Traitement de nitruration
Engrenages nitrurés
Le traitement de nitruration fait référence à un processus de traitement thermique chimique dans lequel des atomes d'azote s'infiltrent à la surface de la pièce dans un certain milieu à une certaine température. Les produits nitrurés ont une excellente résistance à l'usure, à la fatigue, à la corrosion et aux hautes températures.
Ici, nous regardons la vidéo de Netrex, Netrex explique très bien ce qu'est la nitruration.
Introduction au traitement de nitruration
Les éléments en aluminium, chrome, vanadium et molybdène des matériaux en acier allié traditionnels sont très utiles pour la nitruration. Lorsque ces éléments entrent en contact avec les atomes d'azote naissants à la température de nitruration, des nitrures stables se forment.
En particulier, l'élément molybdène agit non seulement comme un élément de génération de nitrures mais agit également comme une réduction de la fragilité qui se produit à la température de nitruration. Les éléments des autres aciers alliés, tels que le nickel, le cuivre, le silicium, le manganèse, etc., ne contribuent pas beaucoup aux caractéristiques de nitruration.
D'une manière générale, si l'acier contient un ou plusieurs éléments formateurs de nitrure, l'effet après nitruration est relativement bon. Parmi eux, l'aluminium est l'élément de nitrure le plus résistant, et la nitruration avec 0.85 à 1,5 % d'aluminium donne les meilleurs résultats.
En ce qui concerne l'acier au chrome contenant du chrome, s'il y a suffisamment de contenu, de bons résultats peuvent également être obtenus. Mais il n'y a pas d'alliage contenant de l'acier au carbone car la couche nitrurée est très fragile et facile à décoller, elle ne convient donc pas à la nitruration de l'acier.
Il existe six aciers de nitruration couramment utilisés comme suit :
(1) Acier faiblement allié contenant de l'aluminium (acier nitruré standard)
(2) SAE 4100, 4300, 5100, 6100, 8600, 8700, 9800 séries d'acier à faible teneur en carbone moyennement allié contenant du chrome.
(3) Acier pour matrices de travail à chaud (contenant environ 5 % de chrome) SAE H11 (SKD-61) H12, H13
(4) Acier inoxydable ferritique et martensitique série SAE 400
(5) Acier inoxydable austénitique série SAE 300
(6) Acier inoxydable à durcissement par précipitation 17-4PH, 17-7PH, A-286, etc.
L'acier nitruré standard contenant de l'aluminium peut obtenir une couche de surface à haute dureté et haute résistance à l'usure après nitruration, mais la couche durcie est également très fragile. Au contraire, l'acier faiblement allié contenant du chrome a une dureté inférieure, mais la couche durcie est plus dure et sa surface a également une résistance à l'usure et une résistance au faisceau considérables. Par conséquent, lors de la sélection des matériaux, vous devez faire attention aux caractéristiques des matériaux et tirer pleinement parti de leurs avantages pour répondre aux fonctions des pièces. Quant aux aciers à outils tels que H11 (SKD61) D2 (SKD-11), ils ont une dureté de surface élevée et une résistance à cœur élevée.
Effet
Augmente la résistance à l'usure, la dureté de surface, la limite de fatigue et la résistance à la corrosion des pièces en acier.
Processus technique
Nettoyage de surface des pièces avant nitruration
La plupart des pièces peuvent être nitrurées immédiatement après dégraissage par dégraissage gazeux. Certaines pièces doivent également être nettoyées à l'essence, mais si la méthode de traitement finale avant la nitruration utilise le polissage, le meulage, le polissage, etc., cela peut produire une couche de surface qui entrave la nitruration, entraînant une nitruration inégale ou inégale après la nitruration.
Des défauts tels que la flexion se sont produits. À ce stade, l'une des deux méthodes suivantes doit être utilisée pour retirer la couche de surface. La première méthode utilise d'abord du gaz pour éliminer l'huile avant la nitruration. Utilisez ensuite de la poudre d'alumine pour sabler la surface (nettoyage à l'abrasif). La deuxième méthode consiste à appliquer un revêtement de phosphate sur la surface.
Air d'échappement du four de nitruration
Placez les pièces traitées dans le four de nitruration et scellez le couvercle du four pour chauffer, mais avant de chauffer à 150 degrés, le four doit être épuisé. La fonction principale du four est d'empêcher le gaz explosif d'entrer en contact avec l'air lors de la décomposition de l'ammoniac et d'empêcher l'oxydation de la surface de l'objet traité et du support.
Le gaz utilisé est l'ammoniac et l'azote. Les éléments essentiels pour éliminer l'air dans le four sont les suivants :
①Une fois les pièces à traiter installées, le couvercle du four est scellé et le gaz ammoniac anhydre est démarré et le débit est aussi élevé que possible.
