Le traitement de nitruration fait référence à un processus de traitement thermique chimique dans lequel des atomes d'azote pénètrent dans la surface de la pièce dans un certain milieu et à une certaine température. Les produits nitrurés ont une excellente résistance à l'usure, à la fatigue, à la corrosion et aux températures élevées.
Introduction au traitement de nitruration
Les éléments d'aluminium, de chrome, de vanadium et de molybdène contenus dans l'acier allié traditionnel sont très utiles pour la nitruration. Ces éléments forment des nitrures stables lorsqu'ils entrent en contact avec des atomes d'azote primitifs aux températures de nitruration. Le molybdène, en particulier, agit non seulement comme élément formant du nitrure, mais également comme une réduction de la fragilité qui se produit aux températures de nitruration. Les éléments contenus dans d'autres aciers alliés, tels que le nickel, le cuivre, le silicium, le manganèse, etc., ne contribuent pas beaucoup aux caractéristiques de nitruration. De manière générale, si l'acier contient un ou plusieurs éléments générateurs de nitrure, l'effet après nitruration est meilleur. Parmi eux, l'aluminium est l'élément nitrure le plus puissant, et les résultats de nitruration contenant 0,85 ~ 1,5 % d'aluminium sont les meilleurs. Dans le cas de l'acier au chrome contenant du chrome, s'il y a une teneur suffisante, de bons résultats peuvent également être obtenus. Cependant, l'acier au carbone sans alliage ne convient pas à la nitruration de l'acier car la couche de nitruration qu'il génère est très cassante et facile à décoller.
Il existe six types d’acier nitrurant couramment utilisés :
(1) Acier faiblement allié contenant de l'aluminium (acier nitruré standard)
(2) Acier faiblement allié à carbone moyen contenant un élément de chrome séries SAE 4100,4300,5100,6100,8600,8700,9800.
(3) Acier pour matrices pour 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 de nitruration standard contenant de l'aluminium peut obtenir une dureté élevée et une surface hautement résistante à l'usure après nitruration, mais sa couche durcie est également très fragile. Au contraire, l'acier faiblement allié contenant du chrome a une dureté inférieure, mais la couche durcie est relativement ductile et sa surface présente également une résistance à l'usure et une résistance au faisceau considérables. Par conséquent, lors de la sélection des matériaux, il convient de prêter attention aux caractéristiques des matériaux et d’exploiter pleinement leurs avantages pour répondre à la fonction des pièces. Les aciers à outils tels que H11(SKD61) et D2(SKD-11) ont une dureté de surface élevée et des effets de résistance à noyau élevés.
Augmentez 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 la surface des pièces avant nitruration
La plupart des pièces peuvent être nitrurées immédiatement après le dégraissage au gaz. Certaines pièces doivent également être nettoyées avec de l'essence, mais si la méthode de traitement final avant la nitruration est utilisée dans le polissage, le meulage, le polissage, etc., elle peut produire des couches de surface qui gênent la nitruration, entraînant des couches de nitruration inégales ou des défauts de courbure après la nitruration. À ce stade, l’une des deux méthodes suivantes doit être utilisée pour retirer la couche superficielle. La première méthode consiste à éliminer le pétrole avec du gaz avant la nitruration. La surface est ensuite nettoyée avec de la poudre d'oxyde abrasive. La deuxième méthode consiste à traiter la surface avec un revêtement de phosphate.
• Élimination de l'air du four de nitruration
Les pièces traitées sont placées dans le four de nitruration et le couvercle du four peut être chauffé après scellement, mais l'air doit être évacué du four avant de chauffer à 150 degrés C.
La fonction principale du four d'extraction est d'empêcher les gaz explosifs provoqués par la décomposition du gaz ammoniac et le contact avec l'air, et d'empêcher l'oxydation superficielle du matériau traité et du support. Les gaz utilisés sont l'ammoniac et l'azote.
