مزایا و معایب کوره نیتریدینگ خلاء و کوره نیتروژن معمولی

1، روشهای دستیابی به نیتریداسیون
1. نیتریداسیون گازی
نیتریدینگ گاز شامل قرار دادن قطعه کار در یک فضای دربسته، وارد کردن گاز آمونیاک و حرارت دادن آن به درجه 500-580 برای چند ساعت تا ده ها ساعت است. واکنش تجزیه گاز آمونیاک بالای 400 درجه به صورت زیر رخ می دهد: 2NH3 - → 3H2 به اضافه 2 [N]، که منجر به تعداد زیادی اتم نیتروژن فعال در کوره می شود. اتم‌های نیتروژن فعال [N] توسط سطح فولاد جذب شده و در داخل پخش می‌شوند و یک لایه نیترید تشکیل می‌دهند.
دمای نیتریدینگ برای بهبود سختی و مقاومت در برابر سایش معمولاً 500 تا 520 درجه است. زمان ماند به ضخامت مورد نیاز لایه نیترید شده بستگی دارد و به طور کلی 0.01 میلی متر در ساعت محاسبه می شود. بنابراین، زمان لازم برای به دست آوردن ضخامت 0.{5}}.65 میلی متر حدود 20-60 ساعت است. افزایش دمای نیتریدینگ می تواند فرآیند نیترید را تسریع کند، اما باعث تجمع نیترید و درشت شدن آن می شود و در نتیجه سختی لایه سطحی قطعه را کاهش می دهد.
برای نیتریدینگ به منظور بهبود سختی و مقاومت در برابر سایش، باید از فولادهای آلیاژی حاوی عناصری مانند Mo، A و V مانند 38CrMoAlA، 38CrMoAA و غیره در حین نیتریدینگ استفاده شود. این فولادها پس از نیترید شدن دارای نیتریدهای آلیاژی مختلفی در لایه نیترید شده مانند AlN، CrN، MoN، VN و غیره هستند که این نیتریدها سختی و پایداری بالایی دارند و به طور یکنواخت در فولاد پراکنده می شوند و باعث می شود که لایه نیترید شده فولاد دارای سختی و پایداری بالایی باشد. سختی بالا و مقاومت در برابر سایش. کروم همچنین می تواند سختی پذیری فولاد را بهبود بخشد، به طوری که قطعات بزرگ می توانند خواص مکانیکی یکنواختی را در هنگام خاموش کردن و تمپر کردن قبل از نیترید شدن به دست آورند. مو همچنین می تواند دانه ها را تصفیه کند و نوع دوم شکنندگی ذرات فولاد را کاهش دهد. اگر از فولاد کربن معمولی برای تشکیل نیترید آهن خالص در لایه نیترید شده استفاده شود، هنگامی که تا دمای بالاتر گرم می شود، تجزیه، جمع شدن و درشت شدن آن آسان است و نمی تواند سختی بالا و مقاومت در برابر سایش بالا را بدست آورد.
دمای نیتریدینگ مقاوم در برابر خوردگی معمولاً بین 600 تا 700 درجه است، سرعت تجزیه تقریباً در محدوده 40 تا 70 درصد است، زمان ماند از 15 دقیقه تا 4 ساعت متغیر است و عمق به طور کلی اینطور نیست. بیش از 0.05 متر برای فولادهای نیتریدینگ مقاوم در برابر خوردگی، می توان از هر نوع فولادی استفاده کرد و نتایج خوبی به دست آورد.
2. نیتریداسیون یونی
نیترید یونی که به عنوان نیتریدینگ یون درخشان نیز شناخته می شود، یک فرآیند عملیات حرارتی است که دارای مزایای سیکل تولید کوتاه، سختی سطح بالای قطعات و توانایی کنترل شکنندگی لایه نیترید شده است. بنابراین، در سال های اخیر توسعه داخلی سریع بوده و دامنه استفاده بسیار گسترده است.
اصل اساسی نیتریدینگ یون درخشان:
نیتریدینگ یون براق فرآیند قرار دادن قطعات در یک محفظه خلاء برای نیتریدینگ یونی است. قطعات نیترید شده به کاتد (الکترود منفی) منبع تغذیه DC ولتاژ بالا و پوسته کوره به آند (الکترود مثبت) منبع تغذیه DC با ولتاژ بالا متصل می شود. هنگامی که آمونیاک در ظرف خلاء شارژ می شود، اما فشار در ظرف بین 200-1000PA باقی می ماند. وقتی ولتاژ DC 800-1000V بین کاتد و آند اعمال شود، گاز آمونیاک یونیزه می شود. پس از یونیزاسیون، تولید کاتیون های نیتروژن با بار مثبت [N به علاوه] و آنیون های با بار منفی [N -] یک ناحیه پلاسما را تشکیل می دهد. در ناحیه پلاسما، یون‌های مثبت نیتروژن تحت شتاب میدان الکتریکی با ولتاژ بالا به سرعت به سمت کاتد هجوم می‌آورند و سطح قطعات نیترید را بمباران می‌کنند و انرژی جنبشی را به انرژی گرمایی تبدیل می‌کنند. همچنین وقتی یون های نیتروژن به اتم های نیتروژن تبدیل می شوند، مقدار زیادی انرژی گرمایی ساطع می کنند و نور بنفش درخشانی از خود ساطع می کنند. علاوه بر این، هنگامی که ولتاژ در نزدیکی قطعه کار کاهش می یابد، گرما را نیز تولید می کنند که قطعات را تا دمای نیتروژن مورد نیاز گرم می کند.
