Nitrürleme işlemi, nitrojen atomlarının belirli bir ortamda, belirli bir sıcaklıkta iş parçasının yüzeyine nüfuz ettiği bir kimyasal ısıl işlem prosesini ifade eder. Nitrürlenmiş ürünler mükemmel aşınma direncine, yorulma direncine, korozyon direncine ve yüksek sıcaklık direncine sahiptir.
Nitrürleme işlemine giriş
Geleneksel alaşımlı çelikteki alüminyum, krom, vanadyum ve molibden elementleri nitrürleme için çok faydalıdır. Bu elementler nitrürleme sıcaklıklarında ilkel nitrojen atomları ile temasa geçtiklerinde stabil nitrürler oluştururlar. Özellikle molibden sadece nitrür oluşturucu bir element olarak değil, aynı zamanda nitrürleme sıcaklıklarında meydana gelen kırılganlığı da azaltan bir rol oynar. Diğer alaşımlı çeliklerdeki nikel, bakır, silikon, manganez vb. gibi elementler nitrürleme özelliklerine fazla katkıda bulunmaz. Genel olarak çelik bir veya daha fazla nitrür üreten element içeriyorsa nitrürleme sonrası etki daha iyi olur. Bunlar arasında alüminyum en güçlü nitrür elementidir ve 0.85 ~ 1.5% alüminyum içeren nitrürleme sonuçları en iyisidir. Krom içeren krom çeliği durumunda ise yeterli miktarda içerik olması halinde iyi sonuçlar da alınabilmektedir. Bununla birlikte, alaşımsız karbon çeliği çeliğin nitrürlenmesi için uygun değildir çünkü onun oluşturduğu nitrürleme tabakası çok kırılgandır ve soyulması kolaydır.
Yaygın olarak kullanılan altı tip nitrürleme çeliği vardır:
(1) Alüminyum içeren düşük alaşımlı çelik (standart nitrürleme çeliği)
(2) SAE 4100,4300,5100,6100,8600,8700,9800 serisi krom elementi içeren orta karbonlu düşük alaşımlı çelik.
(3) Sıcak iş kalıp çeliği (yaklaşık %5 krom içeren) SAE H11 (SKD-61)H12, H13
(4) Ferritik ve martensitik paslanmaz çelik SAE 400 serisi
(5) Östenitik paslanmaz çelik SAE 300 serisi
(6) Yağışla sertleşen paslanmaz çelik 17-4PH, 17-7pH, A-286, vb.
Alüminyum içeren standart nitrürleme çeliği, nitrürleme sonrasında yüksek sertlikte ve aşınmaya karşı yüksek dirençli bir yüzey elde edebilir, ancak sertleştirilmiş tabakası da çok kırılgandır. Aksine, krom içeren düşük alaşımlı çelik daha düşük bir sertliğe sahiptir, ancak sertleştirilmiş katman nispeten yumuşaktır ve yüzeyi de önemli ölçüde aşınma direncine ve kiriş direncine sahiptir. Bu nedenle malzeme seçerken malzemelerin özelliklerine dikkat etmek ve parçaların işlevini yerine getirmek için avantajlarından tam olarak yararlanmak uygundur. H11(SKD61) ve D2(SKD-11) gibi takım çelikleri yüksek yüzey sertliğine ve yüksek çekirdek mukavemeti etkilerine sahiptir.
Çelik parçaların aşınma direncini, yüzey sertliğini, yorulma sınırını ve korozyon direncini artırın.
Teknik süreç
• Nitrasyondan önce parça yüzeyinin temizlenmesi
Çoğu parça gazla yağdan arındırıldıktan hemen sonra nitrürlenebilir. Bazı parçaların da benzinle temizlenmesi gerekir, ancak nitrürlemeden önceki son işleme yöntemi parlatma, taşlama, cilalama vb. işlemlerde kullanılırsa, nitrürlemeyi engelleyen yüzey katmanları üretebilir, bu da nitrürleme sonrasında düzensiz nitrürleme katmanlarına veya bükülme kusurlarına neden olabilir. Bu sırada yüzey katmanını kaldırmak için aşağıdaki iki yöntemden biri kullanılmalıdır. İlk yöntem, nitrürlemeden önce yağın gazla uzaklaştırılmasıdır. Daha sonra yüzey aşındırıcı oksit tozuyla aşındırılarak temizlenir. İkinci yöntem ise yüzeye fosfat kaplama uygulanmasıdır.
• Nitrürleme fırınından havanın uzaklaştırılması
İşlenen parçalar nitrürleme fırınına yerleştirilir ve fırın kapağı kapatıldıktan sonra ısıtılabilir, ancak 150 derece C'ye ısıtılmadan önce fırından havanın çıkarılması gerekir.