Les règles pour évacuer l'air du four sont les suivantes :
① Une fois les pièces traitées installées, le couvercle du four est scellé, le gaz ammoniac anhydre est démarré et le débit est autant que possible.
② Réglez le contrôle automatique de la température du four de chauffage à 150 degrés et commencez à chauffer (notez que la température du four ne peut pas être supérieure à 150 degrés).
③ Lorsque l'air dans le four est éliminé à moins de 10 % ou que le gaz évacué contient 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 s'effectue au contact d'autres éléments d'alliage et de l'azote primaire, mais la production de l'azote primaire, c'est-à-dire l'acier lui-même, devient le catalyseur lorsque l'ammoniac est en contact avec l'acier chauffant et favorise la décomposition de l'ammoniac.
Bien que la nitruration puisse être réalisée à différents taux de décomposition de l'ammoniac, un taux de décomposition de 15 à 30 % est généralement utilisé, l'épaisseur de nitruration requise est maintenue pendant au moins 4 à 10 heures et la température de traitement est maintenue à environ 520 °C. .
refroidissement
La plupart des fours de nitruration industriels sont équipés d'interrupteurs thermiques pour refroidir rapidement le four et traiter les pièces une fois la nitruration terminée. Autrement dit, une fois la nitruration terminée, l'alimentation électrique du chauffage est coupée, la température du four est réduite d'environ 50 degrés C, puis le débit d'ammoniac est doublé et l'interrupteur thermique est ouvert. A ce moment, il est nécessaire d'observer s'il y a un débordement de bulles dans la bouteille en verre reliée au tuyau d'échappement pour confirmer la pression positive dans le four. Une fois le gaz ammoniac décanté dans le four, 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 C, la méthode d'élimination des gaz du four décrite ci-dessus est utilisée et le couvercle du four peut être ouvert après l'introduction de l'air ou de l'azote.
NH3 → [N] Fe + 3/2 H2
Le N décomposé est diffusé dans la surface de l'acier pour se former. Nitruration gazeuse en phase Fe2-3N, inconvénient général d'une fine couche de durcissement et d'un long temps de traitement de nitruration.
La nitruration gazeuse due à la décomposition du NH3 pour l'efficacité de la nitruration est faible, donc généralement une sélection fixe d'acier adapté à la nitruration, comme Al, Cr, Mo et d'autres éléments de nitruration, sinon la nitruration ne peut pas être effectuée, en utilisant JIS, SACM1 nouveaux JIS, SACM645 et SKD61 pour renforcer et durcir le traitement, également connu sous le nom de trempe Al, Cr, SKD61. Le Mo et d'autres éléments augmentent la température du point de transformation, de sorte que la température de trempe est élevée et la température de revenu est supérieure à celle de l'acier allié de construction ordinaire, qui est tempéré pendant une longue période entre la température de nitruration, de sorte que le revenu et un traitement de durcissement est appliqué au préalable. La nitruration du gaz NH3, parce que la surface est rugueuse pendant une longue période, dure et cassante, n'est pas facile à broyer et qu'une longue période n'est pas économique, est utilisée pour la nitruration du tube d'alimentation et de la vis de la machine de moulage par injection plastique.
