Ферритная нитроцементация
Ферритная нитроцементация или FNC , также известная под фирменными названиями Tenifer , Tufftride и Melonite , а также ARCOR . [Примечание 1] [1] представляет собой ряд запатентованных процессов цементации , которые диффундируют азот и углерод в черные металлы при субкритических температурах в соляной ванне. К другим методам нитроцементации ферритов относятся газообразные процессы типа Нитротек и ионные (плазменные). Температура обработки колеблется от 525 °C (977 °F) до 625 °C (1157 °F), но обычно достигает 565 °C (1049 °F). При этой температуре стали и другие ферритные сплавы остаются в области ферритной фазы. Это позволяет лучше контролировать стабильность размеров, чего не было бы в случае процессов закалки, происходящих при переходе сплава в аустенитную фазу. [2] Существует четыре основных класса нитроцементации ферритов: газовая , в соляной ванне , ионная или плазменная и в псевдоожиженном слое . [3]
Этот процесс используется для улучшения трех основных целостности поверхности, аспектов включая устойчивость к истиранию, усталостные свойства и устойчивость к коррозии . Его дополнительное преимущество состоит в том, что он вызывает небольшое искажение формы в процессе закалки. Это связано с низкой температурой обработки, что снижает тепловые удары и позволяет избежать фазовых переходов в стали. [4]
История
[ редактировать ]Первые методы нитроцементации ферритов проводились при низких температурах, около 550 ° C (1022 ° F), в ванне с жидкой солью. Первой компанией, успешно коммерциализировавшей этот процесс, была компания Imperial Chemical Industries в Великобритании . ICI назвала свой процесс «кассель» в честь завода, на котором он был разработан. [5] [6] или лечение «Сульфинуз», потому что в соляной ванне была сера. Хотя процесс был очень успешным с использованием высокоскоростных шпинделей и режущих инструментов , возникли проблемы со смыванием раствора, поскольку он плохо растворялся в воде . [7]
Из-за проблем с очисткой компания Lucas Industries начала экспериментировать с газообразными формами ферритной нитроцементации в конце 1950-х годов. Компания подала заявку на патент в 1961 году. Она позволила получить такую же поверхность, как и процесс Сульфинуз, за исключением образования сульфидов. Атмосфера состояла из аммиака , углеводородных газов и небольшого количества других углеродосодержащих газов. [8]
Это стимулировало разработку более экологически чистого процесса соляной ванны немецкой компанией Degussa после приобретения патентов ICI. [9] Их процесс широко известен как процесс Таффтрида или Тенифера. После этого в начале 1980-х годов был изобретен процесс ионного азотирования. Этот процесс имел более короткое время цикла, требовал меньше очистки и подготовки, формировал более глубокие гильзы и позволял лучше контролировать процесс. [10]
Процессы
[ редактировать ]Несмотря на название, этот процесс представляет собой модифицированную форму азотирования , а не цементации . Общим признаком этого класса процессов является введение азота и углерода в ферритное состояние материала. Процессы делятся на четыре основных класса: газовые , в соляной ванне , ионные или плазменные , или в псевдоожиженном слое . Торговое название и запатентованные процессы могут незначительно отличаться от общего описания, но все они представляют собой форму ферритной нитроцементации. [11]
Ферритная нитроцементация в солевой ванне
[ редактировать ]Ферритная нитроцементация в солевой ванне также известна как жидкая ферритная нитроцементация или жидкая нитроцементация. [12] и также известен под торговыми марками Tufftride. [3] и Тенифер . [13]
Самая простая форма этого процесса включает в себя процесс Melonite , имеющий торговую марку , также известный как Meli 1 . Его чаще всего используют для обработки сталей, спеченного чугуна и чугуна для снижения трения и улучшения износостойкости и коррозионной стойкости. [14] [15]