Egzoz fırınının ana işlevi, amonyak gazının ayrışması ve hava ile temasından kaynaklanan patlayıcı gazı önlemek ve işlenen malzemenin ve desteğin yüzey oksidasyonunu önlemektir. Kullanılan gazlar amonyak ve nitrojendir.
Fırından havanın çıkarılmasına ilişkin kurallar aşağıdaki gibidir:
① İşlenen parçalar monte edildikten sonra fırın kapağı kapatılır ve susuz amonyak gazı çalıştırılır ve akış hızı mümkün olduğunca artırılır.
② Isıtma fırınının otomatik sıcaklık kontrolünü 150 dereceye ayarlayın ve ısıtmaya başlayın (fırın sıcaklığının 150 dereceden yüksek olamayacağını unutmayın).
③ Fırındaki hava %10'un altına çıkarıldığında veya boşaltılan gaz %90'dan fazla NH3 içerdiğinde, fırın sıcaklığı nitrürleme sıcaklığına yükseltilir.
Amonyağın ayrışma hızı
Nitrasyon, diğer alaşım elementleri ve birincil nitrojen ile temas halinde gerçekleştirilir, ancak birincil nitrojenin üretimi, yani çeliğin kendisi, amonyak ısıtma çeliği ile temas ettiğinde katalizör haline gelir ve amonyağın ayrışmasını destekler.
Nitrürleme, amonyağın çeşitli ayrışma oranları altında gerçekleştirilebilmesine rağmen, genellikle %15 ila %30'luk bir ayrışma oranı kullanılır, gerekli nitrürleme kalınlığı en az 4 ila 10 saat boyunca muhafaza edilir ve işlem sıcaklığı yaklaşık 520 derece C'de tutulur. .
soğutma
Çoğu endüstriyel nitrürleme fırını, nitrürleme tamamlandıktan sonra fırını ve proses parçalarını hızlı bir şekilde soğutmak için ısı anahtarlarına sahiptir. Yani nitrürleme tamamlandıktan sonra ısıtma güç kaynağı kapatılır, fırın sıcaklığı yaklaşık 50 derece C düşürülür ve ardından amonyak akış hızı iki katına çıkarılarak ısı anahtarı açılır. Bu esnada fırındaki pozitif basıncı teyit etmek için egzoz borusuna bağlanan cam şişede kabarcık taşması olup olmadığını gözlemlemek gerekir. Amonyak gazı fırına yerleştikten sonra, fırındaki pozitif basınç korununcaya kadar amonyak akışı azaltılabilir. Fırın sıcaklığı 150 derecenin altına düştüğünde yukarıda anlatılan fırın gazını giderme yöntemi kullanılır ve fırın kapağı hava veya nitrojen verildikten sonra açılabilir.
NH3 → [N] Fe + 3/2 H2
Ayrışmış N, oluşturmak üzere çeliğin yüzeyine yayılır. Faz Fe2-3N gaz nitrürlemenin genel dezavantajı ince sertleştirme katmanı ve uzun nitrürleme işlem süresidir.
Nitrürleme verimliliği için NH3'ün ayrışması nedeniyle gaz nitrürleme düşüktür, bu nedenle genellikle nitrürlemeye uygun Al, Cr, Mo ve diğer nitrürleme elementleri gibi sabit bir çelik seçimi yapılır, aksi takdirde nitrürleme JIS, SACM1 kullanılarak gerçekleştirilemez. Tavlama Al, Cr, SKD61 olarak da bilinen işlemi güçlendirmek ve sertleştirmek için yeni JIS, SACM645 ve SKD61. Mo ve diğer elementler dönüşüm noktasının sıcaklığını arttırır, bu nedenle söndürme sıcaklığı yüksektir ve tavlama sıcaklığı, nitrürleme sıcaklığı arasında uzun süre temperlenmiş kırılganlık olan sıradan yapısal alaşımlı çeliğinkinden daha yüksektir, bu nedenle tavlama ve Önceden sertleştirme tedavisi uygulanır. NH3 gazı nitrürleme, yüzeyin uzun süre pürüzlü olması, sert ve kırılgan taşlanması kolay olmaması ve uzun süre ekonomik olmaması nedeniyle, plastik enjeksiyon kalıplama makinesinin besleme borusunun ve vidasının nitrürlenmesi için kullanılır.
