O tratamento de nitretação refere-se a um processo de tratamento térmico químico no qual os átomos de nitrogênio penetram na superfície da peça em um determinado meio e a uma determinada temperatura. Os produtos nitretados possuem excelente resistência ao desgaste, resistência à fadiga, resistência à corrosão e resistência a altas temperaturas.
Introdução ao tratamento de nitretação
Os elementos de alumínio, cromo, vanádio e molibdênio nas ligas de aço tradicionais são muito úteis para a nitretação. Esses elementos formam nitretos estáveis quando entram em contato com átomos de nitrogênio primitivos em temperaturas de nitretação. O molibdênio, em particular, atua não apenas como elemento formador de nitreto, mas também como redução da fragilidade que ocorre em temperaturas de nitretação. Os elementos de outras ligas de aço, como níquel, cobre, silício, manganês, etc., não contribuem muito para as características de nitretação. Em geral, se o aço contém um ou mais elementos geradores de nitreto, o efeito após a nitretação é melhor. Entre eles, o alumínio é o elemento nitreto mais forte, e os resultados de nitretação contendo 00,85 ~ 1,5% de alumínio são os melhores. No caso de aço cromo contendo cromo, se houver teor suficiente, bons resultados também podem ser obtidos. No entanto, o aço carbono sem liga não é adequado para nitretação de aço porque a camada de nitretação gerada por ele é muito frágil e fácil de descascar.
Existem seis tipos de aço de nitretação comumente usados, como segue:
(1) Aço de baixa liga contendo alumínio (aço de nitretação padrão)
(2) Aço médio carbono e baixa liga contendo elemento cromo série SAE 4100.4300.5100.6100,8600,8700.9800.
(3) Aço para matrizes para trabalho a quente (contendo cerca de 5% de cromo) SAE H11 (SKD-61)H12, H13
(4) Aço inoxidável ferrítico e martensítico série SAE 400
(5) Aço inoxidável austenítico série SAE 300
(6) Aço inoxidável endurecido por precipitação 17-4PH, 17-7pH, A-286, etc.
O aço de nitretação padrão contendo alumínio pode obter uma superfície de alta dureza e alta resistência ao desgaste após a nitretação, mas sua camada endurecida também é muito frágil. Pelo contrário, o aço de baixa liga contendo cromo tem menor dureza, mas a camada endurecida é relativamente dúctil e sua superfície também apresenta considerável resistência ao desgaste e resistência à viga. Portanto, na hora de selecionar os materiais, é adequado estar atento às características dos materiais e aproveitar ao máximo suas vantagens para atender à função das peças. Aços para ferramentas como H11 (SKD61) e D2 (SKD -11) têm alta dureza superficial e altos efeitos de resistência do núcleo.
Aumente a resistência ao desgaste, a dureza superficial, o limite de fadiga e a resistência à corrosão das peças de aço.
Processo técnico
• Limpeza da superfície da peça antes da nitretação
A maioria das peças pode ser nitretada imediatamente após o desengorduramento a gás. Algumas peças também precisam ser limpas com gasolina, mas se o método de processamento final antes da nitretação for usado em polimento, retificação, polimento, etc., pode produzir camadas superficiais que dificultam a nitretação, resultando em camadas de nitretação irregulares ou defeitos de flexão após a nitretação. Neste momento, um dos dois métodos a seguir deve ser usado para remover a camada superficial. O primeiro método é remover o óleo com gás antes da nitretação. A superfície é então limpa com abrasivo com pó de óxido abrasivo. O segundo método é tratar a superfície com um revestimento de fosfato.
• Remoção de ar do forno de nitretação
As peças tratadas são colocadas no forno de nitretação e a tampa do forno pode ser aquecida após a selagem, mas o ar deve ser removido do forno antes de aquecer a 150 graus C.