در این دما، یون های نیتروژن با سطح فلز قطعه واکنش شیمیایی می دهند و اتم های نیتروژن به سطح قطعه نفوذ کرده و به داخل پخش می شوند و یک لایه نیترید تشکیل می دهند.
ویژگی های نیتریدینگ یون براق:
(1) سرعت گرمایش سطح سریع است، که می تواند زمان گرمایش و سرمایش را به 1/10 تا 1/12 کوتاه کند. علاوه بر این، بقیه قطعات در دمای پایین (حدود 100 درجه) به جز گرمایش سطح تصفیه هستند که نه تنها باعث صرفه جویی در انرژی حرارتی می شود، بلکه تغییر شکل قطعات را نیز کاهش می دهد.
(2) فرآیند انتشار سریع است. تحت عمل میدان الکتریکی ولتاژ بالا، به دلیل اینکه سرعت حرکت اتم های نیتروژن چندین برابر سریعتر از نیتروژن گاز است، سرعت نفوذ سریعتر است و معمولاً فقط 3-10 ساعت طول می کشد.
(3) لایه نیترید شده دارای چقرمگی خوب، مقاومت در برابر خستگی بالا و مقاومت در برابر سایش بالا است و لایه نیترید شده شکننده و سفید است ε فاز (Fe2N) در محدوده 0 تا 0 کنترل می شود. 2 میلی متر، در نتیجه فرآیند سنگ زنی قطعات نیترید شده را حذف می کند.
سختی سطح به اندازه HV900 (HRC64) است و عمق لایه نیتریدینگ را می توان بین 0.87.{3}} میلی متر کنترل کرد.
3. نیتریداسیون مایع
نیتروژن مایع یک فرآیند عملیات حرارتی شیمیایی نسبتاً جدید است که دمای آن از 570 درجه تجاوز نمی‌کند و زمان پردازش کوتاه تنها 1-3 ساعت است. و از فولاد مخصوص استفاده نکنید. این آزمایش نشان می دهد که توانایی ضد سایش 40Cr پس از عملیات نیتریدینگ مایع 50 درصد بیشتر از پس از خاموش کردن و تمپر کردن عمومی است. مقاومت به سایش چدن پس از عملیات نیتریدینگ مایع حتی بیشتر بهبود می یابد. نه تنها این، عمل ثابت کرده است که قطعات تحت عملیات نیتریدینگ مایع، مقاومت خستگی و مقاومت در برابر خوردگی خود را به درجات مختلف بهبود بخشیده اند. پس از عملیات نیتریدینگ مایع، عمر ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا را می توان به طور کلی تا 20-200 درصد افزایش داد. پس از عملیات نیتریدینگ مایع، عمر قالب قالب ریخته گری 3Cr2W8V می تواند 3-5 برابر افزایش یابد. لایه سطحی نیترید مایع سخت است اما شکننده نیست و دارای چقرمگی خاصی است که مستعد لایه برداری نیست.
با این حال، نیتریداسیون مایع معایبی نیز دارد: به عنوان مثال، ضخامت لایه ترکیبی آهن نیترید در لایه سطحی نیترید شده آن نسبتاً نازک است، فقط 0.01-0.02 میلی متر. نمک های سیانید معمولاً به عنوان مواد خام برای نیتریداسیون مایع در خارج از کشور استفاده می شود، در حالی که مواد خام غیر سمی برای نیتریداسیون مایع در چین استفاده می شود. فرمول نیتریداسیون مایع غیر سمی در چین به این صورت است: اوره 40 درصد، کربنات سدیم 30 درصد، کلرید پتاسیم 20 درصد و هیدروکسید پتاسیم 10 درصد (نقطه ذوب نمک مخلوط حدود 340 درجه است). اگرچه نیتریداسیون مایع مزایای زیادی دارد، اما به دلیل سمی بودن واکنش های انحلال نمک، بر سلامت اپراتورها تأثیر می گذارد و نمک ضایعات به راحتی قابل درمان نیست. در نتیجه، استفاده به طور فزاینده ای محدود می شود.
تجزیه و تحلیل هزینه روش های مختلف نیتریدینگ
1. کوره نیترید گاز دارای ساختار پیچیده، قیمت کمی بالاتر است و کار با آن کمی دشوار است. با این حال، کیفیت نیتریدینگ خوب است و می تواند به یک لایه کربنی عمیق و سختی بالا دست یابد، اما به زمان طولانی نیاز دارد و مقدار گاز آمونیاک استفاده شده نیز بالا است.
2. الزامات فرآیند تولید و ساخت کوره نیترید یونی بسیار بالا است، مواد مورد استفاده نیز بسیار نفیس است و محتوای فناوری کنترل الکتریکی بسیار بالا است.