduje si to dlhý čas a množstvo použitého plynného amoniaku je tiež vysoké.
2. Požiadavky na výrobu a výrobný proces iónovej nitridačnej pece sú veľmi vysoké, použité materiály sú tiež veľmi vynikajúce a obsah technológie elektrického riadenia je veľmi vysoký