La nitruración gaseosa utiliza nitrógeno activo generado por la descomposición del amoníaco en la superficie del acero para penetrar en la capa superficial en el estado de ferrita aproximadamente. 500–580 °C para formar una capa de compuestos y una capa de difusión. = p(NH₃) / p(H₂)^1.5, que determina directamente la actividad del nitrógeno en la superficie del acero y qué fase puede formar. El método tradicional solo controla la velocidad de descomposición del amoníaco, pero la relación entre la velocidad de descomposición y Kn cambiará con el gas diluyente y las condiciones del horno; la nitruración controlada con Kn como objetivo de control puede controlar con mayor precisión el espesor y la composición de fase de la capa de compuesto.
- La temperatura de nitruración es de aproximadamente 500-580 ° C, y el acero está en un estado de ferrita sin cambio de fase y pequeña deformación.
- Reacción: 2NH3 → 2[N] + 3H2
- Kn = p(NH₃) / p(H₂)^1.5, barra de unidad^-0.5
- La velocidad de descomposición es sólo un indicador indirecto, y Kn determina directamente la actividad de nitrógeno superficial.
- La nitruración controlada puede controlar con precisión el espesor y la composición de fase de la capa blanca
El proceso básico de nitruración
Después de que el amoníaco ingresa al horno, se descompone en la superficie del acero (el hierro actúa como catalizador):
2NH₃ → 2[N] + 3H2
Parte de los átomos de nitrógeno activos producidos por la descomposición penetra en el acero, y parte de él se combina para formar N₂ y hojas.
- Formado después de alcanzar una cierta concentración en la superficie capa compuesta(ε-Fe2 3N y/o γ′-Fe4N, comúnmente conocido como capa blanca);
- Formado en forma de solución sólida y precipitación de nitruro de aleación por debajo de la capa compuesta capa de difusión。
Dado que la temperatura es más baja que la temperatura de transformación de fase del acero, no hay transformación de fase durante el proceso de nitruración, la deformación de las piezas es pequeña y normalmente no se requiere temple después de la nitruración.
Definición de nitruración potencial Kn
Kn = p(NH₃) / p(H₂)^1.5
p es la presión parcial de amoníaco e hidrógeno en el gas del horno (bar o atm), por lo que la unidad de Kn es bar^-0.5.
Cuanto mayor sea el Kn, más fuerte será la capacidad de nitruración de la atmósfera, y más fácil será formar una capa de compuestos o incluso la capa de nitruración. ε fase; cuanto menor sea el Kn, más probable es que solo la capa de difusión o el γ′ Se formará la fase.
¿Por qué no mirar la velocidad de descomposición?
La nitruración tradicional controla el proceso midiendo la "velocidad de descomposición del amoníaco": una baja velocidad de descomposición significa más amoníaco no descompuesto y una fuerte capacidad de nitruración. Pero la relación entre la velocidad de descomposición y Kn no es fija:
- Cuando se diluye con N₂ o amoníaco predescompuesto, el Kn correspondiente a la misma velocidad de descomposición es diferente;
- La temperatura del horno, el área de carga del horno (superficie catalítica) y el flujo de gas afectarán la tasa de descomposición;
- La medición de la velocidad de descomposición (medidor de velocidad de descomposición del método de absorción de agua tradicional) tiene una precisión y automatización limitadas.
Por lo tanto,Tomando Kn como variable de control, que calcula Kn en tiempo real midiendo el contenido de hidrógeno (o amoníaco) y ajusta la proporción de gas amoníaco y gas diluyente, que es el núcleo de la nitruración controlada.
Ventajas de la nitruración controlada
- Control preciso del espesor de la capa de compuestos y la composición de la fase (ε / γ′);
- La nitruración de la capa de difusión con "capa sin compuesto" se puede realizar;
- El proceso es repetible y adecuado para campos exigentes como el aeroespacial, la energía eólica y los automóviles;
- Ahorrar amoníaco y reducir las emisiones;
- Cumple con especificaciones como AMS2759/10 que se centran en el control de potencial de nitruración.
Preguntas frecuentes
¿Qué tan profunda es la capa de nitruración?
La capa de difusión de la nitruración de gas suele ser del orden de unas décimas de milímetro, dependiendo del material, la temperatura y el tiempo. El tiempo de nitruración es a menudo más largo (decenas a docenas de horas o incluso más).
¿Se puede nitrurar todo el acero?
La mayoría de los aceros pueden ser nitrurados, pero los aceros que contienen elementos formadores de nitruros como Cr, Mo, Al y V (como 38CrMoAl, 42CrMo, H13, etc.) tienen mejores efectos de nitruración y mayor dureza.
¿Se puede medir el Kn directamente con un sensor?
Por lo general, se usa una sonda de hidrógeno para medir la presión parcial de H₂, y la presión parcial de NH₃ se calcula en función de la relación de conservación de masa entre amoníaco e hidrógeno, y luego se obtiene Kn; también se puede usar un analizador para medir NH₃.