ไนไตรดิ้งคืออะไร

การบำบัดด้วยไนไตรด์หมายถึงกระบวนการบำบัดความร้อนด้วยสารเคมี ซึ่งอะตอมของไนโตรเจนจะแทรกซึมเข้าไปในพื้นผิวของชิ้นงานในตัวกลางบางชนิดที่อุณหภูมิที่กำหนด ผลิตภัณฑ์ไนไตรด์มีความทนทานต่อการสึกหรอ ทนต่อความล้า ทนต่อการกัดกร่อน และทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยม

การบำบัดด้วยไนไตรด์เบื้องต้น

องค์ประกอบของอะลูมิเนียม โครเมียม วานาเดียม และโมลิบดีนัมในเหล็กโลหะผสมแบบดั้งเดิมมีประโยชน์อย่างมากสำหรับการทำไนไตรด์ องค์ประกอบเหล่านี้ก่อให้เกิดไนไตรด์ที่เสถียรเมื่อสัมผัสกับอะตอมไนโตรเจนดั้งเดิมที่อุณหภูมิไนไตรด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โมลิบดีนัมไม่เพียงแต่ทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบที่ก่อให้เกิดไนไตรด์เท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เป็นการลดความเปราะที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิไนไตรด์อีกด้วย องค์ประกอบในโลหะผสมเหล็กอื่นๆ เช่น นิกเกิล ทองแดง ซิลิคอน แมงกานีส ฯลฯ ไม่ได้มีส่วนช่วยมากนักต่อคุณลักษณะของไนไตรด์ โดยทั่วไป หากเหล็กมีองค์ประกอบที่สร้างไนไตรด์ตั้งแต่หนึ่งองค์ประกอบขึ้นไป ผลลัพธ์หลังการทำไนไตรด์จะดีกว่า อะลูมิเนียมเป็นธาตุไนไตรด์ที่แข็งแกร่งที่สุด และผลลัพธ์ของไนไตรด์ที่มีอะลูมิเนียม 0.85 ~ 1.5% นั้นดีที่สุด ในกรณีโครเมียมที่มีส่วนผสมของเหล็กโครเมียมหากมีปริมาณเพียงพอก็จะได้ผลลัพธ์ที่ดีเช่นกัน อย่างไรก็ตาม เหล็กกล้าคาร์บอนที่ไม่มีโลหะผสมไม่เหมาะสำหรับเหล็กกล้าไนไตรด์ เนื่องจากชั้นไนไตรด์ที่สร้างขึ้นจากมันจะเปราะมากและลอกออกได้ง่าย

เหล็กไนไตรดิ้งที่นิยมใช้กันมี 6 ประเภทดังนี้

(1) เหล็กโลหะผสมต่ำที่มีอลูมิเนียม (เหล็กไนไตรด์มาตรฐาน)

(2) เหล็กกล้าโลหะผสมคาร์บอนต่ำปานกลางที่มีองค์ประกอบโครเมียม SAE 4100,4300,5100,6100,8600,8700,9800 ซีรีส์

(3) เหล็กแม่พิมพ์งานร้อน (มีโครเมียมประมาณ 5%) SAE H11 (SKD-61)H12, H13

(4) เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอริติกและมาร์เทนซิติก SAE 400 ซีรีส์

(5) สเตนเลสออสเทนนิติก SAE 300 ซีรีส์

(6) สแตนเลสชุบแข็งด้วยการตกตะกอน 17-4PH, 17-7pH, A-286 ฯลฯ

เหล็กไนไตรด์มาตรฐานที่ประกอบด้วยอลูมิเนียมสามารถรับความแข็งสูงและพื้นผิวที่ทนต่อการสึกหรอสูงหลังจากการไนไตรด์ แต่ชั้นที่แข็งตัวก็เปราะมากเช่นกัน ในทางตรงกันข้าม เหล็กกล้าโลหะผสมต่ำที่มีโครเมียมมีความแข็งต่ำกว่า แต่ชั้นที่ชุบแข็งนั้นค่อนข้างเหนียว และพื้นผิวก็มีความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานลำแสงค่อนข้างมาก ดังนั้นเมื่อเลือกวัสดุจึงควรคำนึงถึงลักษณะของวัสดุและใช้ประโยชน์จากข้อดีเหล่านี้ให้เต็มที่เพื่อให้ตรงตามหน้าที่ของชิ้นส่วน เหล็กกล้าเครื่องมือ เช่น H11(SKD61) และ D2(SKD-11) มีความแข็งผิวสูงและมีความแข็งแรงของแกนกลางสูง

เพิ่มความต้านทานการสึกหรอ ความแข็งของพื้นผิว ขีดจำกัดความล้า และความต้านทานการกัดกร่อนของชิ้นส่วนเหล็ก