②Réglez le contrôle automatique de la température du four de chauffage sur 150 degrés et commencez à chauffer (notez que la température du four ne peut pas être supérieure à 150 degrés).
③Lorsque l'air dans le four est éliminé à moins de 10 % ou que les gaz d'échappement contiennent plus de 90 % de NH3, la température du four est augmentée jusqu'à la température de nitruration.
Taux de décomposition de l'ammoniac
La nitruration est réalisée en mettant en contact d'autres éléments d'alliage avec de l'azote naissant, mais la production d'azote naissant fait que l'acier lui-même devient un catalyseur lorsque le gaz ammoniac entre en contact avec l'acier chauffé pour favoriser la décomposition de l'ammoniac.
Bien que la nitruration puisse être effectuée sous ammoniac avec différents taux de décomposition, le taux de décomposition est généralement de 15-30 %, et l'épaisseur requise pour la nitruration est maintenue pendant au moins 4-10 heures, et la température de traitement est maintenue à environ 520 degrés.
Refroidir
La plupart des fours de nitruration industriels ont des échangeurs de chaleur pour refroidir rapidement le four de chauffage et les pièces traitées une fois les travaux de nitruration terminés. C'est-à-dire qu'une fois la nitruration terminée, la puissance de chauffage est désactivée pour réduire la température du four d'environ 50 degrés, puis le débit d'ammoniac est doublé et l'échangeur de chaleur est démarré.
À ce moment, faites attention à observer s'il y a des bulles qui débordent dans la bouteille en verre reliée au tuyau d'échappement pour confirmer la pression positive dans le four. Une fois que le gaz ammoniac introduit dans le four est devenu stable, le débit d'ammoniac peut être réduit jusqu'à ce que la pression positive dans le four soit maintenue.
Lorsque la température du four descend en dessous de 150 degrés, le couvercle du four peut être ouvert après l'introduction d'air ou d'azote en utilisant la méthode d'élimination du gaz dans le four comme décrit ci-dessus.
Nitruration gazeuse
La nitruration au gaz a été publiée par l'AF ry allemand en 1923. La pièce a été placée dans un four et le gaz NH3 a été directement introduit dans le four de nitruration à 500-550 degré et conservé pendant 20-100 heures pour décomposer le gaz NH3 dans un état atomique.
Le traitement de nitruration avec le gaz (N) et le gaz (H) est le but principal de produire une couche de composé résistant à l'usure et à la corrosion sur la surface de l'acier. Son épaisseur est d'environ 0.02-0.02m/m, et sa nature est extrêmement dure Hv 1000 ~1200, et extrêmement cassante. La vitesse de décomposition du NH3 varie en fonction du débit et de la température.
Plus le débit est élevé, plus le taux de décomposition est faible, plus le débit est petit, plus le taux de décomposition est élevé et plus la température est élevée, plus le taux de décomposition est élevé. Plus la température est basse, plus la vitesse de décomposition est faible. Le gaz NH3 subit une décomposition thermique à 570 degrés comme suit :
NH3 →〔N〕Fe plus 3/2 H2
Le N décomposé diffuse alors à la surface de l'acier pour se former. Nitruration gazeuse de phase Fe2-3N, l'inconvénient général est que la couche durcie est mince et que le temps de nitruration est long.
La nitruration gazeuse a une faible efficacité en raison de la décomposition de NH3 pour la nitruration, il est donc généralement fixé de sélectionner des aciers adaptés à la nitruration, tels que contenant Al, Cr, Mo et d'autres éléments de nitruration, sinon la nitruration ne sera pas possible.
Généralement, JIS et SACM1 sont utilisés. Les nouveaux JIS, SACM645 et SKD61 sont également appelés trempe et revenu avec traitement de renforcement et de trempe. Étant donné que Al, Cr, Mo, etc. sont tous des éléments qui augmentent la température du point de transformation, la température de trempe est plus élevée et la température de revenu est également supérieure à celle des aciers alliés de construction ordinaires. La fragilité de revenu se produit pendant un chauffage prolongé à la température de nitruration, de sorte que le traitement de trempe et de revenu est appliqué à l'avance.
Nitruration au gaz NH3, car la surface est rugueuse, dure et cassante en raison de la longue durée, il n'est pas facile de meuler et la longue durée n'est pas économique. Il est utilisé pour la nitruration du tube d'alimentation et de la tige filetée de la machine de moulage par injection plastique.
Nitruration liquide
La principale différence de la nitrocarburation liquide est qu'il y a une phase Fe3Nε dans la couche nitrurée, une phase Fe4Nr existe mais pas de nitrure de phase Fe2Nξ. Le composé en phase ξ est dur et cassant dans le processus de nitruration, qui est pauvre en ténacité et en nitrocarburation liquide. La méthode consiste à éliminer la rouille, dégraisser, préchauffer la pièce et la placer dans un creuset de nitruration.