В этом процессе используется соляная ванна с щелочного металла цианатом . Он содержится в стальном горшке с системой аэрации . Цианат термически реагирует с поверхностью заготовки с образованием карбоната щелочного металла . Затем ванну обрабатывают для превращения карбоната обратно в цианат. Поверхность, образующаяся в результате реакции, имеет составной слой и диффузионный слой. Составной слой состоит из железа, азота и кислорода, устойчив к истиранию и стабилен при повышенных температурах. Диффузионный слой содержит нитриды и карбиды . Твердость поверхности колеблется от 800 до 1500 HV в зависимости от марки стали . Это также обратно влияет на глубину корпуса; т.е. высокоуглеродистая сталь образует твердый, но неглубокий корпус. [14]
Подобным процессом является процесс Nu-Tride , зарегистрированный под торговой маркой , также ошибочно известный как процесс Kolene (на самом деле это название компании), который включает в себя предварительный нагрев и цикл промежуточной закалки. Промежуточная закалка представляет собой окислительную соляную ванну при температуре 400 ° C (752 ° F). Эту закалку проводят от 5 до 20 минут перед окончательной закалкой до комнатной температуры. Это делается для минимизации искажений и уничтожения любых остатков цианатов или цианидов, оставшихся на заготовке. [16]
Другими процессами, зарегистрированными под торговыми марками, являются Sursulf и Tenoplus . Sursulf содержит соединения серы в солевой ванне, которые создают поверхностные сульфиды, которые создают пористость на поверхности заготовки. Эта пористость используется для удержания смазки. Tenoplus – это двухэтапный высокотемпературный процесс. Первая стадия происходит при 625 ° C (1157 ° F), а вторая стадия происходит при 580 ° C (1076 ° F). [17]
Газовая ферритная нитроцементация
[ редактировать ]Газообразная ферритная нитроцементация также известна как контролируемая нитроцементация , мягкое азотирование и вакуумная нитроцементация или под торговыми названиями UltraOx . [18] Нитротек , Нитемпер , Деганит , Тринидинг , Корр-И-Дур , Нитрок , НИТРЭГ-С , [19] Нитровир и Нитронег . [3] [20] Этот процесс дает тот же результат, что и процесс соляной ванны, за исключением того, что для диффузии азота и углерода в заготовку используются газовые смеси. [21]
Детали сначала очищаются, обычно с помощью процесса обезжиривания паром , а затем подвергаются нитроцементации при температуре около 570 °C (1058 °F), при этом время обработки составляет от одного до четырех часов. Фактические газовые смеси являются патентованными, но обычно они содержат аммиак и эндотермический газ. [21]
Плазменная нитроцементация ферритов
[ редактировать ]Плазменная нитроцементация ферритов также известна как ионное азотирование , плазменно-ионное азотирование или азотирование тлеющим разрядом . Этот процесс обеспечивает тот же результат, что и соляная ванна и газовый процесс, за исключением того, что реакционная способность среды обусловлена не температурой, а ионизированным состоянием газа. [22] [23] [24] [25] В этом методе интенсивные электрические поля используются для генерации ионизированных молекул газа вокруг поверхности для диффузии азота и углерода в заготовку. Такой высокоактивный газ с ионизированными молекулами называется плазмой , по названию методики. Газ, используемый для плазменного азотирования, обычно представляет собой чистый азот, поскольку самопроизвольное разложение не требуется (как в случае газообразной нитроцементации ферритов аммиаком). Благодаря относительно низкому температурному диапазону (от 420 ° C (788 ° F) до 580 ° C (1076 ° F)) обычно применяемому во время плазменной ферритной нитроцементации и осторожному охлаждению в печи, деформация заготовок может быть сведена к минимуму. Заготовки из нержавеющей стали можно обрабатывать при умеренных температурах (например, 420 °C (788 °F)) без образования осадков нитрида хрома и, следовательно, с сохранением их коррозионно-стойких свойств. [26]
Постокисленный черный оксид
[ редактировать ]К процессу нитроцементации можно добавить дополнительный этап, называемый постоксидированием. При правильном выполнении постоксидирование создает слой черного оксида (Fe 3 O 4 ), который значительно повышает коррозионную стойкость обработанной основы, сохраняя при этом эстетически привлекательный черный цвет. [27] С момента появления пистолета Glock в 1982 году этот тип нитроцементации с постоксидной отделкой стал популярным в качестве заводской отделки пистолетов военного образца.
