jämföra och kontrastera Karbonitrering och nitrokarburering

terminologin för värmebehandling är ibland utmanande. Värmebehandlare kan vara inkonsekventa ibland, med ett ord när de verkligen menar ett annat. Du har hört termerna karbonitrering och nitrokarburering och vet att de är två olika fallhärdningsprocesser, men vilka är de verkliga skillnaderna mellan dem? Låt oss lära oss mer.

en del av vår förvirring härrör från det faktum att år sedan carbonitriding var känd under andra namn – ”torr cyaniding”, ”gascyaniding”, ”nicarbing” och (ja) ”nitrokarburering.”

Karbonitreringsprocessen

Karbonitrering är en modifierad karbureringsprocess, inte en form av nitrering. Denna modifiering består av att införa ammoniak i karbureringsatmosfären för att tillsätta kväve i det karburerade fallet när det produceras (Fig. 1).

Karbonitridning görs vanligtvis vid en lägre temperatur än karburisering, från så lågt som 700-900 kcal C (1300-1650 kcal F) och under en kortare tid än karburisering. Eftersom kväve hämmar diffusionen av kol, resulterar en kombination av faktorer i grundare falldjup än vad som är typiskt för karburiserade delar, vanligtvis mellan 0,075 mm (0,003 tum) och 0,75 mm (0,030 tum).

det är viktigt att notera att en vanlig bidragsgivare till ojämnt falldjup under karbonitrering är att införa ammoniaktillsatser innan belastningen stabiliseras vid temperatur (Detta är ett vanligt misstag i ugnar som börjar gastillägg vid börvärdeåtervinning snarare än att införa en tidsfördröjning för att lasten ska nå temperatur). Det är också viktigt att komma ihåg att när ammoniaktillsatsen stoppas kommer desorption av kväve att börja inträffa.

temperaturområdet där karbonitrering utförs är nödvändigtvis lägre eftersom den termiska nedbrytningen av ammoniak är extremt snabb, vilket begränsar kvävetillgängligheten vid högre austenitiserande temperaturer. En mer spröd struktur bildas vid lägre temperaturer, och driftsugnar under 760 C (1400 f) kan vara ett säkerhetsproblem.

kvävet i karbonitriderat stål förbättrar härdbarheten och gör det möjligt att bilda martensit i vanligt kol och låglegerat stål som initialt har låg härdbarhet. Exempel på dessa stål inkluderar SAE-kvaliteter 1018, 12l14 och 1117. De bildade nitriderna bidrar till den höga ythårdheten. Liksom kol, mangan eller nickel är kväve en austenitstabilisator, så kvarhållen austenit är ett problem efter släckning. Kontroll av ammoniakprocenten minskar mängden kvarhållen austenit och bör göras om hårdhet eller slitstyrka minskas. En annan konsekvens av höga kväveprocent är bildandet av hålrum eller porositet. I allmänhet rekommenderas att kvävehalten vid ytan begränsas till maximalt 0,40%.

en vanlig variant av karbonitreringsprocessen är att införa ammoniak under den senare delen av cykeln, vanligtvis under den sista 0,5-1 timmen innan belastningen släckes. Eventuell förlust av härdbarhet som kan uppstå på grund av intern (eller intergranulär) oxidation kompenseras delvis genom kväveabsorption.

flera andra punkter är värda att nämna. Närvaron av kväve i det karbonitrerade fallet ökar motståndet mot mjukning vid härdning (liknande vissa legeringselement), och ju högre kvävehalten desto högre är materialets motståndskraft mot mjukning. Högre tempereringstemperaturer – upp till 230 C (440 f) – används ofta på karbonitriderade delar. Motståndet mot temperering manifesterar sig i slitegenskaper. Karbonitriderade växlar uppvisar till exempel bättre slitstyrka än många karburiserade växlar. Grunt falldjup i tunna delar av olegerat stål, såsom stansstans, kan användas utan härdning (men detta rekommenderas aldrig).