A principal função do forno de exaustão é evitar o gás explosivo causado pela decomposição do gás amônia e pelo contato com o ar, e evitar a oxidação superficial do material tratado e do suporte. Os gases utilizados são amônia e nitrogênio.
As regras para remoção de ar do forno são as seguintes:
① Após a instalação das peças processadas, a tampa do forno é selada e o gás amônia anidro é iniciado e a vazão é a maior possível.
② Defina o controle automático de temperatura do forno de aquecimento em 150 graus e inicie o aquecimento (observe que a temperatura do forno não pode ser superior a 150 graus).
③ Quando o ar no forno é removido para menos de 10%, ou o gás descarregado contém mais de 90% de NH3, a temperatura do forno é elevada até a temperatura de nitretação.
Taxa de decomposição de amônia
A nitretação é realizada em contato com outros elementos de liga e o nitrogênio primário, mas a produção do nitrogênio primário, ou seja, o próprio aço se torna o catalisador quando a amônia entra em contato com o aço aquecido e promove a decomposição da amônia.
Embora a nitretação possa ser realizada sob várias taxas de decomposição de amônia, geralmente é usada uma taxa de decomposição de 15 a 30%, a espessura necessária da nitretação é mantida por pelo menos 4 a 10 horas e a temperatura de tratamento é mantida em cerca de 520 graus C. .
resfriamento
A maioria dos fornos de nitretação industriais possuem interruptores térmicos para resfriar rapidamente o forno e processar as peças após a conclusão da nitretação. Ou seja, após a conclusão da nitretação, a fonte de alimentação de aquecimento é desligada, a temperatura do forno é reduzida em cerca de 50 graus C e, em seguida, a taxa de fluxo de amônia é duplicada e o interruptor de calor é aberto. Neste momento, é necessário observar se há transbordamento de bolha na garrafa de vidro conectada ao escapamento para confirmar a pressão positiva no forno. Após o gás amônia assentar no forno, o fluxo de amônia pode ser reduzido até que a pressão positiva no forno seja mantida. Quando a temperatura do forno cai abaixo de 150 graus C, o método de remoção de gás do forno descrito acima é usado e a tampa do forno pode ser aberta após a introdução de ar ou nitrogênio.
NH3 → [N] Fe + 3/2 H2
O N decomposto é difundido na superfície do aço para se formar. Nitretação com gás de fase Fe2-3N, a desvantagem geral da fina camada de endurecimento e do longo tempo de tratamento de nitretação.
A nitretação de gás devido à decomposição de NH3 para eficiência de nitretação é baixa, então geralmente uma seleção fixa de aço adequado para nitretação, como Al, Cr, Mo e outros elementos de nitretação, caso contrário a nitretação não pode ser realizada, usando JIS, SACM1 novo JIS, SACM645 e SKD61 para fortalecer e endurecer o tratamento, também conhecido como têmpera Al, Cr, SKD61. Mo e outros elementos aumentam a temperatura do ponto de transformação, de modo que a temperatura de têmpera é alta e a temperatura de revenido é mais alta do que a do aço de liga estrutural comum, que é temperado com fragilidade entre a temperatura de nitretação por um longo tempo, então o revenido e o tratamento de endurecimento é aplicado antecipadamente. A nitretação do gás NH3, porque a superfície é áspera por muito tempo, dura e quebradiça, não é fácil de moer e muito tempo não é econômica, é usada para a nitretação do tubo de alimentação e do parafuso da máquina de moldagem por injeção de plástico.