Эту комбинацию нитроцементации и окисления иногда называют «найтроксом», но это слово имеет и другое значение . [28]
Использование
[ редактировать ]Эти процессы чаще всего используются для обработки низкоуглеродистых, низколегированных сталей, однако они также используются для средне- и высокоуглеродистых сталей. Общие области применения включают шпиндели , кулачки , шестерни , матрицы , штоки гидравлических поршней и компоненты из порошкового металла . [29]
Одним из первых применений процесса закалки для серийных автомобильных двигателей была компания Kaiser-Jeep для коленчатого вала 1962 года двигателя Jeep Tornado . [30] Это было одно из многих нововведений в шестицилиндровом двигателе с верхним расположением цилиндров. Коленчатый вал был усилен методом Tufftriding в специальной соляной ванне в течение двух часов при температуре 1025 °F (552 °C), что, по данным компании Kaiser-Jeep, увеличило срок службы двигателя на 50 %, а также сделало поверхности шеек достаточно твердыми, чтобы их можно было использовать с тяжелыми двигателями. Трехметаллические подшипники двигателя. [31]
Glock Ges.mbH , австрийский производитель огнестрельного оружия, до 2010 года использовал процесс Тенифера для защиты стволов и затворов пистолетов производимых ими . Финишная обработка пистолета Glock — это третий и последний процесс закалки. Его толщина составляет 0,05 мм (0,0020 дюйма), а твердость по Роквеллу C составляет 64 в нитридной ванне при температуре 500 °C (932 °F). [32] Окончательное матовое, антибликовое покрытие соответствует требованиям нержавеющей стали или превосходит их , на 85 % более устойчиво к коррозии, чем твердое хромированное покрытие, и на 99,9 % устойчиво к коррозии в соленой воде. [33] После процесса Tenifer наносится черная отделка Parkerized , которая защищает затвор, даже если отделка сотрется. В 2010 году компания Glock перешла на процесс газообразной ферритной нитроцементации. [34] Помимо Glock, другие производители пистолетов и другого огнестрельного оружия, в том числе Smith & Wesson и HS Produkt , также используют ферритную нитроцементацию для отделки таких деталей, как стволы и затворы, но они называют это мелонитовой отделкой. Heckler & Koch используют процесс нитроцементации, который они называют «Враждебной средой». Производитель пистолетов Caracal International со штаб-квартирой в Объединенных Арабских Эмиратах использует ферритную нитроцементацию для отделки таких деталей, как стволы и затворы, с помощью процесса постоксидирования на основе плазмы (PlasOx). Grand Power , словацкий производитель огнестрельного оружия, также использует закалочную обработку для полировки (QPQ) для упрочнения металлических деталей своих пистолетов K100. [35]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Тоттен, Джордж Э. (28 сентября 2006 г.). Термическая обработка стали: металлургия и технологии . КПР. п. 530. ИСБН 978-0-8493-8452-3 .
- ^ Пай 2003 , с. 193.
- ^ Jump up to: а б с Пай 2003 , с. 202.
- ^ Пай 2003 , стр. 193–194.
- ^ Архивировано в Ghostarchive и Wayback Machine : Завершение процесса ICI – процесс Кастнера на заводе Кассель . Transfilm UK – через YouTube.
- ^ Процесс «Кассель» «Сульфинуз» . Имперская химическая промышленность. 1954.
- ^ Пай 2003 , с. 195.
- ^ Пай 2003 , стр. 195–196.
- ^ Вельстроп, Ганс (22 февраля 2015 г.). «Определиться в номенклатурных дебрях диффузии азота» .
- ^ Пай 2003 , стр. 196–197.
- ^ Пай 2003 , стр. 201–202.
- ^ Истердей, Джеймс Р., Жидкая ферритная нитроцементация (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 24 июля 2011 г. , получено 17 сентября 2009 г.
- ^ История компании , заархивировано из оригинала 26 августа 2009 г. , получено 29 сентября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Пай 2003 , с. 203.