กระบวนการทางเทคนิค

• ทำความสะอาดพื้นผิวชิ้นส่วนก่อนทำไนไตรด์

ชิ้นส่วนส่วนใหญ่สามารถไนไตรด์ได้ทันทีหลังจากการสลายไขมันด้วยแก๊ส บางส่วนยังต้องทำความสะอาดด้วยน้ำมันเบนซินด้วย แต่หากใช้วิธีการแปรรูปขั้นสุดท้ายก่อนไนไตรด์ในการขัด เจียร ขัดเงา ฯลฯ อาจสร้างชั้นพื้นผิวที่ขัดขวางการเกิดไนไตรด์ ส่งผลให้ชั้นไนไตรด์ไม่สม่ำเสมอหรือข้อบกพร่องในการดัดงอหลังไนไตรด์ ในเวลานี้ ควรใช้วิธีใดวิธีหนึ่งจากสองวิธีต่อไปนี้เพื่อขจัดชั้นพื้นผิวออก วิธีแรกคือการเอาน้ำมันออกด้วยแก๊สก่อนทำไนไตรด์ จากนั้นทำความสะอาดพื้นผิวด้วยผงขัดออกไซด์ วิธีที่สองคือการรักษาพื้นผิวด้วยการเคลือบฟอสเฟต

• การกำจัดอากาศออกจากเตาไนไตรด์

ชิ้นส่วนที่ผ่านการบำบัดแล้วจะถูกวางไว้ในเตาไนไตรดิง และฝาครอบเตาสามารถทำความร้อนได้หลังจากการปิดผนึก แต่จะต้องเอาอากาศออกจากเตาก่อนที่จะให้ความร้อนถึง 150 องศาเซลเซียส

หน้าที่หลักของเตาไอเสียคือป้องกันก๊าซระเบิดที่เกิดจากการสลายตัวของก๊าซแอมโมเนียและการสัมผัสกับอากาศ และเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิวของวัสดุที่ผ่านการบำบัดและส่วนรองรับ ก๊าซที่ใช้คือแอมโมเนียและไนโตรเจน

กฎการไล่อากาศออกจากเตามีดังนี้:

1 หลังจากติดตั้งชิ้นส่วนที่แปรรูปแล้ว ฝาครอบเตาหลอมจะถูกปิดผนึก และก๊าซแอมโมเนียปราศจากน้ำจะเริ่มขึ้น และอัตราการไหลจะมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

2) ตั้งค่าการควบคุมอุณหภูมิอัตโนมัติของเตาทำความร้อนที่ 150 องศา และเริ่มทำความร้อน (โปรดทราบว่าอุณหภูมิเตาต้องไม่สูงกว่า 150 องศา)

3 เมื่ออากาศในเตาเผาถูกกำจัดออกไปน้อยกว่า 10% หรือก๊าซที่ปล่อยออกมามี NH3 มากกว่า 90% อุณหภูมิของเตาเผาจะเพิ่มขึ้นจนถึงอุณหภูมิไนไตรด์

อัตราการสลายตัวของแอมโมเนีย

การทำไนไตรดิ้งจะดำเนินการโดยสัมผัสกับองค์ประกอบการผสมอื่นๆ และไนโตรเจนปฐมภูมิ แต่การผลิตไนโตรเจนปฐมภูมิ กล่าวคือ ตัวเหล็กเองจะกลายเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเมื่อแอมโมเนียสัมผัสกับเหล็กทำความร้อนและส่งเสริมการสลายตัวของแอมโมเนีย

แม้ว่าไนไตรด์สามารถทำได้ภายใต้อัตราการสลายตัวของแอมโมเนียต่างๆ แต่โดยทั่วไปจะใช้อัตราการสลายตัวที่ 15 ถึง 30% ความหนาของไนไตรด์ที่ต้องการจะคงอยู่อย่างน้อย 4 ถึง 10 ชั่วโมง และอุณหภูมิในการรักษาจะอยู่ที่ประมาณ 520 องศาเซลเซียส .

ระบายความร้อน

เตาไนไตรด์อุตสาหกรรมส่วนใหญ่มีสวิตช์ความร้อนเพื่อทำให้เตาเย็นลงอย่างรวดเร็วและชิ้นส่วนในกระบวนการหลังจากไนไตรด์เสร็จสิ้น นั่นคือหลังจากไนไตรด์เสร็จสิ้น แหล่งจ่ายความร้อนจะถูกปิด อุณหภูมิเตาจะลดลงประมาณ 50 องศาเซลเซียส จากนั้นอัตราการไหลของแอมโมเนียจะเพิ่มขึ้นสองเท่าและสวิตช์ความร้อนจะเปิดขึ้น ในเวลานี้จำเป็นต้องสังเกตว่ามีฟองล้นในขวดแก้วที่เชื่อมต่อกับท่อไอเสียเพื่อยืนยันแรงดันบวกในเตาเผาหรือไม่ หลังจากที่ก๊าซแอมโมเนียตกตะกอนในเตาเผาแล้ว การไหลของแอมโมเนียจะลดลงจนกว่าแรงดันบวกในเตาเผาจะยังคงอยู่ เมื่ออุณหภูมิเตาลดลงต่ำกว่า 150 องศา C จะใช้วิธีการกำจัดก๊าซในเตาตามที่อธิบายไว้ข้างต้น และสามารถเปิดฝาครอบเตาได้หลังจากนำอากาศหรือไนโตรเจนเข้าไปแล้ว