Nitretação líquida
A principal diferença da nitretação líquida mole é que existe uma fase Fe3Nε na camada de nitretação, a fase Fe4Nr existe e não contém nitreto de fase Fe2Nξ, e os compostos da fase ξ são nitretos duros e quebradiços que são pobres em tenacidade no tratamento de nitretação. O método de nitretação líquida suave consiste em tratar a peça, primeiro remover a ferrugem, desengordurar, pré-aquecer e depois colocá-la no cadinho de nitretação, que é o principal agente salino TF-1. É aquecido a 560 ~ 600 graus por alguns minutos a algumas horas, de acordo com a carga externa da peça, e determina a profundidade da camada de nitretação, no tratamento, um tubo de ar deve ser passado na parte inferior do cadinho para se decompor em CN ou CNO com uma certa quantidade de agente salino de nitretação de ar, permeando e difundindo-se na superfície de trabalho. O composto mais externo na superfície da peça de trabalho é 8 ~ 9% em peso de N e uma pequena quantidade de C e camada de difusão, átomos de nitrogênio se difundem na base -Fe para tornar o aço mais resistente à fadiga, durante o período de nitretação devido à decomposição do consumo de CNO, por isso é constantemente testado em 6 a 8 horas de composição de sal, para ajustar a quantidade de ar ou adicionar sal novo.
O material usado para o tratamento de nitretação líquida macia é o metal de ferro, e a dureza da superfície após a nitretação é maior com os elementos Al, Cr, Mo e Ti, e quanto maior o teor de ouro, menor a profundidade de nitretação, como o aço carbono Hv 350 ~ 650, aço inoxidável Hv 1000 ~ 1200, aço de nitretação Hv 800 ~ 1100.
A nitretação líquida macia é adequada para peças automotivas resistentes ao desgaste e à fadiga, máquinas de costura, câmeras, etc., como tratamento de camisa de cilindro, tratamento de válvula, tratamento de cilindro de pistão e molde que não é fácil de deformar.
Nitretação de íons
Este método consiste em colocar uma peça de trabalho no forno de nitretação, bombear um vácuo no forno para {{0}} ~ 10-3 Torr(㎜Hg) antecipadamente e, em seguida, introduzir gás N2 ou N{ {3}} Mistura H2, ajuste o forno para 1-10 Torr, conecte o corpo do forno ao ânodo, a peça de trabalho ao cátodo e passe centenas de volts de tensão CC entre os dois pólos. Neste momento, o gás N2 no forno produzirá uma descarga brilhante em íons positivos, movendo-se para a superfície de trabalho, e a tensão do cátodo cairá drasticamente em um instante, de modo que os íons positivos correrão para a superfície do cátodo em alta velocidade. velocidade, transformando energia cinética em energia de gás, fazendo com que a temperatura da superfície da peça aumente, e a superfície da peça jogará Fe.CO após o impacto dos íons de nitrogênio. Tais elementos espirram e se combinam com íons de nitrogênio em FeN, assim o nitreto de ferro é gradualmente adsorvido na peça de trabalho e produz nitretação, a nitretação iônica é basicamente o uso de nitrogênio, mas se a adição de gás carboneto de hidrogênio puder ser usada para tratamento de nitretação iônica suave , mas geralmente referido como tratamento de nitretação iônica. A concentração de nitrogênio na superfície da peça de trabalho pode ser ajustada alterando a razão de pressão parcial do gás misturado (N2 + H2) preenchido no forno. Durante o processo de nitretação de íons puros, o tecido r '(Fe4N) monofásico contendo conteúdo de N é de 5,7 ~ 6,1% em peso na superfície de trabalho e a camada espessa é inferior a 1 0 μm. A camada composta é forte, mas não porosa e não é fácil de cair. Como o nitreto de ferro é continuamente adsorvido pela peça de trabalho e difundido para o interior, a estrutura da superfície para o interior é FeN → Fe2N → Fe3N→ Fe4N mudança de sequência, conteúdo monofásico de ε (Fe3N) N em 5,7 ~ 11,0% em peso, teor monofásico de ξ(Fe2N)N em 11,0 ~ 11,35% em peso. Quando a nitretação iônica gera primeiro a fase r e depois a série de carboneto de hidrogênio é adicionada, ela se torna a camada composta da fase ε e a camada de difusão, porque o aumento da camada de difusão ajuda muito a aumentar a resistência à fadiga. A fase ε é a melhor.