Nitrokarburiseringsprocessen

idag kallas ”ferritisk nitrokarburisering” vanligen helt enkelt ”nitrokarburisering” (och därmed förvirringen med det äldre namnet för karbonitridning).

ferritisk nitrokarburering (FNC)

nitrokarburering är en modifiering av nitreringsprocessen, inte en form av karburering. Denna modifiering består av samtidig införande av kväve och kol i stålet i dess ferritiska tillstånd; det vill säga under den temperatur vid vilken austenit börjar bildas under uppvärmning (Fig. 2).

nitrering utförs vanligtvis med ammoniak med eller utan utspädning av atmosfären med dissocierad ammoniak eller kväve/väte i temperaturområdet 500-580 C (925-1075 f), även om 565 C (1050 f) traditionellt anses vara den övre gränsen. Som jämförelse utförs nitrokarburisering vanligtvis i temperaturområdet 550-600 C (1025-1110 F) i atmosfärer med 50% endoterm gas + 50% ammoniak eller 60% kväve + 35% ammoniak + 5% koldioxid. Andra atmosfärer som varierar kompositionen, såsom 40% endoterm gas + 50% ammoniak + 10% luft, används också. Närvaron av syre i atmosfären aktiverar kinetiken för kväveöverföring. Tjockleken på det” vita ”eller” sammansatta ” skiktet är en funktion av gaskomposition och gasvolym (flöde). Nitrokarburering följs ofta av en oxiderande behandling för att förbättra både korrosionsbeständighet och ytutseende.

en komplex sekvens är involverad i bildandet av ett nitrokarburiserat fall. Det är viktigt att ett mycket tunt lager av enfas epsilon (e) karbonitrid bildas normalt mellan 450 C (840 F) och 590 C (1095 f). Detta föreningsskikt har en underliggande diffusionszon innehållande järn (och legering) nitrider och absorberat kväve associerat med det. Det vita skiktet har utmärkt slitage och anti-scuffing egenskaper och produceras med minimal distorsion. Diffusionszonen, förutsatt att den är tillräckligt stor, förbättrar utmattningsegenskaper såsom uthållighetsgräns, särskilt i kol och låglegerade stål. En del av fallets ökade hårdhet beror på en diffusionszon under föreningsskiktet, särskilt i de mer höglegerade stål med starka nitridformare.

det är inte ovanligt att observera porositeten hos föreningsskiktet på grund av närvaron av en karbureringsreaktion vid stålytan, vilket påverkar nitreringskinetiken och därmed graden och typen av porositet vid ytan av epsilon (e) – skiktet. Tre olika typer av lager kan produceras: ingen porositet, svampporositet eller kolonnporositet. Vissa applikationer kräver djupa icke-porösa epsilonlager. Andra applikationer där till exempel optimal korrosionsbeständighet behövs drar nytta av närvaron av svampporositet. Ytterligare andra drar nytta av kolonnporositet, där oljeretention kan förbättra slitstyrkan.

austenitisk nitrokarburering (ANC)

en variant med lägre temperatur av karbonitrering är austenitisk nitrokarburering. Denna process sker i temperaturområdet 675-775 C (1250-1425 f). Det kan styras för att producera ett ytföreningsskikt av epsilon (e) karbonitrid med en underyta av bainit och/eller martensit som produceras vid släckning, vilket resulterar i en bra stödstruktur för den hårda ytan. Mikrostrukturen är särskilt användbar vid mellanliggande spänningspunktskontaktmotståndsapplikationer (t.ex. spiralformade kugghjul).

sammanfattning

att förstå dessa processer bättre gör att varje värmebehandlingsmetod kan användas till sin bästa fördel.

  1. sill, Daniel H., atmosfär värmebehandling, volym I, BNP Media 2014, pp. 58-67
  2. ASM handbok volym 4D: värmebehandling av järn och stål, Jon L. Dossett och George E. Totten (Red.), ASM International, 2014
  3. Metals Handbook, Volym 4, ASM International, 1991, s.376-386 och 425-436
  4. Krauss, G., Steels Heat Treatment and Processing Principles, ASM International, 1990, s. 310-317
  5. Slyckej och Ericsson, T., ”En studie av reaktioner som inträffar under Karbonitreringsprocessen,” J Heat treat, Vol. 2 (nr 1), 1981, s. 3-19
  6. Dawes, C., ”Nitrokarburering och dess inflytande på Design inom fordonssektorn,” värmebehandling av metaller, 1990, s.19-30
  7. Bell, T., ”ferritisk nitrokarburering,”värmebehandling av metaller, Vol. 2, 1975, s.39-49
  8. Somers, maj och Mittemeijer, ”bildning och tillväxt av sammansatt skikt på Nitrokarbureringsjärn: kinetik och Mikrostrukturell utvärdering,” yta Eng., Vol. 3 (nr 2), 1987, s. 123-137
  9. Bell, T., M. Kinali och G. Munstermann, ”Physical Metallurgy Aspects of Austenitic Nitrocarburizing Process,” 5: e internationella kongressen om värmebehandling av material, Budapest, 1986

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.