NH3 → [N] เฟ + 3/2 H2

N ที่สลายตัวจะถูกกระจายเข้าสู่พื้นผิวของเหล็กเพื่อสร้างรูปร่าง เฟส Fe2-3N แก๊สไนไตรด์ ข้อเสียทั่วไปของชั้นชุบแข็งบางและใช้เวลาบำบัดไนไตรด์นาน

ไนไตรด์ด้วยแก๊สเนื่องจากการสลายตัวของ NH3 เพื่อให้ประสิทธิภาพไนไตรด์ต่ำ ดังนั้นโดยทั่วไปแล้ว การเลือกเหล็กแบบตายตัวที่เหมาะสำหรับไนไตรด์ เช่น Al, Cr, Mo และองค์ประกอบไนไตรด์อื่นๆ ไม่เช่นนั้นไนไตรด์จะไม่สามารถดำเนินการได้โดยใช้ JIS, SACM1 JIS, SACM645 และ SKD61 ใหม่เพื่อเสริมสร้างและเสริมความแข็งแกร่งให้กับการรักษา หรือที่เรียกว่าการแบ่งเบาบรรเทา Al, Cr, SKD61 Mo และองค์ประกอบอื่น ๆ จะเพิ่มอุณหภูมิของจุดการเปลี่ยนแปลง ดังนั้นอุณหภูมิการชุบจึงสูงและอุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาจะสูงกว่าเหล็กโลหะผสมโครงสร้างธรรมดาซึ่งมีอุณหภูมิความเปราะระหว่างอุณหภูมิไนไตรด์เป็นเวลานาน ดังนั้นการแบ่งเบาบรรเทาและ มีการใช้การบำบัดแบบแข็งตัวล่วงหน้า ก๊าซไนไตรด์ของ NH3 เนื่องจากพื้นผิวมีความหยาบเป็นเวลานาน แข็งและเปราะจึงบดไม่ง่าย และไม่ประหยัดเป็นเวลานาน ใช้สำหรับไนไตรด์ของท่อฟีดและสกรูของเครื่องฉีดพลาสติก

ไนไตรดิ้งเหลว

ความแตกต่างหลักๆ ของไนไตรด์แบบเหลวก็คือ มีเฟส Fe3Nε ในชั้นไนไตรด์ โดยมีเฟส Fe4Nr อยู่และไม่มีไนไตรด์เฟส Fe2Nξ และสารประกอบเฟส ξ นั้นเป็นไนไตรด์ที่แข็งและเปราะซึ่งมีความทนทานต่ำในการบำบัดไนไตรด์ วิธีการทำไนไตรด์แบบอ่อนด้วยของเหลวคือการประมวลผลชิ้นงาน ขั้นแรกให้ขจัดสนิม การขจัดไขมัน การอุ่นก่อน แล้วจึงนำไปใส่ในเบ้าหลอมไนไตรด์ ซึ่งเป็นตัวแทนเกลือหลัก TF-1 มันถูกให้ความร้อนที่ 560 ~ 600 องศาไม่กี่นาทีถึงสองสามชั่วโมง ตามภาระภายนอกของชิ้นงาน และกำหนดความลึกของชั้นไนไตรด์ ในการบำบัด ท่ออากาศจะต้องผ่านเข้าไปในด้านล่างของ เบ้าหลอมเพื่อสลายตัวเป็น CN หรือ CNO ด้วยตัวแทนเกลือไนไตรด์ในอากาศจำนวนหนึ่ง ซึมซับและกระจายไปยังพื้นผิวการทำงาน สารประกอบด้านนอกสุดบนพื้นผิวของชิ้นงานคือ 8 ~ 9%wt N และ C จำนวนเล็กน้อยและชั้นการแพร่กระจาย อะตอมของไนโตรเจนจะกระจายเข้าสู่ฐาน -Fe เพื่อทำให้เหล็กทนทานต่อความล้ามากขึ้นในช่วงระยะเวลาไนไตรด์เนื่องจากการสลายตัว ปริมาณ CNO ที่ใช้ จึงมีการทดสอบอย่างต่อเนื่องในส่วนผสมเกลือ 6 ถึง 8 ชั่วโมง เพื่อปรับปริมาณอากาศหรือเติมเกลือใหม่

