Comparando e Contrastando Carbonitretação e Nitrocarburizing

A terminologia de tratamento térmico é por vezes difícil. Tratadores de calor podem ser inconsistentes às vezes, usando uma palavra quando eles realmente significam outra. Ouviram os Termos carbonitrização e nitrocarburização e sabem que são dois processos diferentes de endurecimento de casos, mas quais são as diferenças reais entre eles? Vamos aprender mais.

parte da nossa confusão deriva do fato de que anos atrás a carbonitrização era conhecida por outros nomes – “cianeto seco,” “cianeto a gás,” “nicarbing” e (sim) “nitrocarburizante.”

o processo de Carbonitrização

Carbonitrização é um processo de carbonização modificado, Não uma forma de nitrito. Esta modificação consiste em introduzir amônia na atmosfera carburadora, a fim de adicionar nitrogênio no caso carburizado como ele está sendo produzido (Fig. 1).

a Carbonitrização é tipicamente feita a uma temperatura mais baixa do que a carbonização, a partir de 700-900°c (1300-1650°F), e por um tempo mais curto do que a carbonização. Uma vez que o nitrogênio inibe a difusão do carbono, uma combinação de fatores resulta em profundidades de caixa mais rasas do que é típico para as partes carburizadas, tipicamente entre 0,075 mm (0,003 polegada) e 0,75 mm (0,030 polegada).

é importante observar que um dos colaboradores comuns para não-uniforme profundidade do caso durante a carbonitretação é introduzir amônia adições antes de a carga é estabilizada à temperatura (este é um erro comum em fornos que começar a gás adições ao setpoint de recuperação, em vez de introduzir um atraso de tempo para a carga chegar a temperatura). É importante lembrar também que quando a adição de amônia é interrompida, a dessorção de nitrogênio começará a ocorrer.

O intervalo de temperatura em que a carbonitretação é realizada é necessariamente menor, já que a decomposição térmica da amônia é extremamente rápida, o que limita a disponibilidade de nitrogênio em altas austenitizing temperaturas. Uma estrutura mais frágil é formada a temperaturas mais baixas, e Fornos de funcionamento abaixo de 760°c (1400°F) pode ser uma preocupação de segurança.

o nitrogênio no aço carbonitriado aumenta a endurecibilidade e torna possível a formação de martensita em aços simples e de baixa liga que inicialmente têm baixa endurecibilidade. Exemplos destes aços incluem os graus SAE 1018, 12L14 e 1117. Os nitretos formados contribuem para a dureza da superfície elevada. Como o carbono, manganês ou níquel, o nitrogênio é um estabilizador austenita, então a austenita retida é uma preocupação após a extinção. Controlar a percentagem de amoníaco irá reduzir a quantidade de austenite retida e deve ser feito se a dureza ou resistência ao desgaste é reduzida. Outra consequência de altas porcentagens de nitrogênio é a formação de vazios ou porosidade. Em geral, recomenda-se que o teor de azoto na superfície seja limitado a 0,40%, no máximo.

uma variação comum do processo de carbonitrização é introduzir amônia durante a última parte do ciclo, tipicamente na última 0.5-1 hora antes da carga ser extinta. Qualquer perda de endurecimento que possa ocorrer devido à oxidação interna (ou intergranular) é parcialmente compensada pela absorção de nitrogênio. Vale a pena mencionar vários outros pontos . A presença de nitrogênio no caso carbonitriado aumenta a resistência ao amolecimento no temperamento (semelhante a alguns elementos de liga), e quanto maior o teor de nitrogênio, maior a resistência do material ao amolecimento. Temperaturas de temperamento mais altas – até 230°C (440°F) – são frequentemente usadas em peças carbonitridas. A resistência ao temperamento manifesta-se em Propriedades de desgaste. As engrenagens carbonitridas, por exemplo, apresentam melhor resistência ao desgaste do que muitas engrenagens carburadas. Profundidade de caso superficial em partes finas de aço não ligado, tais como socos de corte, pode ser usado sem temperamento (mas isso nunca é recomendado).

The Nitrocarburizing Process

Today,” ferritic nitrocarburizing “is commonly referred to simply as” nitrocarburizing ” (and hence the confusion with the older name for carbonitriding).

Nitrocarburizing Ferritic (FNC)

Nitrocarburizing is a modification of the nitriding process, not a form of carburizing. Esta modificação consiste na introdução simultânea de nitrogênio e carbono no aço em sua condição ferritica, ou seja, abaixo da temperatura a que austenita começa a se formar durante o aquecimento (Fig. 2).

