Предимства и недостатъци на пещта за вакуумно азотиране и обикновената пещ за азотиране

1, Методи за постигане на азотиране
1. Газово азотиране
Газовото азотиране включва поставяне на детайла в запечатано пространство, въвеждане на газ амоняк и нагряването му до 500-580 градуса за няколко часа до десетки часове. Реакцията на разлагане на амонячен газ над 400 градуса ще настъпи както следва: 2NH3 - → 3H2 плюс 2 [N], което води до голям брой активни азотни атоми в пещта. Активните азотни атоми [N] се абсорбират от стоманената повърхност и дифундират вътре, образувайки нитриден слой.
Температурата на азотиране за подобряване на твърдостта и устойчивостта на износване обикновено е 500 до 520 градуса. Времето на престой зависи от необходимата дебелина на азотирания слой и обикновено се изчислява на 0,01 mm/h. Следователно времето, необходимо за получаване на дебелина от 0.25-0.65 mm е около 20-60h. Повишаването на температурата на азотиране може да ускори процеса на азотиране, но ще доведе до натрупване и грубост на нитрида, като по този начин ще намали твърдостта на повърхностния слой на детайла.
За азотиране за подобряване на твърдостта и устойчивостта на износване по време на азотирането трябва да се използват легирани стомани, съдържащи елементи като Mo, A и V, като 38CrMoAlA, 38CrMoAA и др. След азотиране тези стомани съдържат различни легирани нитриди в азотирания слой, като AlN, CrN, MoN, VN и др. Тези нитриди имат висока твърдост и стабилност и са равномерно диспергирани в стоманата, което прави азотирания слой на стоманата да има висока твърдост и устойчивост на износване. Cr може също така да подобри закаляването на стоманата, така че големите части да могат да получат еднакви механични свойства по време на закаляване и темпериране преди азотиране. Mo може също така да рафинира зърната и да намали втория тип крехкост на стоманата. Ако се използва обикновена въглеродна стомана за образуване на чист железен нитрид в азотирания слой, когато се нагрява до по-висока температура, тя лесно се разлага, агрегира и загрубява и не може да получи висока твърдост и висока устойчивост на износване.
Температурата на устойчиво на корозия азотиране обикновено е между 600 и 700 градуса, скоростта на разлагане е приблизително в диапазона от 40 до 70 процента, времето на престой варира от 15 минути до 4 часа, а дълбочината обикновено не надвишава 0,05 m. За устойчиви на корозия азотирани стомани може да се приложи всеки клас стомана и могат да се получат добри резултати.
2. Йонно нитриране
Йонното азотиране, известно още като азотиране със светещи йони, е процес на топлинна обработка, който има предимствата на кратки производствени цикли, висока повърхностна твърдост на частите и способността да се контролира крехкостта на азотирания слой. Следователно през последните години вътрешното развитие е бързо и обхватът на употреба е много широк.
Основен принцип на азотиране със светещи йони:
Светещо йонно азотиране е процес на поставяне на части във вакуумна камера за йонно азотиране. Азотираните части са свързани към катода (отрицателен електрод) на високоволтов DC захранващ блок, а кожухът на пещта е свързан към анода (положителен електрод) на високоволтов DC източник. Когато амонякът се зарежда във вакуумния контейнер, но налягането в контейнера остава между 200-1000PA. Когато между катода и анода се приложи постоянно напрежение от 800-1000V, амонякът ще се йонизира. След йонизация, производството на положително заредени азотни катиони [N плюс ] и отрицателно заредени аниони [N -] образува плазмена област. В плазмената зона положителните йони на азота бързо се втурват към катода под ускорението на електрическо поле с високо напрежение, бомбардирайки повърхността на частите, които трябва да се азотират, превръщайки кинетичната енергия в топлинна енергия. Освен това, когато азотните йони се превръщат в азотни атоми, те излъчват голямо количество топлинна енергия и излъчват ярка виолетова светлина. Освен това, когато напрежението падне близо до детайла, те също генерират топлина, която загрява частите до необходимата температура на азотиране.
При тази температура азотните йони реагират химически с металната повърхност на детайла и азотните атоми проникват в повърхността на детайла и дифундират във вътрешността, образувайки нитриден слой.
Характеристики на азотиране със светещи йони:
(1) Скоростта на нагряване на повърхността е бърза, което може да съкрати времето за нагряване и охлаждане до 1/10 до 1/12. В допълнение, останалите части са в състояние на ниска температура (около 100 градуса), с изключение на нагряването на обработваната повърхност, което не само спестява топлинна мощност, но също така намалява деформацията на частите.
(2) Процесът на дифузия е бърз. Под действието на електрическо поле с високо напрежение, тъй като скоростта на движение на азотиращите атоми е многократно по-бърза от тази на газовото азотиране, скоростта на проникване е по-бърза и обикновено отнема само 3-10 часа.
(3) Азотираният слой има добра якост, висока устойчивост на умора и висока устойчивост на износване, а азотираният слой е крехък и бял ε Фазата (Fe2N) се контролира в диапазона от 0 до 0. 2 mm, като по този начин елиминира процеса на смилане на азотирани части.
Твърдостта на повърхността е толкова висока, колкото HV900 (HRC64), а дълбочината на азотиращия слой може да се контролира между 0.09-0.87 mm.
3. Течно азотиране
Течното азотиране е сравнително нов процес на химическа топлинна обработка с температура, която не надвишава 570 градуса и кратко време за обработка от само 1-3 часа; И не използвайте специална стомана. Тестът показва, че противоизносната способност на 40Cr след обработка с течно азотиране е с 50 процента по-висока от тази след общо охлаждане и отвръщане; Износоустойчивостта на чугуна след обработка с течно азотиране се подобрява още повече. Не само това, практиката е доказала, че частите, подложени на обработка с течно азотиране, са подобрили своята устойчивост на умора и устойчивост на корозия в различна степен; След третиране с течно азотиране експлоатационният живот на режещите инструменти за високоскоростна стомана обикновено може да се увеличи с 20-200 процента; След третиране с течно азотиране експлоатационният живот на матрицата за леене под налягане 3Cr2W8V може да се увеличи 3-5 пъти. Течният азотиран повърхностен слой е твърд, но не чуплив и има определена якост, която не е склонна към отлепване.
Течното азотиране обаче има и недостатъци: например дебелината на слоя от нитридно желязно съединение в неговия азотиран повърхностен слой е сравнително тънка, само 0.01-0.02 mm. Цианидните соли обикновено се използват като суровини за течно азотиране в чужбина, докато нетоксични суровини са използвани за течно азотиране в Китай. Формулата за нетоксично течно азотиране в Китай е: урея 40 процента, натриев карбонат 30 процента, калиев хлорид 20 процента и калиев хидроксид 10 процента (точката на топене на смесената сол е около 340 градуса). Въпреки че течното азотиране има много предимства, поради токсичността на реакциите на разтваряне на солта, то засяга здравето на операторите и отпадъчната сол не е лесна за третиране. В резултат на това употребата е все по-ограничена.
Анализ на разходите за различни методи за азотиране
1. Газовата пещ за азотиране има сложна структура, малко по-висока цена и е малко трудна за работа. Качеството на азотиране обаче е добро и може да постигне дълбок карбуризиращ слой и висока твърдост, но изисква дълго време и използваното количество амоняк също е високо
2. Изискванията към производствения и производствения процес на пещта за йонно азотиране са много високи, използваните материали също са много изящни и съдържанието на технологията за електрическо управление е много високо