Вакуумные печи азотирования

Вакуумные печи азотирования: принцип действия, способы обработки, достоинства

Азотирование - процесс насыщения поверхности материала азотом. Этот метод для промышленных целей стал применяться не так давно. Он быстро стал популярным, поскольку позволяет быстро и качественно повысить качественные характеристики материалов различного рода. Процесс осуществляется в специальных вакуумных печах, действующих быстро и эффективно для создания соответствующих условий.

Содержание:

1. Качества, которыми обладают материалы после обработки в печи азотирования
2. Как работает печь азотирования
3. Азотирование стали в вакуумной печи
4. Методы азотирования в вакуумной печи
5. Преимущества покупки вакуумных печей азотирования

Качества, которыми обладают материалы после обработки в печи азотирования

Установки для азотирования действуют при условии ограниченного термического воздействия на материал, существенно увеличивая плотность его поверхностного слоя. Габариты изделия при этом остаются неизменными. Поэтому такая обработка эффективна для деталей, прошедших первичную обработку и отточенных до необходимых результатов. После насыщения азотом их можно полировать или применять другие способы для совершенного вида.

Насыщение азотом осуществляется при нагревании материала в аммиачной среде. Это позволяет получить следующие выгоды:

• Повышается твердость и устойчивость к износу материала;
• Увеличивается стойкость к коррозии, в том числе при размещении изделия в водную, влажную и паровоздушную средами;
• Улучшаются усталостные характеристики детали.

Качества, которыми обладают материалы после обработки в печи азотирования

После насыщения азотом твердость сохраняется при нагреве материала до 600 градусов. Если сравнить этот способ с цементацией, то при нем твердость поверхности уменьшается уже при нагревании до температуры 225 градусов. Таким образом, прочность материала после насыщения азотом больше, чем после цементации, в 2 раза.

Как работает печь азотирования

Воздействие азотом осуществляется в следующем порядке. Сначала изделие закладывают в герметичный муфель, который затем отправляют в камеру азотирования. Там оно нагревается до 600 градусов и некоторое время находится в этих условиях. Чтобы во внутреннем пространстве муфеля установить необходимые условия, туда под напором поступает аммиак. Он при нагревании разделяется на составные вещества, одним из которых является атомарный азот. Последний проникает в верхний слой и способствует образованию нитридов - компонентов высокой прочности. Чтобы предотвратить возможное окисление и сохранить полученный результат, муфель подвергают постепенному охлаждению.

Как работает печь азотирования

Нитриды создают слой толщиной до 0.6 мм. Это позволяет увеличить прочность металла до необходимых параметров. После такой обработки сталь готова к использованию без последующих доработок.

Чтобы насыщение азотом происходило быстро и эффективно, процесс разделяют на 2 этапа. Первый происходит при нагревании до 525 градусов, чтобы создать прочный верхний слой. На втором этапе осуществляется нагревание до 600 градусов, при которой насыщение азотом происходит быстрее, а толщина обрабатываемого участка достигает нужных параметров. Плотность при этом не уступает значению, полученному при обработке по одноэтапной системе.

Азотирование стали в вакуумной печи

При насыщении азотом на поверхности материала происходят сложные химические процессы, которые уже довольно хорошо известны профессионалам металлургии. При химической реакции, происходящей во время обработки изделия, осуществляются следующие образования:

• Плотный раствор Fe3N, содержащий около 11% азота;
• Плотный раствор Fe4N с содержанием 6% азота;
• Жидкое соединение азота, образующегося в железе.

Вспомогательное разжиженное соединение в железе образуется при нагревании печи до 591 градуса. Это происходит при достижении максимального значения обогащения азотом в конкретной фазе и создании новой. При обогащении состава азотом до 2.35%, в нем происходит эвтектоидный распад. При азотировании важными факторами являются:

• Температура;
• Давление потока газа;
• Длительность нахождения изделия в заданных условиях.

Также стоит учесть уровень диссоциации аммиака, влияющего на процесс. Она составляет от 15 до 45%. При увеличении температуры уменьшается плотность верхнего слоя, но насыщение азотом металла происходит быстрее. Уменьшение плотности участка связано с коагуляцией нитридов легирующих веществ, имеющихся в структуре стали.

Азотирование стали в вакуумной печи

Обогащение азотом возможно применять для легированной или стали, содержащей углерода около 0.3-0.5%. Оптимальных итогов получается достичь при обработке стали, насыщенный состав которой составляют легирующие компоненты, образующие жаростойкие и плотные нитриды: алюминий, хром, молибден и иные вещества со схожими параметрами. При содержании молибдена стали устойчивы к отпускной хрупкости, образующейся в результате постепенного охлаждения.

Легирующие компоненты, составляющие структуру металла, способствуют уменьшению толщины участка, обогащенного азотом и увеличению его прочности. Наибольшее влияние на толщину участка оказывает молибден, вольфрам, никель и хром.

Методы азотирования в вакуумной печи

Азотирование может осуществляться стандартным газовым методом, ионным или плазменным. Независимо от способа изделие проходит несколько технологических этапов. Сначала оно должно пройти этап подготовки, при которой осуществляется закалка и высокий отпуск при нагревании до 940 градусов. Последующее охлаждение производится в условиях рабочей жидкости. Отпуск проводится при нагревании до 700 градусов, в результате чего материал становится твердым, чтобы его можно было резать. Далее изделие подвергается шлифовке, чтобы создать нужные геометрические размеры и формы.

Некоторые участки детали не нуждаются в азоте, поэтому их защищают от обработки посредством создания участка из олова или жидкого стекла. Процедура осуществляется по технологии электролиза. При этом создаётся пленка на изделии, предотвращающая проникновение вещества в состав материала.

Подготовленную деталь помещают в насыщенную газом среду. Завершающим шагом является воздействие с целью придания идеальной формы изделию и улучшения его механических параметров. При обработке азотом геометрические показатели изменяются несущественно, в зависимости от толщины участка, насыщаемого веществом и уровня нагревания. Чтобы полностью избежать деформации детали, следует использовать ионное азотирование, поскольку оно является более эффективным процессом. Это объясняется пониженными температурами при термообработке.

Преимущества покупки вакуумных печей азотирования

Оборудование для азотирования позволяет выполнить процесс максимально эффективно и быстро. Преимущества техники:

• Изделие не коробится и минимально окисляется, не происходит обезуглероживания состава;
• Быстрая обработка термическим и химико-термическим способом;
• Встраиваемость агрегата в технологическую систему независимо от количества составляющих;
• Охлаждение за счёт системы, размещенной в стенах камеры;
• Наличие дополнительных опций: отжиг, нормализация;
• Лёгкий выбор и изменение режима воздействия;
• Автоматическое управление процессом;
• Удобное обслуживание и ремонт.

Вакуумные печи азотирования - сложные технические системы, производимые из высококачественных материалов. Это не только делает их эффективными в эксплуатации, но и повышает цену. Дороже всего обходится применение вольфрама и молибдена. По возможности, изготовители заменяют их на менее затратные кремний и углерод. Приобретая оборудование, также нужно помнить о сложности конструкции, в которую обязательно входят: вакуумные насосы, системы охлаждения, сосуды высокого давления с закалочными и газозаполняющими средами и другие. Вспомогательные элементы - это азот, образуемый из воздуха посредством переработки или искусственным путем. Можно применять готовый азот в баллонах или получать его из жидкого азота испарением. Выбор зависит от материала, который будет подвергаться обработке, и времени, затраченного на повышение качества изделия. При термической обработке в вакууме необходим чистый азот, поэтому также нужно установить дополнительное оборудование, что приведет к повышению капитальных затрат.