Nitretação é normalmente realizada usando amônia com ou sem diluição da atmosfera com dissociada de amônia ou nitrogênio/hidrogênio na faixa de temperatura de 500-580°C (925-1075°F), apesar de 565°C (1050°F) é tradicionalmente considerado o limite superior. Por comparação, nitrocarburizing é tipicamente realizado na faixa de temperatura de 550-600 ° c (1025-1110°F) em atmosferas de 50% gás endotérmico + 50% amônia ou 60% nitrogênio + 35% amônia + 5% dióxido de carbono. Outras atmosferas que variam a composição, como 40% de gás endotérmico + 50% de amônia + 10% de ar, também são usadas. A presença de oxigénio na atmosfera activa a cinética da transferência de azoto. A espessura da camada” branca “ou” composta ” é uma função da composição do gás e do volume do gás (fluxo). Nitrocarburizing is often followed by an oxidizing treatment to enhance both corrosion resistance and surface appearance.

uma sequência complexa está envolvida na formação de um caso nitrocarburizado. É importante que uma camada muito fina de epsilon de fase única (e) carbonitrida seja normalmente formada entre 450°C (840°F) e 590°c (1095°F). Esta camada composta tem uma zona de difusão subjacente contendo nitretos de ferro (e liga) e nitrogênio absorvido associado a ele. A camada branca tem excelentes propriedades de desgaste e anti-arrastamento e é produzida com distorção mínima. A zona de difusão, desde que seja substancial o suficiente, melhora as propriedades de fadiga, como o limite de resistência, especialmente em aços de carbono e baixa liga. Parte da dureza aumentada do caso é devido a uma zona de difusão abaixo da camada composta, especialmente nos aços mais altamente ligados com fortes formadores de nitreto.

não é incomum observar porosidade da camada composta devido à presença de uma reação de carbonização na superfície de aço, que influencia a cinética de nitração e, portanto, o grau e tipo de porosidade na superfície da camada de epsilon (e). Três tipos diferentes de camadas podem ser produzidas: nenhuma porosidade, porosidade da esponja ou porosidade colunar. Algumas aplicações requerem camadas epsilon profundas e nãoporosas. Outras aplicações onde, por exemplo, a melhor resistência à corrosão é necessária se beneficiam da presença de porosidade da esponja. Outros ainda se beneficiam da porosidade colunar, onde a retenção de óleo pode aumentar a resistência ao desgaste.

Austenitic Nitrocarburizing (ANC)

A lower-temperature variant of carbonitriding is austenitic nitrocarburizing. Este processo ocorre na faixa de temperatura de 675-775 ° c (1250-1425°F). Pode ser controlada para produzir uma camada composta de superfície de carbonitreto de epsilon (e) com uma subsuperfície de bainite e/ou martensita produzida em extinção, resultando em uma boa estrutura de suporte para a superfície dura. A microestrutura é particularmente útil em aplicações intermédias de resistência ao contacto dos pontos de tensão (por exemplo, engrenagens helicoidais).

resumo

compreender melhor estes processos permite que cada método de tratamento térmico seja utilizado em sua melhor vantagem.

  1. Herring, Daniel H., Atmosphere Heat Treatment, Volume I, BNP Media 2014, pp. 58-67
  2. ASM Handbook Volume 4D: Heat Treating of Irons and Steels, Jon L. Dossett and George E. Totten (Eds.), ASM International, 2014
  3. Metals Handbook, Volume 4, ASM International, 1991, p. 376-386 e 425-436
  4. Krauss, G., Aços para Tratamento Térmico e de Processamento de Princípios ASM International, 1990, p. 310-317
  5. Slycke, J. e Ericsson, T., “Estudo de Reações que Ocorrem Durante o Processo de Carbonitretação,” J de Calor Tratar, Vol. 2 (No. 1), 1981, pp. 3-19
  6. Dawes, C., “Nitrocarburizing and Its Influence on Design in the Automotive Sector,” Heat Treatment of Metals, 1990, pp. 19-30
  7. Bell, T., “Ferritic Nitrocarburizing,” Heat Treatment of Metals, Vol. 2, 1975, pp. 39-49
  8. Somers, M. A. J., and Mittemeijer,” Formation and Growth of Compound Layer on Nitrocarburizing Iron: Kinetics and Microstructural Evaluation, ” Surface Eng., Volume. 3 (No. 2), 1987, pp. 123-137
  9. Bell, T., M. Kinali e G. Munstermann, “Physical Metallurgy Aspects of Austenitic Nitrocarburizing Process,” 5th International Congress on Heat Treating of Materials, Budapest, 1986

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