Sıvı nitrürleme
Sıvı yumuşak nitrürlemenin temel farkı, nitrürleme katmanında bir Fe3Nε fazının bulunması, Fe4Nr fazının mevcut olması ve Fe2Nξ fazı nitrür içermemesi ve ξ fazı bileşiklerinin, nitrürleme işleminde tokluk açısından zayıf olan sert ve kırılgan nitrürler olmasıdır. Sıvı yumuşak nitrürleme yöntemi, iş parçasını işlemek, önce pası çıkarmak, yağdan arındırmak, ön ısıtma yapmak ve ardından onu ana tuz maddesi TF-1 olan nitrürleme potasına yerleştirmektir. İş parçasının dış yüküne göre birkaç dakikadan birkaç saate kadar 560 ~ 600 dereceye kadar ısıtılır ve nitrürleme katmanının derinliği belirlenir, işlemde alt kısmına bir hava tüpü geçirilmelidir. belirli bir miktarda hava nitrürleme tuz maddesi ile CN veya CNO'ya ayrışmak, çalışma yüzeyine nüfuz etmek ve yayılmak için pota. İş parçasının yüzeyindeki en dıştaki bileşik ağırlıkça %8 ~ 9 N ve az miktarda C ve difüzyon katmanından oluşur; nitrojen atomları, ayrışma nedeniyle nitrürleme döneminde çeliği yorulmaya daha dayanıklı hale getirmek için -Fe bazına yayılır. CNO tüketimi, bu nedenle hava miktarını ayarlamak veya yeni tuz eklemek için 6 ila 8 saatlik tuz bileşiminde sürekli olarak test edilir.
Sıvı yumuşak nitrürleme işlemi için kullanılan malzeme demir metalidir ve nitrürleme sonrası yüzey sertliği Al, Cr, Mo ve Ti elementleri ile daha yüksektir ve daha fazla altın içeriği, karbon çeliği Hv 350 ~ gibi nitrürleme derinliği o kadar sığ olur. 650, paslanmaz çelik Hv 1000 ~ 1200, nitrürleme çeliği Hv 800 ~ 1100.
Sıvı yumuşak nitrürleme, silindir gömleği işlemi, valf işlemi, piston silindir işlemi ve deforme edilmesi kolay olmayan kalıp gibi aşınmaya dayanıklı ve yorulmaya dayanıklı otomotiv parçaları, dikiş makineleri, kameralar vb. için uygundur.
İyon nitrürleme
Bu yöntem, nitrürleme fırınına bir iş parçası yerleştirmek, önceden {{0}} ~ 10-3 Torr(㎜Hg) değerine kadar fırına bir vakum pompalamak ve ardından N2 gazı veya N{ eklemektir. {3}} H2 karışımı, fırını 1-10 Torr'a ayarlayın, fırın gövdesini anoda, iş parçasını katoda bağlayın ve iki kutup arasından yüzlerce volt DC voltajı geçirin. Bu sırada, fırındaki N2 gazı, çalışma yüzeyine doğru hareket ederek pozitif iyonlara parlak bir deşarj oluşturacak ve katot voltajı bir anda keskin bir şekilde düşecek, böylece pozitif iyonlar katot yüzeyine yüksek bir hızla koşacaktır. hız, kinetik enerjiyi gaz enerjisine dönüştürür, iş parçasının yüzey sıcaklığının yükselmesini sağlar ve iş parçası yüzeyi nitrojen iyonlarının etkisinden sonra Fe.CO oynayacaktır. Bu tür elementler dışarı sıçrar ve nitrojen iyonlarıyla FeN'e birleşir, bu nedenle demir nitrür yavaş yavaş iş parçası üzerinde adsorbe edilir ve nitrürleme üretir, iyon nitrürleme temel olarak nitrojenin kullanılmasıdır, ancak hidrojen karbür gazının eklenmesi iyon yumuşak nitrürleme işlemi için kullanılabilirse , ancak genel olarak iyon nitrürleme işlemi olarak anılır. İş parçasının yüzeyindeki nitrojen konsantrasyonu, fırına doldurulan karışık gazın (N2 + H2) kısmi basınç oranı değiştirilerek ayarlanabilir. Saf iyon nitrürleme işlemi sırasında, N içeriği içeren tek fazlı r'(Fe4N) dokusu çalışma yüzeyinde ağırlıkça %5,7 ~ 6,1'dir ve kalın katman 10μm'den azdır. Bileşik katman güçlüdür ancak gözenekli değildir ve düşmesi kolay değildir. Demir nitrür iş parçası tarafından sürekli olarak adsorbe edildiğinden ve iç kısma yayıldığından, yüzeyden içeriye doğru yapı FeN → Fe2N → Fe3N → Fe4N dizi değişimi, tek fazlı ε(Fe3N) N içeriği ağırlıkça %5,7 ~ 11,0'dır, tek fazlı ξ(Fe2N) N içeriği ağırlıkça %11,0 ~ 11,35. İyon nitrürleme ilk önce r fazını oluşturduğunda ve ardından hidrojen karbür serisi eklendiğinde, ε fazı bileşik katmanı ve difüzyon katmanı haline gelir, çünkü difüzyon katmanının artması yorulma mukavemetinin arttırılmasına çok yardımcı olur. ε aşaması en iyisidir.
