Unter Nitrierbehandlung versteht man einen chemischen Wärmebehandlungsprozess, bei dem Stickstoffatome in einem bestimmten Medium bei einer bestimmten Temperatur in die Oberfläche des Werkstücks eindringen. Die nitrierten Produkte weisen eine hervorragende Verschleißfestigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit auf.
Einführung in die Nitrierbehandlung
Die Elemente Aluminium, Chrom, Vanadium und Molybdän in herkömmlichem legiertem Stahl sind beim Nitrieren sehr hilfreich. Diese Elemente bilden stabile Nitride, wenn sie bei Nitriertemperaturen mit primitiven Stickstoffatomen in Kontakt kommen. Insbesondere Molybdän wirkt nicht nur als nitridbildendes Element, sondern reduziert auch die Sprödigkeit, die bei Nitriertemperaturen auftritt. Die Elemente in anderen legierten Stählen wie Nickel, Kupfer, Silizium, Mangan usw. tragen nicht viel zu den Nitriereigenschaften bei. Im Allgemeinen ist die Wirkung nach dem Nitrieren besser, wenn der Stahl ein oder mehrere Nitrid erzeugende Elemente enthält. Unter diesen ist Aluminium das stärkste Nitridelement, und die Nitrierergebnisse mit 0.85 ~ 1,5 % Aluminium sind die besten. Bei chromhaltigem Chromstahl können bei ausreichendem Gehalt ebenfalls gute Ergebnisse erzielt werden. Unlegierter Kohlenstoffstahl eignet sich jedoch nicht zum Nitrieren von Stahl, da die dadurch erzeugte Nitrierschicht sehr spröde ist und sich leicht ablösen lässt.
Es gibt sechs Arten von Nitrierstahl, die üblicherweise verwendet werden:
(1) Niedriglegierter Stahl mit Aluminiumgehalt (Standard-Nitrierstahl)
(2) Niedriglegierter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und Chromelementen der Serien SAE 4100, 4300, 5100, 6100, 8600, 8700, 9800.
(3) Warmarbeitsstahl (mit etwa 5 % Chrom) SAE H11 (SKD-61)H12, H13
(4) Ferritischer und martensitischer Edelstahl der SAE 400-Serie
(5) Austenitischer Edelstahl SAE 300-Serie
(6) Ausscheidungshärtender Edelstahl 17-4PH, 17-7pH, A-286 usw
Der Aluminium enthaltende Standard-Nitrierstahl kann nach dem Nitrieren eine hohe Härte und eine hochverschleißfeste Oberfläche erreichen, seine gehärtete Schicht ist jedoch auch sehr spröde. Im Gegensatz dazu hat niedriglegierter Stahl mit Chromgehalt eine geringere Härte, aber die gehärtete Schicht ist relativ duktil und ihre Oberfläche weist auch eine beträchtliche Verschleißfestigkeit und Strahlfestigkeit auf. Daher ist es angebracht, bei der Auswahl der Materialien auf die Eigenschaften der Materialien zu achten und ihre Vorteile voll auszunutzen, um die Funktion der Teile zu erfüllen. Werkzeugstähle wie H11 (SKD61) und D2 (SKD-11) weisen eine hohe Oberflächenhärte und hohe Kernfestigkeitseffekte auf.
Erhöhen Sie die Verschleißfestigkeit, Oberflächenhärte, Ermüdungsgrenze und Korrosionsbeständigkeit von Stahlteilen.
Technischer Prozess
• Reinigen der Teileoberfläche vor dem Nitrieren
Die meisten Teile können unmittelbar nach der Gasentfettung nitriert werden. Einige Teile müssen auch mit Benzin gereinigt werden, aber wenn die letzte Bearbeitungsmethode vor dem Nitrieren Polieren, Schleifen, Polieren usw. verwendet wird, können Oberflächenschichten entstehen, die das Nitrieren behindern, was zu ungleichmäßigen Nitrierschichten oder Biegefehlern nach dem Nitrieren führt. Zu diesem Zeitpunkt sollte eine der beiden folgenden Methoden verwendet werden, um die Oberflächenschicht zu entfernen. Die erste Methode besteht darin, das Öl vor dem Nitrieren mit Gas zu entfernen. Anschließend wird die Oberfläche mit Schleifoxidpulver abrasiv gereinigt. Die zweite Methode besteht darin, die Oberfläche mit einer Phosphatbeschichtung zu behandeln.
• Luftentfernung aus dem Nitrierofen
Die behandelten Teile werden in den Nitrierofen gelegt und der Ofendeckel kann nach dem Versiegeln erhitzt werden, allerdings muss vor dem Erhitzen auf 150 Grad C die Luft aus dem Ofen entfernt werden.
Die Hauptfunktion des Abgasofens besteht darin, das durch die Zersetzung von Ammoniakgas und den Kontakt mit der Luft verursachte explosive Gas zu verhindern und die Oberflächenoxidation des behandelten Materials und des Trägers zu verhindern. Die verwendeten Gase sind Ammoniak und Stickstoff.