วัสดุที่ใช้สำหรับการบำบัดไนไตรด์แบบเหลวคือโลหะเหล็ก และความแข็งพื้นผิวหลังไนไตรด์จะสูงขึ้นด้วยองค์ประกอบ Al, Cr, Mo และ Ti และยิ่งมีปริมาณทองมากขึ้น ความลึกของไนไตรดิ้งก็จะยิ่งตื้นขึ้น เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน Hv 350 ~ 650, สแตนเลส Hv 1000 ~ 1200, เหล็กไนไตรด์ Hv 800 ~ 1100

ไนไตรด์แบบอ่อนเหลวเหมาะสำหรับชิ้นส่วนยานยนต์ที่ทนทานต่อการสึกหรอและทนต่อความเหนื่อยล้า จักรเย็บผ้า กล้อง ฯลฯ เช่น การรักษาซับสูบ การรักษาวาล์ว การรักษากระบอกลูกสูบ และแม่พิมพ์ที่ไม่เสียรูปง่าย

ไอออนไนไตรดิ้ง

วิธีนี้คือการวางชิ้นงานในเตาไนไตรเดชัน ปั๊มสุญญากาศในเตาไปที่ {{0}} ~ 10-3 Torr(㎜Hg) ล่วงหน้า จากนั้นจึงแนะนำก๊าซ N2 หรือ N{ {3}} ส่วนผสม H2 ปรับเตาหลอมไปที่ 1-10 Torr เชื่อมต่อตัวเตากับขั้วบวก เชื่อมต่อชิ้นงานกับแคโทด และส่งแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงหลายร้อยโวลต์ระหว่างขั้วทั้งสอง ในเวลานี้ ก๊าซ N2 ในเตาเผาจะปล่อยประจุบวกออกมาอย่างสวยงาม เคลื่อนไปยังพื้นผิวการทำงาน และแรงดันแคโทดจะลดลงอย่างรวดเร็วในทันที เพื่อให้ไอออนบวกพุ่งไปที่พื้นผิวแคโทดด้วยความเร็วสูง ความเร็วเปลี่ยนพลังงานจลน์เป็นพลังงานก๊าซ ทำให้อุณหภูมิพื้นผิวของชิ้นงานเพิ่มขึ้น และพื้นผิวชิ้นงานจะเล่น Fe.CO หลังจากการกระทบของไอออนไนโตรเจน องค์ประกอบดังกล่าวกระเด็นออกมาและรวมเข้ากับไนโตรเจนไอออนใน FeN ดังนั้น เหล็กไนไตรด์จึงค่อย ๆ ดูดซับบนชิ้นงานและทำให้เกิดไนไตรด์ โดยพื้นฐานแล้วไอออนไนไตรด์จะเป็นการใช้ไนโตรเจน แต่ถ้าสามารถเติมก๊าซไฮโดรเจนคาร์ไบด์ในการบำบัดไอออนไนไตรด์แบบอ่อนได้ แต่โดยทั่วไปเรียกว่าการบำบัดด้วยไอออนไนไตรด์ ความเข้มข้นของไนโตรเจนบนพื้นผิวของชิ้นงานสามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนอัตราส่วนความดันบางส่วนของก๊าซผสม (N2 + H2) ที่เติมลงในเตาเผา ในระหว่างกระบวนการไนไตรดิงไอออนบริสุทธิ์ เนื้อเยื่อ r '(Fe4N) เฟสเดียวที่มีปริมาณ N อยู่ที่ 5.7 ~ 6.1% โดยน้ำหนักบนพื้นผิวการทำงาน และชั้นหนาน้อยกว่า 10μm ชั้นคอมพาวด์มีความแข็งแรงแต่ไม่มีรูพรุนและไม่หลุดง่าย เนื่องจากชิ้นงานดูดซับเหล็กไนไตรด์อย่างต่อเนื่องและกระจายไปยังด้านใน โครงสร้างจากพื้นผิวสู่ด้านในจึงเป็น FeN → Fe2N → Fe3N→ Fe4N การเปลี่ยนแปลงลำดับ เนื้อหาเฟสเดียว ε(Fe3N) N ใน 5.7 ~ 11.0%wt เฟสเดียว ξ(Fe2N) เนื้อหา N ใน 11.0 ~ 11.35%wt เมื่อไอออนไนไตรเดชันสร้างเฟส r เป็นครั้งแรก จากนั้นจึงเติมอนุกรมไฮโดรเจนคาร์ไบด์ มันจะกลายเป็นชั้นสารประกอบเฟส ε และชั้นการแพร่กระจาย เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของชั้นการแพร่กระจายช่วยได้มากในการเพิ่มความแข็งแรงของความเมื่อยล้า เฟสεดีที่สุด