- ^ Melonite Processing , получено 17 сентября 2009 г. .
- ^ Пай 2003 , стр. 208–210.
- ^ Пай 2003 , с. 217.
- ^ «УльтраОкс» . ahtcorp.com . Проверено 16 января 2023 г.
- ^ «НИТРОЦЕРНЕРБЮЗАЦИЯ НИТРЕГО®-С – Нитрекс» . www.nitrex.com/en/ . Проверено 22 февраля 2023 г.
- ^ Пай 2003 , с. 220.
- ^ Jump up to: а б Пай 2003 , с. 219.
- ^ Пай 2003 , с. 71.
- ^ «Введение в азотирование, стр. 9» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 декабря 2011 г. Проверено 27 мая 2011 г.
- ^ Пай, Дэвид (2007), Металлургия и технологии термообработки стали , CRC Press, стр. 493, ISBN 978-0-8493-8452-3 .
- ^ Мюллер, Томас; Гебешубер, Андреас; Куллмер, Роланд; Лугмайр, Кристоф; Перло, Стефан; Штойбер, Моника (2004). «Минимизация износа за счет комбинированных процессов термохимической и плазменной диффузии и нанесения покрытий» (PDF) . Материалы в технологиях . 38 (6): 353–357 . Проверено 16 января 2023 г.
- ^ Лариш, Б; Бруски, Ю; Шпионы, HJ (1999). «Плазменное азотирование нержавеющих сталей при низких температурах». Технология поверхностей и покрытий . 116 : 205–211. дои : 10.1016/S0257-8972(99)00084-5 .
- ^ Холм, Торстен. «Печная атмосфера 3: азотирование и нитроцементация» (PDF) . http://ferronova.com . Архивировано из оригинала (PDF) 23 декабря 2015 года . Проверено 8 мая 2017 г.
- ^ Ссылки см. в wikt:nitrox .
- ^ Пай 2003 , с. 222.
- ^ Аллен, Джим (30 октября 2018 г.). «Классический двигатель: рядная шестерка Jeep Tornado» . автомобили.com . Проверено 16 января 2023 г.
- ^ Пейдж, Бен (2006). «Информация / история двигателя Tornado 230 CI» . Международная ассоциация полноразмерных джипов . Проверено 16 января 2023 г.
- ^ Каслер, Питер Алан (1992). Глок: Новая волна в боевых пистолетах . Боулдер, Колорадо: Paladin Press. стр. 136–137. ISBN 978-0-87364-649-9 . ОСЛК 26280979 .
- ^ Кокалис, Питер (2001). Испытания и оценки оружия: лучшее из солдата удачи . Боулдер, Колорадо: Paladin Press. п. 321. ИСБН 978-1-58160-122-0 .
- ^ «История, технологии и развитие огнестрельного оружия» . 07.08.2010 . Проверено 25 декабря 2014 г.
- ^ «Великая держава на Тенифере QPQ» . Архивировано из оригинала 26 октября 2014 г. Проверено 6 января 2011 г.
- ^ Другие торговые названия включают Tuffride/Tuffrider, QPQ, Sulfinuz, Sursulf, Meli 1 и Nitride и другие.
Библиография
[ редактировать ]- Пай, Дэвид (2003), Практическое азотирование и ферритная нитроцементация , ASM International, ISBN 978-0-87170-791-8
- Пай, Дэвид. «О Дэвиде Пае» . pye-d.com . Проверено 10 января 2017 г.
- Пай, Дэвид. «Книги Дэвида Пая» . pye-d.com . Проверено 10 января 2017 г.
- Дэвис, Джозеф Р. (2001), Разработка поверхности для обеспечения устойчивости к коррозии и износу , ASM International, стр. 115, ISBN 0-87170-700-4
Внешние ссылки
[ редактировать ]| Производство железа ( металлургический завод ) |
|  | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Сталелитейное производство ( Сталелитейный завод ) |
| ||||||||
| термообработки Методы |
| ||||||||
| Производство по странам | |||||||||