Die Regeln zum Entfernen der Luft aus dem Ofen lauten wie folgt:
① Nachdem die verarbeiteten Teile installiert sind, wird der Ofendeckel versiegelt und das wasserfreie Ammoniakgas gestartet, und die Durchflussrate ist so hoch wie möglich.
② Stellen Sie die automatische Temperaturregelung des Heizofens auf 150 Grad ein und beginnen Sie mit dem Erhitzen (beachten Sie, dass die Ofentemperatur nicht höher als 150 Grad sein darf).
③ Wenn die Luft im Ofen auf weniger als 10 % entfernt wird oder das austretende Gas mehr als 90 % NH3 enthält, wird die Ofentemperatur auf die Nitriertemperatur erhöht.
Zersetzungsrate von Ammoniak
Das Nitrieren erfolgt in Kontakt mit anderen Legierungselementen und dem primären Stickstoff, aber die Produktion des primären Stickstoffs, d. h. der Stahl selbst, wird zum Katalysator, wenn das Ammoniak mit dem erhitzten Stahl in Kontakt kommt, und fördert die Zersetzung von Ammoniak.
Obwohl das Nitrieren bei verschiedenen Ammoniak-Zersetzungsraten durchgeführt werden kann, wird im Allgemeinen eine Zersetzungsrate von 15 bis 30 % verwendet, die erforderliche Nitrierdicke wird für mindestens 4 bis 10 Stunden aufrechterhalten und die Behandlungstemperatur wird bei etwa 520 °C gehalten .
Kühlung
Die meisten industriellen Nitrieröfen verfügen über Wärmeschalter, um den Ofen und die Prozessteile nach Abschluss der Nitrierung schnell abzukühlen. Das heißt, nach Abschluss der Nitrierung wird die Heizstromversorgung abgeschaltet, die Ofentemperatur um etwa 50 °C gesenkt, anschließend wird die Ammoniakdurchflussrate verdoppelt und der Wärmeschalter geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt muss beobachtet werden, ob in der an das Abgasrohr angeschlossenen Glasflasche ein Blasenüberlauf auftritt, um den Überdruck im Ofen zu bestätigen. Nachdem sich das Ammoniakgas im Ofen abgesetzt hat, kann der Ammoniakfluss reduziert werden, bis der Überdruck im Ofen aufrechterhalten bleibt. Wenn die Ofentemperatur unter 150 °C sinkt, wird die oben beschriebene Methode zur Ofengasentfernung angewendet und der Ofendeckel kann nach dem Einleiten von Luft oder Stickstoff geöffnet werden.
NH3 → [N] Fe + 3/2 H2
Das zersetzte N diffundiert in die Oberfläche des Stahls und bildet sich. Phasen-Fe2-3N-Gasnitrieren, der allgemeine Nachteil einer dünnen Härtungsschicht und einer langen Nitrierbehandlungszeit.
Die Gasnitrierung aufgrund der Zersetzung von NH3 ist für die Effizienz der Nitrierung gering, daher ist im Allgemeinen eine feste Auswahl an für die Nitrierung geeigneten Stählen wie Al, Cr, Mo und anderen Nitrierungselementen erforderlich, andernfalls kann die Nitrierung nicht unter Verwendung von JIS, SACM1 durchgeführt werden neue JIS, SACM645 und SKD61 zur Verstärkung und Zähigkeitsbehandlung, auch bekannt als Anlassen von Al, Cr, SKD61. Mo und andere Elemente erhöhen die Temperatur am Umwandlungspunkt, sodass die Abschrecktemperatur hoch ist und die Anlasstemperatur höher ist als die von gewöhnlichem Baulegierungsstahl, der zwischen der Nitriertemperatur und der Anlasssprödigkeit über einen langen Zeitraum angelassen wird Vorab wird eine Härtebehandlung durchgeführt. NH3-Gasnitrieren wird zum Nitrieren des Zuführrohrs und der Schnecke der Kunststoffspritzgussmaschine verwendet, da die Oberfläche lange Zeit rau, hart und spröde ist, nicht leicht zu schleifen ist und eine lange Zeit nicht wirtschaftlich ist.