Le creuset est fait de TF-1 comme sel principal, et il est chauffé à 560-600 degré pendant plusieurs minutes à plusieurs heures. , La profondeur de la couche de nitruration est déterminée en fonction de l'importance de la charge externe sur la pièce. Pendant le traitement, un tube à air doit être inséré au fond du creuset pour décomposer une certaine quantité d'agent de nitruration d'air en CN ou CNO, qui pénétrera et se diffusera sur la surface de travail, de sorte que le composé le plus externe de la surface de la pièce est 8-9 pour cent en poids de N et une petite quantité de C et la couche de diffusion.
Les atomes d'azote diffusent dans la base -Fe pour rendre l'acier plus résistant à la fatigue. Pendant la période de nitruration, en raison de la décomposition et de la consommation de CNO, il est donc nécessaire de tester en continu la composition du sel en 6-8 heures de traitement afin d'ajuster le volume d'air ou d'ajouter du nouveau sel.
Le matériau utilisé pour le traitement de nitruration douce liquide est le fer métallique. La dureté de surface après nitruration est plus élevée si la dureté de surface contient Al, Cr, Mo, Ti, et plus la teneur en or est élevée, plus la profondeur de nitruration est faible, comme l'acier au carbone Hv 350 -650, l'acier inoxydable Hv {{1} }, acier nitruré Hv 800-1100.
La nitrocarburation liquide convient aux pièces automobiles, aux machines à coudre, aux caméras, etc. résistantes à l'usure et à la fatigue, telles que le traitement des chemises de cylindre, le traitement des soupapes, le traitement des corps de piston et les moules indéformables. Les pays qui utilisent la nitrocarburation liquide comprennent les pays d'Europe occidentale, les États-Unis, l'Union soviétique et le Japon.
Nitruration ionique
Cette méthode consiste à placer une pièce dans un four de nitruration, à vider le four à 10-2-10-3 Torr (㎜Hg) à l'avance, puis à introduire du gaz N2 ou du mélange gazeux N2 plus H2, et d'ajuster le four pour atteindre {{4} } Torr, connectez le corps du four à l'anode, la pièce à la cathode et appliquez des centaines de volts de tension continue entre les deux pôles.
À ce moment, le gaz N2 dans le four sera déchargé de manière brillante en ions positifs et se déplacera vers la surface de travail. La tension chute brusquement, provoquant la précipitation des ions positifs à la surface de la cathode à grande vitesse, transformant l'énergie cinétique en énergie gazeuse, de sorte que la température de surface de la pièce peut augmenter, en raison de l'impact des ions d'azote, la surface de la pièce est éclaboussé de Fe.CO et d'autres éléments à combiner avec des ions d'azote. FeN, par conséquent, le nitrure de fer est progressivement adsorbé sur la pièce pour produire une nitruration.
La nitruration ionique utilise essentiellement de l'azote, mais si du gaz d'hydrocarbure est ajouté, elle peut être utilisée pour la nitruration douce ionique, mais elle est généralement appelée azote ionique Traitement chimique, la concentration d'azote à la surface de la pièce peut être ajustée en modifiant le rapport de pression partielle du mélange de gaz (N2 plus H2) introduit dans le four.
Lors de la nitruration ionique pure, une structure monophasée r '(Fe4N) sur la surface de travail contient une teneur en N À 5,7 à 6,1% en poids, l'épaisseur de la couche est inférieure à 1 0 μm. La couche composée est solide et non poreuse, et il n'est pas facile de tomber. Parce que le nitrure de fer est constamment absorbé par la pièce et se diffuse à l'intérieur, la structure de la surface vers l'intérieur est FeN → Fe2N → Fe3N → Fe4N change en séquence, le ε monophasé (Fe3N) contient 5.{{13 }}.0 pour cent en poids de N, et le ξ monophasé (Fe2N) contient 11.0-11.35 pour cent en poids.
La nitruration ionique génère d'abord la phase r puis ajoute Dans le cas du carbure d'hydrogène, la couche de composé et la couche de diffusion qui se transforment en phase epsilon, l'augmentation de la couche de diffusion contribue beaucoup à l'augmentation de la résistance à la fatigue. L'érodabilité est meilleur en phase ε.
Le degré de traitement de nitruration ionique peut commencer à partir de 350 degrés. Le temps de traitement peut être de plusieurs minutes voire long compte tenu du matériau et de ses propriétés mécaniques associées. Cette méthode est la même que le traitement de nitruration précédent utilisant la méthode de décomposition thermique. La méthode est différente. Étant donné que cette méthode utilise une énergie ionique élevée, des matériaux tels que l'acier inoxydable, le titane, le cobalt, etc., qui étaient considérés comme difficiles à traiter dans le passé, peuvent également être facilement traités avec un excellent durcissement de surface.
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