Nitruration liquide
La principale différence entre la nitruration douce liquide est qu'il existe une phase Fe3Nε dans la couche de nitruration, la phase Fe4Nr existe et ne contient pas de nitrure de phase Fe2Nξ, et les composés de la phase ξ sont des nitrures durs et cassants qui ont une faible ténacité lors du traitement de nitruration. La méthode de nitruration douce liquide consiste à traiter la pièce, à d'abord éliminer la rouille, à la dégraisser, à la préchauffer, puis à la placer dans le creuset de nitruration, qui est le principal agent salin TF-1. Il est chauffé à 560 ~ 600 degrés pendant quelques minutes à quelques heures, en fonction de la charge externe de la pièce, et détermine la profondeur de la couche de nitruration. Lors du traitement, un tube d'air doit être passé au fond du creuset pour se décomposer en CN ou CNO avec une certaine quantité d'agent salin de nitruration de l'air, pénétrant et diffusant sur la surface de travail. Le composé le plus externe à la surface de la pièce est composé de 8 à 9 % en poids de N et d'une petite quantité de C et d'une couche de diffusion, des atomes d'azote se diffusent dans la base -Fe pour rendre l'acier plus résistant à la fatigue, pendant la période de nitruration due à la décomposition. de consommation de CNO, il est donc constamment testé en 6 à 8 heures de composition en sel, pour ajuster la quantité d'air ou ajouter du nouveau sel.
Le matériau utilisé pour le traitement de nitruration douce liquide est le fer métallique, et la dureté de surface après nitruration est plus élevée avec les éléments Al, Cr, Mo et Ti, et plus la teneur en or est élevée, plus la profondeur de nitruration est faible, comme l'acier au carbone Hv 350 ~ 650, acier inoxydable Hv 1000 ~ 1200, acier nitruré Hv 800 ~ 1100.
La nitruration douce liquide convient aux pièces automobiles, aux machines à coudre, aux appareils photo, etc. résistants à l'usure et à la fatigue, tels que le traitement des chemises de cylindre, le traitement des soupapes, le traitement des cylindres de piston et les moules difficiles à déformer.
Nitruration ionique
Cette méthode consiste à placer une pièce dans le four de nitruration, à pomper un vide dans le four à {{0}} ~ 10-3 Torr(㎜Hg) à l'avance, puis à introduire du gaz N2 ou N{ {3}} Mélange H2, ajustez le four à 1-10 Torr, connectez le corps du four à l'anode, la pièce à la cathode et faites passer des centaines de volts de tension continue entre les deux pôles. À ce moment, le gaz N2 dans le four produira une décharge brillante en ions positifs, se déplaçant vers la surface de travail, et la tension cathodique chutera fortement en un instant, de sorte que les ions positifs se précipiteront vers la surface cathodique à une vitesse élevée. vitesse, transformant l'énergie cinétique en énergie gazeuse, faisant augmenter la température de surface de la pièce, et la surface de la pièce jouera du Fe.CO après l'impact des ions azote. De tels éléments éclaboussent et se combinent avec des ions azote dans FeN, ainsi le nitrure de fer est progressivement adsorbé sur la pièce et produit une nitruration, la nitruration ionique est essentiellement l'utilisation de l'azote, mais si l'ajout de carbure d'hydrogène gazeux peut être utilisé pour le traitement de nitruration douce des ions , mais généralement appelé traitement de nitruration ionique, la concentration d'azote à la surface de la pièce peut être ajustée en modifiant le rapport de pression partielle du gaz mélangé (N2 + H2) rempli dans le four. Au cours du processus de nitruration d'ions purs, le tissu monophasé r '(Fe4N) contenant de l'azote est de 5,7 à 6,1 % en poids sur la surface de travail et la couche épaisse est inférieure à 10μm. La couche composée est solide mais non poreuse et ne tombe pas facilement. Comme le nitrure de fer est continuellement adsorbé par la pièce et diffusé vers l'intérieur, la structure de la surface vers l'intérieur est FeN → Fe2N → Fe3N → Fe4N, changement de séquence, teneur en N monophasé ε(Fe3N) de 5,7 ~ 11,0 % en poids, Teneur en ξ(Fe2N) N monophasé dans 11,0 ~ 11,35 % en poids. Lorsque la nitruration ionique génère d'abord la phase r, puis que la série de carbure d'hydrogène est ajoutée, elle devient la couche composée de phase ε et la couche de diffusion, car l'augmentation de la couche de diffusion contribue grandement à augmenter la résistance à la fatigue. La phase ε est la meilleure.
