Карбонитрирование

Карбонитрирование — это металлургический метод модификации поверхности , который используется для увеличения поверхностной твердости металла и тем самым уменьшения износа .

В ходе этого процесса атомы углерода и азота диффундируют в металл, создавая барьеры для скольжения , увеличивая твердость и модуль упругости вблизи поверхности. Карбонитрирование часто применяется к недорогой, легко обрабатываемой низкоуглеродистой стали для придания поверхностных свойств более дорогим и трудным в обработке маркам стали. ^[1] Твердость поверхности карбонитридированных деталей составляет от 55 до 62 HRC.

Некоторые доиндустриальные процессы цементации включали не только материалы, богатые углеродом, такие как древесный уголь, но и материалы, богатые азотом, такие как мочевина , что означает, что традиционные методы поверхностной закалки были формой нитроцементации.

Процесс

Карбонитрирование аналогично газовой цементации с добавлением аммиака в атмосферу цементации, которая является источником азота. Азот поглощается на поверхности и диффундирует в заготовку вместе с углеродом. Карбонитрирование (около 850 °C / 1550 °F) проводится при температурах существенно выше, чем при простом азотировании (около 530 °C / 990 °F), но немного ниже, чем при цементации (около 950 °C / 1700 °F). на более короткие сроки. Карбонитрирование, как правило, более экономично, чем цементация, а также снижает деформацию во время закалки . Более низкая температура позволяет закалку маслом или даже закалку газом в защитной атмосфере.

Характеристики карбонитрированных деталей

Карбонитрирование образует твердый, износостойкий корпус, толщина которого обычно составляет от 0,07 до 0,5 мм и обычно имеет более высокую твердость, чем науглероженный корпус. Глубина корпуса адаптирована к применению; более толстый корпус увеличивает срок службы детали. Карбонитрирование изменяет только верхние слои заготовки; и не наносит дополнительный слой, поэтому процесс существенно не меняет размеры детали.

Максимальная глубина корпуса обычно ограничивается 0,75 мм; Если глубина корпуса превышает эту, для диффузии требуется слишком много времени, чтобы быть экономичным. Более короткое время обработки является предпочтительным для ограничения концентрации азота в случае, поскольку добавление азота труднее контролировать, чем добавление углерода. Избыток азота в заготовке может привести к высокому уровню остаточного аустенита и пористости, что нежелательно при изготовлении детали высокой твердости.

Преимущества

Карбонитрирование также имеет и другие преимущества перед цементацией. Во-первых, он обладает большей стойкостью к размягчению при отпуске , а также повышенной усталостной и ударной вязкостью. Можно одновременно использовать как нитроцементацию, так и цементацию, чтобы создать оптимальные условия для более глубокой глубины корпуса и, следовательно, для повышения производительности детали в промышленности. Этот метод особенно применяется к сталям с низкой прокаливаемостью, например, к седлу клапана. Применяемый процесс первоначально представляет собой цементацию до необходимой глубины гильзы (до 2,5 мм) при температуре около 900-955°C, а затем карбонитрацию для достижения необходимой глубины нитроцементации гильзы. Затем детали закаливают в масле, и полученная деталь имеет более твердый корпус, чем это возможно при цементации, а добавление карбонитридированного слоя увеличивает остаточные сжимающие напряжения в корпусе, так что увеличивается сопротивление контактной усталости и градиент прочности. Исследования показывают, что карбонитрирование повышает коррозионную стойкость. ^[2]

Приложения

Типичными применениями цементации являются зубья шестерен , кулачки, валы, подшипники , крепежные детали , штифты , штоки гидравлических поршней , автомобильные диски сцепления, инструменты , штампы и инструменты для обработки почвы.

См. также

Ссылки

^ Карбонитрирование
^ Языджи, А., Зейбек, М.С., Гюлер, Х., Коч, М., Пекиткан, Ф.Г., 2017. Влияние карбонитрирования на Коррозионная стойкость стали 30МнБ5 в двух кислых средах. Металловедение и тепло Лечение, 59 (3-4), 190-193 (Doi: 10.1007/s11041-017-0127-8).

[1] Карбонитрирование

[2] Языджи, А., Зейбек, М.С., Гюлер, Х., Коч, М., Пекиткан, Ф.Г., 2017. Влияние карбонитрирования на Коррозионная стойкость стали 30МнБ5 в двух кислых средах. Металловедение и тепло Лечение, 59 (3-4), 190-193 (Doi: 10.1007/s11041-017-0127-8).

[1]

[2]