Flüssignitrieren
Der Hauptunterschied beim flüssigen Weichnitrieren besteht darin, dass in der Nitrierschicht eine Fe3Nε-Phase vorhanden ist, die Fe4Nr-Phase vorhanden ist und kein Fe2Nξ-Phasennitrid enthält und ξ-Phasenverbindungen harte und spröde Nitride sind, die bei der Nitrierbehandlung eine schlechte Zähigkeit aufweisen. Die Methode des flüssigen Weichnitrierens besteht darin, das Werkstück zu behandeln, zuerst Rost zu entfernen, zu entfetten, vorzuwärmen und es dann in den Nitriertiegel zu legen, der das Hauptsalzmittel TF-1 ist. Je nach äußerer Belastung des Werkstücks wird es einige Minuten bis einige Stunden lang auf 560 bis 600 Grad erhitzt und die Tiefe der Nitrierschicht bestimmt. Bei der Behandlung muss ein Luftschlauch in den Boden des Werkstücks eingeführt werden Tiegel zur Zersetzung in CN oder CNO mit einer bestimmten Menge an Luftnitrierungssalz, das zur Arbeitsoberfläche eindringt und diffundiert. Die äußerste Verbindung auf der Oberfläche des Werkstücks besteht aus 8 bis 9 Gew.-% N und einer kleinen Menge C. In der Diffusionsschicht diffundieren Stickstoffatome in die -Fe-Basis, um den Stahl während der Nitrierphase aufgrund der Zersetzung ermüdungsbeständiger zu machen des CNO-Verbrauchs, daher wird ständig in 6 bis 8 Stunden die Salzzusammensetzung getestet, um die Luftmenge anzupassen oder neues Salz hinzuzufügen.
Das für die flüssige Weichnitrierungsbehandlung verwendete Material ist Eisenmetall, und die Oberflächenhärte nach dem Nitrieren ist bei Al-, Cr-, Mo- und Ti-Elementen höher und je höher der Goldgehalt, desto geringer die Nitrierungstiefe, wie z. B. Kohlenstoffstahl Hv 350 ~ 650, Edelstahl Hv 1000 ~ 1200, Nitrierstahl Hv 800 ~ 1100.
Flüssiges Weichnitrieren eignet sich für verschleißfeste und ermüdungsbeständige Automobilteile, Nähmaschinen, Kameras usw., wie z. B. die Behandlung von Zylinderlaufbuchsen, Ventilen, Kolbenzylinderbehandlungen und Formen, die sich nicht leicht verformen lassen.
Ionennitrieren
Bei dieser Methode wird ein Werkstück in den Nitrierofen gelegt, im Ofen vorab ein Vakuum auf {{0}} ~ 10-3 Torr(㎜Hg) gepumpt und dann N2-Gas oder N{ eingeleitet. {3}} H2-Mischung, stellen Sie den Ofen auf 1-10 Torr ein, verbinden Sie den Ofenkörper mit der Anode, das Werkstück mit der Kathode und leiten Sie eine Gleichspannung von Hunderten Volt zwischen den beiden Polen. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt das N2-Gas im Ofen eine brillante Entladung in positive Ionen, die sich zur Arbeitsoberfläche bewegen, und die Kathodenspannung fällt augenblicklich stark ab, so dass die positiven Ionen mit hoher Geschwindigkeit zur Kathodenoberfläche strömen Geschwindigkeit, wandelt kinetische Energie in Gasenergie um, wodurch die Oberflächentemperatur des Werkstücks steigt und die Werkstückoberfläche nach dem Aufprall von Stickstoffionen Fe.CO abgibt. Solche Elemente spritzen heraus und verbinden sich mit Stickstoffionen zu FeN, wodurch Eisennitrid nach und nach am Werkstück adsorbiert wird und eine Nitrierung erzeugt. Bei der Ionennitrierung handelt es sich grundsätzlich um die Verwendung von Stickstoff, aber wenn die Zugabe von Wasserstoffcarbidgas für die ionenweiche Nitridierungsbehandlung verwendet werden kann , aber im Allgemeinen als Ionennitrierungsbehandlung bezeichnet. Die Stickstoffkonzentration auf der Oberfläche des Werkstücks kann durch Ändern des Partialdruckverhältnisses des in den Ofen gefüllten Mischgases (N2 + H2) eingestellt werden. Während des Prozesses der reinen Ionennitrierung beträgt der N-Gehalt des einphasigen r'(Fe4N)-Gewebes auf der Arbeitsfläche 5,7 bis 6,1 Gew.-% und die Dicke der Schicht beträgt weniger als 10μm. Die Verbindungsschicht ist stark, aber nicht porös und fällt nicht leicht ab. Da Eisennitrid kontinuierlich vom Werkstück adsorbiert und in das Innere diffundiert, ist die Struktur von der Oberfläche zum Inneren FeN → Fe2N → Fe3N → Fe4N-Sequenzwechsel, einphasiger ε(Fe3N)-N-Gehalt von 5,7 bis 11,0 % Gew. einphasiger ξ(Fe2N) N-Gehalt von 11,0 bis 11,35 Gew.-%. Wenn durch Ionennitrierung zunächst die r-Phase erzeugt und dann die Wasserstoffcarbidreihe hinzugefügt wird, entsteht daraus die ε-Phasen-Verbindungsschicht und Diffusionsschicht, da die Vergrößerung der Diffusionsschicht einen großen Beitrag zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit leistet. Die ε-Phase ist die beste.
