Hvorfor blød nitrering blev udviklet
Gasnitrering giver en ekstrem hård overflade, men cyklussen er lang, og processen er følsom over for stålkvalitet: Der er brug for legeringselementer, der danner stabile nitrider, og behandlingstiden strækker sig over i snesevis af timer. For at forkorte cyklussen og udvide rækken af stål, der kan behandles, blev der introduceret to varianter oven på konventionel nitrering - blød nitrering og ionnitrering. Blød nitrering er den version, der passer til konventionelle nitreringsovne og forbliver den mest udbredte i produktionen.
Den nitrocarburiserende mekanisme
Blød nitrering er i det væsentlige lav-temperatur nitrocarburisering baseret på nitreringsprocessen. Mens nitrogenatomer diffunderer ind i stålet, kommer en lille mængde kulstof ind sammen med dem. Det praktiske resultat sammenlignet med almindelig gasnitrering er en sag, der er hårdere end et rent nitreret lag, men dog langt mindre skørt, hvorfor processen beskrives som blød. Laget er ikke en belægning; det er dannet af basismetallet, så vedhæftning og dimensionsstabilitet er iboende.
Gas, flydende og fast blød nitrering sammenlignet
| Metode | Medium | Typisk brug |
|---|---|---|
| Gas blød nitrering | Ammoniak plus kulstof-holdige tilsætninger i en kontrolleret atmosfære | Dominerende produktionsrute; batch- og kontinuerlige nitreringsovne |
| Flydende blød nitrering | Smeltet saltbad indeholdende cyanat og carbonat | Små dele, hurtige cyklusser, ensartede tynde lag |
| Solid blød nitrering | Granulær pulverblanding pakket med arbejdsbyrden | Simple former, lave volumener, ovne uden atmosfærekontrol |
Blød gasnitrering er den proces, der er beskrevet i de fleste produktionsplaner, fordi atmosfæren er justerbar, dele kommer rene ud, og den samme ovn kan køre nitrering, nitrocarburisering og efter-oxidation.
Ovnsatmosfære og penetrerende medier
Blød gasnitrering er en-samindtrængning ved lav temperatur- af nitrogen og kulstof fra en atmosfære, der bærer aktivt nitrogen og kulstofatomer. De sædvanlige medier er urinstof, formamid, ammoniak og triethanolamin, som alle nedbrydes termisk ved nitrocarburiseringstemperatur. Nedbrydningsprodukterne leverer aktivt nitrogen og kulstof, som absorberes ved emnets overflade og derefter bevæger sig indad ved diffusion, hvorved der opbygges et nitrocarburiseret lag, der overvejende er nitrogen-baseret. Atmosfærestrøm, dissociationshastighed og gasblandingens kulstofpotentiale er de tre variabler, der afgør, om laget er sundt eller sodet.
Temperatur, tid og lagvækst
Den bløde gasnitreringstemperatur holdes normalt mellem 560 grader og 570 grader, fordi det nitrerede lags hårdhed topper i det smalle bånd; at gå højere bytter hårdhed for dybde og øger risikoen for forvrængning. Behandlingstiden er normalt to til tre timer. Fordi diffusion følger et kvadrat-rod-af-tidsforhold, aftager væksten kraftigt, når cyklussen passerer ca. 2,5 timer, så forlængelse af hold giver meget lidt ekstra dybde, samtidig med at omkostninger og kornvækst øges.
| Parameter | Anbefalet vindue | Effekt af afvigelse |
|---|---|---|
| Temperatur | 560-570 grader | Højere: blødere, dybere, mere forvrængning; lavere: lavvandet og langsomt |
| Hold tid | 2–3 h | Ud over 2,5 timer er dybdeforstærkningen minimal |
| Sammensatte lagtykkelse | 10–25 µm | For tyk: afskalning og skørhed; for tynd: dårligt slid liv |
| Køling | Kontrolleret, ofte med oxidationstrin | Hurtig afkøling øger resterende stress og forvrængning |
Sammensatte lag og ejendomskontrol
Signaturen for blød nitrering er et tyndt hvidt, lyst lag på overfladen, en sammensat zone af jerncarbonitrid, der giver slidstyrke og, når porøsiteten er kontrolleret, god kørende-adfærd og olieretention. Under den sidder en diffusionszone, der understøtter laget og bærer udmattelsesstyrken fordel. Lagfasebalance, porøsitet i de ydre få mikrometer og et kontrolleret efter-oxidationstrin er det, der adskiller en holdbar nitrocarburiseret del fra en, der fliser i drift. Dele er almindeligvis afsluttet med en let polering eller honing for at fjerne den yderste porøse hud, hvor påføringen kræver maksimal træthedsmodstand.
Inspektion og kvalitetskontrol
Overflade- og kernehårdhed efter Vickers-metoden, ISO 6507-1, med en let belastning som HV 0,1 på tynde sammensatte lag.
Tykkelsen af det overflade-hærdede lag, inklusive den nitrerede sag, i henhold til ISO 18203.
Lagdybde og metallografisk evaluering af den nitrerede sag pr. GB/T 11354.
Rethed og dimensionskontrol efter afkøling, da den ferritiske nitrocarburiseringstemperatur er lav nok til at undgå en hærdning.
Ofte stillede spørgsmål
Q: Hvad er blød nitrering helt præcist?
Det er nitrokarburering ved lav-temperatur baseret på nitrering: nitrogen og en lille mængde kulstof diffunderer ind i overfladen sammen, hvilket giver en hård, men relativt duktil beholder.
Q: Hvorfor kaldes det blød nitrering, hvis laget er hårdt?
Fordi laget er væsentligt mindre skørt end et konventionelt gasnitreret kabinet, hvilket forbedrer modstanden mod skår og afskalning under stød.
Q: Hvilken temperatur giver den højeste kassehårdhed?
Mellem 560 grader og 570 grader. Over det bånd bliver laget blødere, selvom det bliver dybere.
Q: Hvorfor stoppe cyklussen ved omkring 2,5 timer?
Lagvækst følger en kvadrat-rod-af-tid, så efter ca. 2,5 timers ekstra tid køber man meget lidt dybde, samtidig med at der tilføjes energiomkostninger og forvrængning.
Q: Hvilke medier bruges til blød gasnitrering?
Urinstof, formamid, ammoniak og triethanolamin, som nedbrydes ved procestemperatur for at frigive aktive nitrogen- og kulstofatomer.
Q: Hvad er det hvide lag?
Det er den sammensatte zone af jerncarbonitrid, der dannes ved overfladen. Dens tykkelse og porøsitet kontrolleres for at balancere slidstyrke mod skørhed.
